Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Учебное пособие: Концепции современного естествознания2

Название: Концепции современного естествознания2
Раздел: Рефераты по биологии
Тип: учебное пособие Добавлен 14:44:48 11 мая 2002 Похожие работы
Просмотров: 187 Комментариев: 2 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать


В.М.Найдыш

Концепции современного естествознания

Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям

ГАРДАРИКИ

Москва, 2001

УДК 50(075.8)

ББК 20

Н20

Рецензенты:

доктор философских наук, профессор В.Н. Князев ;

кафедра философии и методологии науки МГУ им. М.В. Ломоносова

Найдыш В.М.

Н20 Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. -- М.:Гардарики,2001.-476с.

ISBN 5-8297-0001-8 (в пер.)

Естествознание, являясь основой всякого знания, всегда оказывало на раз­витие гуманитарных наук значительное воздействие своими методами, методо­логическими и мировоззренческими установками и представлениями, образами и идеями. Особенно мощным является такое воздействие в настоя­щую эпоху. Фундаментальная подготовка специалистов в гуманитарных облас­тях знания уже немыслима без ознакомления их с историей и современным состоянием естествознания.

Представлена широкая панорама как истории естествознания, так и основ­ных элементов современной естественно-научной картины мира, мировоззрен­ческих и методологических представлений, формирующихся в нашу эпоху в недрах естествознания.

Адресована студентам, аспирантам, преподавателям гуманитарных факуль­тетов и вузов страны.

В оформлении переплета использован фрагмент картины Рене Магритта «Стрела Зенона» (1964)

УДК 50(075.8)

ББК 20

ISBN 5-8297-0001-8 ©УИЦ «Гардарики», 1999

© Найдыш В.М., 1999

ПРЕДИСЛОВИЕ

Наука — это многогранное и вместе с тем целостное образование, отдельные компоненты которого, в том числе естественные и гума­нитарные науки, в своих глубинных мировоззренческих и методологических основаниях теснейшим образом связаны между собой. Вся история познания свидетельствует о наличии мощных токов знании, идей, образов, представлений от естественных наук к гуманитарным и от гуманитарных к естественным, о теснейшем взаимодействии между науками о природе и науками об обществе и человеке. Особен­но важную роль это взаимодействие играло в периоды научных рево­люций, т.е. глубинных преобразований способов познания, принци­пов и методов научной деятельности.

Естествознание всегда оказывало значительное воздействие на развитие гуманитарных наук как своими методологическими уста­новками, так и общемировоззренческими представлениями, образа­ми и идеями. Особенно мощным это воздействие стало сейчас — в эпоху научно-технической революции, радикального изменения от­ношения человека к миру, к природе, глобальных интеграционных процессов как в науке, так и в духовной культуре в целом. Подготовка современного специалиста-гуманитария с широким базовым образо­ванием уже немыслима без ознакомления его с историей и современ­ным состоянием естественно-научного познания. Все это делает не­обходимым введение в учебные планы подготовки специалистов по гуманитарным отраслям науки курса «Концепции современного есте­ствознания», который призван дать широкую панораму как истории естествознания, так и общих элементов современной естественно-на­учной картины мира, мировоззренческих и методологических пред­ставлений, формирующихся в нашу эпоху в недрах естествознания.

Опыт преподавания курса «Концепции современного естество­знания» показывает, что его изучение способствует выработке у сту­дентов ориентиров, установок и ценностей рационалистического отношения к миру, природе, обществу, человеку. Это очень важно именно в наше время, когда накатывается новая очередная истори­ческая волна мифологизации культуры, массовое сознание ремифологизируется, в нем все чаще ставятся под сомнение достижения, ценности и возможности научного познания мира, когда происходит всплеск интереса к мистицизму, расцвет квазинаучного мифотворче­ства, паракультурных форм сознания, оккультизма, магии, астроло­гии, спиритизма; когда бегство от материализма к мистике, от науки к мифу стало модой для отечественного и зарубежного безбрежного скептицизма. В этих условиях приобретает особую значимость ут­верждение идеалов научно-рационального отношения к действитель­ности, на которых построена вся наша цивилизация. Ведь безбреж­ный скептицизм, так же как и безбрежный догматизм, является мощ­ным тормозом экономического, общественного и культурного раз­вития.

Таким образом, основные цели и задачи нашего курса следующие: понимание специфики гуманитарного и естественно-научного типов познавательной деятельности, необходимости их глубокого внутреннего согласования, интеграции на основе целостного взгляда на окружающий мир; более глубокое понимание отличия и единства научно-рациональ­ного и художественно-образного способов духовного освоения мира; осознание исторического характера развития научного позна­ния, исторической необходимости в периодической смене научных картин мира, научных революций, существа социокультурной детер­минации познавательной деятельности;

формирование ясного представления о современной физической картине мира как о системе фундаментальных знаний об основаниях целостности и многообразия природы, которые определяют облик современного естествознания;

формирование представлений о современной астрономической картине мира, которая самым непосредственным образом определя­ет содержание современного научного миропредставления и миро­воззрения;

получение представлений о современной биологической картине мира, о преемственности природных систем, их развития от нежи­вых к живым (к клетке, организму, человеку, биосфере и обществу);

осознание содержания современных глобальных экологических проблем в их связи с основными законами естествознания;

формирование представлений о принципах универсального эво­люционизма и синергетики и их возможных приложениях к анализу процессов, протекающих не только в природе, но и обществе;

ознакомление с методологией естественно-научного познания, принципами теоретического моделирования объекта в естествозна­нии, возможностями перенесения методологического опыта естест­вознания в гуманитарные науки;

формирование представлений о радикальном качественном отли­чии науки от разного рода форм квазинаучного мифотворчества, эзотеризма, оккультизма, мистицизма и др.

Отличительная особенность авторского отношения к курсу «Кон­цепции современного естествознания» состоит в том, что изложение содержания современной естественно-научной картины мира в нем органически сочетается с освещением основных вех истории естест­вознания, с характеристикой предшествующих естественно-научных картин мира.

ВВЕДЕНИЕ

Естествознание как отрасль научного познания

Наука — это один из древнейших, важнейших и сложнейших компонентов человечес­кой культуры. Это и целый многообразный мир человеческих знаний, который позво­ляет человеку преобразовывать природу и приспосабливать ее для удовлетворения своих все возрастающих материальных и духовных потребностей. Это и сложная система исследовательской деятельности, направленная на производство новых зна­ний. Это и социальный институт, организующий усилия сотен тысяч ученых-исследо­вателей, отдающих свои знания, опыт, творческую энергию постижению законов природы, общества и самого человека.

Наука теснейшим образом связана с материальным производством, с практикой преобразования природы, социальных отношений. Большая часть материальной куль­туры общества создана на базе науки, и прежде всего достижений естествознания. Научная картина мира всегда была и важнейшей составной частью мировоззрения человека. Научное понимание природы, особенно в настоящую эпоху, существенно определяет и содержание внутреннего духовного мира человека, сферу его представ­лений, ощущений, переживаний, динамику его потребностей и интересов.

B.I. Понятие культуры

Культура — одна из важнейших характеристик человеческой жизне­деятельности. Каждый индивид представляет собой сложную биосо­циальную систему, функционирующую за счет взаимодействия с окружающей средой. Необходимые, закономерные связи индивида с окружающей средой определяют его потребности, т.е. такие вещи природной и культурной среды, которые необходимы человеку для его нормального функционирования, жизнедеятельности и разви­тия. Большинство потребностей человека удовлетворяется посредст­вом труда. Система человеческой культуры — это мир вещей, предме­тов, созданных человеком для удовлетворения его потребностей.

Таким образом, под культурой в самом широком смысле этого слова принято понимать все то, что создано человеком (его деятель­ностью, трудом), человечеством в ходе его истории, в отличие от природных процессов и явлений, т.е. главная отличительная черта системы человеческой культуры состоит в том, что она созидается человеческим трудом. А процесс труда всегда осуществляется при непосредственном участии и направляющем воздействии сознания человека, его мышления, знаний, чувств, воли. Значит, культура — это «опредмеченный» мир человеческой духовности.

Культура есть продукт человеческой деятельности, а деятель­ность есть способ бытия человека в мире. Результаты человеческого труда постоянно накапливаются, и потому система культуры исторически развивается и обогащается. Многими поколениями людей создан целый грандиозный, колоссальный мир человеческой куль­туры. Все, что созидается и используется человеком в производстве (сельскохозяйственном и промышленном), на транспорте, сооруже­но строителями, все, что достигнуто человечеством в правовой, политической, государственной деятельности, в системах образо­вания, медицинского, бытового и других видов обслуживания, в науке, искусстве, религии, философии, наконец, — все это принад­лежит миру человеческой культуры. Поля и фермы, выращенные человеком леса и парки, промышленные (фабрики, заводы и т.п.) и гражданские (жилые дома, учреждения и др.) постройки, транс­портные коммуникации (дороги, трубопроводы, мосты и т.д.), линии связи, политические, правовые, образовательные и другие учреждения, научные знания, художественные образы, религиозные доктрины и философские системы — все это вещи человеческой культуры. Сейчас на Земле не просто найти такое место, которое бы в той или иной мере не было освоено человеческим трудом, которое не затронули бы деятельные руки человека, на котором не было бы печати человеческого духа.

Мир культуры окружает каждого. Каждый человек как бы погру­жен в море вещей, предметов человеческой культуры. Более того, индивид становится человеком постольку, поскольку он усваивает (выработанные предыдущими поколениями людей) формы деятель­ности по производству и использованию предметов культуры. В семье, в школе, в высшем учебном заведении, на работе, в общении с другими людьми мы осваиваем систему предметных форм культу­ры, «распредмечиваем» ее для себя. Только на этом пути человек изменяет сам себя, развивает свой внутренний духовный мир, свои знания, интересы, навыки, умения, мировоззрение, ценности, по­требности и др. Чем выше степень освоения человеком достижений культуры, тем больший вклад он может внести в ее дальнейшее развитие.

В.2. Материальная и духовная культура

Понятие культуры очень широкое. Оно охватывает по сути бесконеч­ное множество самых разнообразных вещей и процессов, связанных с деятельностью человека и ее результатами. Многообразную систему современной культуры в зависимости от целей деятельности приня­то подразделять на две большие и тесно связанные области — матери­альную культуру и духовную культуру.

Явления человеческого сознания, психики (мышление, знания, оценки, воля, чувства, переживания и т.д.) относятся к миру идеаль­ных вещей, идеального, духовного. Сознание, духовное — это важней­шее, но лишь одно из свойств той сложной системы, какой является человек. Обеспечение жизнедеятельности человека — необходимое условие существования его сознания, мышления, духа. Для того чтобы мыслить, человек должен сначала просто существовать как живой, деятельный, нормальный организм. Иначе говоря, человек должен материально существовать для того, чтобы проявилась его способность к производству идеальных, духовных вещей. Материаль­ная жизнь людей — это область человеческой деятельности, которая связана с производством предметов, вещей, обеспечивающих само существование, жизнедеятельность человека и удовлетворяющих исходные потребности людей (в пище, одежде, жилье и др.).

В ходе всей человеческой истории многими поколениями создан грандиозный мир материальной культуры. Особенно контрастно он проявляется в условиях городов. Составные элементы материальной культуры—дома, улицы, заводы, фабрики, транспорт, коммунальная инфраструктура, учреждения быта, снабжения продуктами питания, одеждой и др. — являются важнейшими показателями характера и уровня развития общества. По остаткам материальной культуры археологам удается достаточно точно определить этапы исторического развития, своеобразие исчезнувших обществ, цивилизаций, госу­дарств, народов, этносов.

Понятием «духовная культура» характеризуются духовная жизнь людей, ее результаты и средства. Духовная культура связана с деятель­ностью, направленной на удовлетворение не материальных, а духов­ных потребностей человека, т.е. потребностей в развитии, совершен­ствовании внутреннего мира человека, его сознания, психологии, мышления, знаний, эмоций, переживаний и др. Существование ду­ховных потребностей в конце концов и отличает человека от живот­ного. Эти потребности удовлетворяются в ходе не материального, а духовного производства, в процессе духовной деятельности.

Продуктами духовного производства являются идеи, понятия, представления, научные гипотезы, теории, художественные образы, сюжеты художественных произведений, моральные нормы и правовые законы, политические взгляды и программы, религиозные воззрения и др., которые воплощаются в своих особых материальных носителях. В качестве таких носителей выступают: язык (универсальный и исторически первый материальный носитель мысли), книги (древности — папирусы, рукописи), произведения искусства (картины, архитектурные сооружения, скульптуры и др.), графики, чертежи и др.

В народе говорят: не хлебом единым жив человек. Другими словами, жизнь человека состоит не только и не столько в удовлетворени материальных (т.е. в конце концов биологических) потребностей сколько в активности его внутреннего, духовного мира. Потребляя продукты духовной культуры (когда мы читаем книгу, смотрим в музее картину или в кинотеатре кинофильм, слушаем музыку и т.д. мы обогащаем, развиваем свой внутренний, духовный мир — мир знаний, образов, ценностей, переживаний. При этом мы создаем условия для совершенствования не только духовной, но в конечном итоге и материальной деятельности.

Человек не только потребляет продукты духовной культуры, созданные другими людьми. Он может и призван создавать новые элементы духовной культуры. Вершиной духовной деятельности человека является его собственное участие в создании новых элементов духовной культуры. В таком случае человек становится ТВОРЦОМ культуры, а его деятельность — творческой. В создании новых элементов духовной культуры проявляется высшее предназначение человека.

Анализ системы духовной культуры как целого позволяет выделить следующие основные компоненты духовной культуры: политическое сознание, правосознание, мораль, искусство, религия, философия и, наконец, наука. Каждый из этих компонентов имеет свой определенный предмет, свой специфический способ отражения,выполняет в жизни общества конкретные социальные функции, содержит в себе (в разных пропорциях) познавательные и оценочные моменты — систему знаний и систему оценок.

Человек не только знает что-то, но он всегда оценивает то, что он знает. Иначе говоря, он судит о том, насколько глубоки его знания хорошо или плохо он знает тот или иной предмет, насколько эффективна его деятельность, деятельность его коллег и т.п. Такие компоненты духовной культуры, как мораль, религия являются по cyти своей ценностными, но содержащими и некоторый познавательнь элемент. В большей степени познавательный элемент присущ политическому сознанию и правосознанию. Примерно в одинаковых пропорциях познавательное и ценностное представлено в философии. Наука же является преимущественно познавательной формой духовной деятельности, хотя и она, конечно, содержит в определенной мере и ценностные элементы, которые проявляют себя не столько в результате, сколько в процессе познания.

В.З. Наука как компонент духовной культуры

Наука является одним из важнейших основных компонентов духов­ной культуры. Ее особое место в духовной культуре определяется значением познания в способе бытия человека в мире, в практике, материально-предметном преобразовании мира. Материально-пред­метное, практическое изменение мира невозможно без познания мира. Познание является внутренним, неотъемлемым моментом практической деятельности. Практика и познание взаимно дополня­ют и опосредуют друг друга. Познание порождается практикой чело­века и в конечном счете нацелено на ее совершенствование.

Познание может быть донаучным, вненаучным и научным. Наука представляет собой лишь одну из исторических форм познания мира. Долгое время познание развивалось в донаучных формах (мифология, религия и др.). Вместе с тем некоторый познавательный момент несомненно свойствен (был всегда и присутствует сейчас) и ненауч­ным формам духовной культуры — искусству, политическому созна­нию, правосознанию, морали и даже религии.

Донаучное и вненаучное обыденное, житейское знание позволяет лишь констатировать и поверхностно описывать состояния предме­тов, вещей, фиксировать некоторые факты. Научное знание предпо­лагает не только описание, но и объяснение фактов, выявление всего комплекса причин, порождающих явление. Наука ориентирована на получение такого нового знания, истинность которого не просто утверждается, но и доказывается, обосновывается, ориентирована на строгую, последовательную организацию знания, на его система­тизацию, получение достоверных предсказаний и др.

Наука стремится, к максимальной точности, объективности. Ре­зультаты научного познания (теории, понятия и др.) организованы таким образом, чтобы исключить все личностное, привнесенное исследователем от себя. Одна из главных особенностей науки состоит в том, что она нацелена на отражение объективных сторон мира, т.е. на получение таких знаний, содержание которых не зависит ни от человека, ни от человечества. Наука стремится прежде всего постро­ить объективную картину мира, т.е. отразить его так, как он сущест­вует как бы «сам по себе», независимо от человека. Никакой другой компонент духовной культуры (ни искусство, ни идеология, ни рели­гия и т.д.) такой цели перед собой не ставит.

В разных отраслях познания переход от донаучного знания к научному происходил в разное время и был связан с осознанием идеи доказательности и обоснования знания, с определением предмета познания, соответствующих ему исходных понятий и методов, с открытием фундаментальных законов, позволяющих объяснять множество фактов, с формулированием базовых принципов, на которых создается фундаментальная теория, и др. В математике и астропомии такой переход совершился еще в античности, физике — в XVII, в химии — в XVIII в., биологии — в XIX в. и т.д.

Наука представляет собой исторически сложившуюся систему познания объективных законов мира. Результатом научной деятельности выступает система развивающегося доказательного и обоснованного знания. Научное знание, полученное на основе проверенных практикой методов познания, выражается в различных формах: понятиях, категориях, законах, гипотезах, теориях, научной картин мира и др. Оно дает возможность предвидения и преобразовани действительности в интересах общества и человека.

В.4. Проблема культур в науке: от конфронтации к сотрудничеству

Современная наука — сложная и многообразная система отдельных научных дисциплин. Науковеды насчитывают их несколько тысяч, которые можно объединить в две следующие сферы: фундаментальные и прикладные науки.

Фундаментальные науки имеют своей целью познание объективных законов мира как они существуют «сами по себе» безотносительно к интересам и потребностям человека. К фундаментальным относятся: математические науки, естественные науки (механика, астрономия, астрофизика, физика, химическая физика, физическа химия, химия, геохимия, геология, география, биохимия, биология антропология и др.), социальные науки (история, археология, этнография, экономика, статистика, демография, науки о государстве и праве, история искусства и др.), гуманитарные науки (психология и ее отрасли, логика, лингвистика, филология и др.). Фундаментальные науки потому и называются фундаментальными, что своими основополагающими выводами, результатами, теориями они определяют содержание научной картины мира.

Прикладные науки нацелены на разработку способов применения полученных фундаментальной наукой знаний объективных законов мира для удовлетворения потребностей и интересов людей. К прикладным наукам относятся: кибернетика, технические науки (при­кладная механика, технология машин и механизмов, сопротивление материалов, техническая физика, химико-технологические науки, металлургия, горное дело, электротехнические науки, ядерная энер­гетика, космонавтика и др.), сельскохозяйственные науки (агрономи­ческие, зоотехнические); медицинские науки; педагогическая наука и т.д. В прикладных науках фундаментальное знание приобретает практическое значение, используется для развития производитель­ных сил общества, совершенствования предметной сферы челове­ческого бытия, материальной культуры.

Каждая наука характеризуется собственными особенностями по­знавательной деятельности. Науки различаются предметом позна­ния, средствами и методами познания, формами результата позна­ния, теми системами ценностей, идеалами, методологическими уста­новками, стилями мышления, которые функционируют в данной науке и определяют отношение ученых и к процессу познания, и к социально-культурному фону науки.

Совокупность таких систем ценностей, идеалов, методологичес­ких установок, стилей мышления, присущих отдельным наукам и их комплексам, иногда называют научной культурой; говорят, напри­мер, о культуре гуманитарного познания, культуре естественно-науч­ного познания, культуре технического знания и т.п. Характер науч­ной культуры многое определяет и в проблемах организации науки, и в проблемах отношения науки и общества. Здесь и вопросы нравст­венной ответственности ученого, особенности «этики науки», отно­шение науки и идеологии, науки и права, особенности организации научных школ и управления научными исследованиями и т.п. Наибо­лее контрастны такие различия «научных культур» между культурами гуманитарного и естественно-научного познания.

Широко распространены представления о «двух культурах» в науке — естественно-научной культуре и гуманитарной культуре. Анг­лийский историк и писатель Ч. Сноу написал книгу о «двух культу­рах», которые существуют в современном индустриальном и постин­дустриальном обществе, — естественно-научной и гуманитарно-худо­жественной *. Он сокрушается по поводу огромной пропасти, которая наблюдается между ними и с каждым годом все возрастает. Ученые, посвятившие себя изучению гуманитарных и точных отраслей зна­ния, все более и более не понимают друг друга. По мнению Сноу, это — очень опасная тенденция, которая грозит гибелью всей человечес­кой культуре. Несмотря на излишнюю категоричность и спорность некоторых суждений Сноу, в целом нельзя не согласиться с существованием данной проблемы и оценкой ее важности.

* Сноу Ч . Две культуры. М., 1973.

Действительно, существуют немалые различия между естествен­но-научным и гуманитарным познанием. Естествознание ориентировано на повторяющееся, общее и универсальное, абстрактное; гума­нитарное познание — на специальное, конкретное и уникальное, не­повторимое. Цель естествознания — описать и объяснить свой объект, ограничить свою зависимость от общественно-исторических факторов и выразить знание с позиций вневременных принципов бытия, выразить не только качественные, но и количественные характеристики объекта. Цель гуманитарных наук — прежде всего понять свой объект, найти способы конкретно-исторического, личностного переживания, толкования и содержания объекта познания и своего отношения к нему и т.д. В 60—70-е гг. в массовом сознании, в молодежной, студенческой среде эти различия отражались в формах разного рода диспутов между «физиками», ориентированными на строго рационалистические и надличностные каноны естествозна­ния («только физика — соль, остальное все — ноль»), и «лириками», воспитанными на идеалах гуманитарного познания, включающих в себя не только объективное отражение социальных процессов и яв­лений, но и субъективно-личностное их переживание и толкование.

В проблеме, поставленной Ч. Сноу, есть два аспекта. Первый связан с закономерностями взаимодействия науки и искусства, вто­рой — с проблемой единства науки.

Сначала о первом из них. Художественно-образный и научно-ра­циональный способы отражения мира вовсе не исключают абсолют­но друг друга. Ученый должен обладать способностью не только к понятийному, но и к образному творчеству, а значит, обладать тон­ким художественным вкусом *. Так, многие ученые прекрасно разби­раются в искусстве, живописи, литературе. Играют на музыкальных инструментах, стремятся к глубокому переживанию прекрасного. Более того, само научное творчество выступает для них как некий вид искусства. В любых, даже исключительно абстрактных отраслях физико-математического естествознания, познавательная деятель­ность содержит в себе художественно-образные моменты. Поэтому справедливо говорят иногда о «поэзии науки». С другой стороны, художник, деятель искусства творит не произвольные, а типические художественные образы, предполагающие процесс обобщения, по­знания действительности. Таким образом, познавательный момент органично присущ искусству, вплетен в производство способов образного переживания мира. Интуиция и логика присущи как науке, так и искусству. В системе духовной культуры наука и искусство не исключают, а предполагают и дополняют друг друга там, где речь идет о формировании целостной гармонической личности, о полно­те человеческого мироощущения.

* Фейнберг Е.Л. Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке. М., 1992.

Второй аспект данной проблемы связан с единством науки. Наука в целом — это многогранное и вместе с тем системное образование, все отдельные компоненты которого (конкретные науки) теснейшим образом связаны. Между различными науками имеет место постоян­ное взаимодействие. Развитие науки требует взаимного обогащения, обмена идеями между различными, и даже кажущимися на первый взгляд далекими, областями знания. Например, в XX в. биология получила мощнейший импульс для своего развития именно в резуль­тате применения математических, физических и химических мето­дов исследования. С другой стороны, биологические знания помога­ют инженерам создавать новые типы автоматических устройств и проектировать новые поколения авиационной техники. Единство наук определяется в конечном счете материальным единством мира.

Естествознание, являясь основой всякого знания, всегда оказыва­ло влияние на развитие гуманитарных наук (через методологические установки, общемировоззренческие представления, образы, идеи и др.). Особенно значительно это воздействие в век современной научно-технической революции. Естественно-научные методы по­знания все в большей мере используются в общественных и гумани­тарных науках. Например, в исторических исследованиях они дают надежную основу для уточнения дат исторических событий, откры­вают новые возможности для быстрого анализа громадной массы источников, фактов и др. Широко применяются естественно-научные методы и принципы в психологии. Без применения методов естественных наук были бы немыслимы выдающиеся достижения современной науки о происхождении человека и общества. Новые перспективы взаимообогащения естественно-научного и гуманитар­ного знания открываются с созданием новейшей теории самооргани­зации — синергетики.

Одна из всеобщих закономерностей исторического развития науки — диалектическое единство дифференциации и интеграции науки. Образование новых научных направлений, отдельных наук сочетается со стиранием резких граней, разделяющих различные отрасли науки, с образованием интегрирующих отраслей науки (ки­бернетика, теория систем, информатика, синергетика и др.), взаимным обменом методами, принципами, понятиями и т.п. Наука в целом становится все более сложной единой системой с богатым внутренним расчленением, где сохраняется качественное своеобразие каждой конкретной науки. Таким образом, не конфронтация различных «культур в науке», а их тесное единство, взаимодействие, взаимопроникновение является закономерной тенденцией современного научного познания.

В.5. Структура естественно -научного познания

Понятие метода и методологии . Большую роль в научном познании играет научный метод. Чтобы понять, что такое научный метод, рассмотрим сначала, что такое метод вообще. В широком смысле метод — это способ организации средств (инструментов, приемов операций и др.) теоретической и практической деятельности. Любое разумное действие подчиняется определенным регулятивным принципам, от выбора которых существенно зависит результат деятельности. Метод оптимизирует деятельность человека, вооружает его наиболее рациональными способами организации деятельности. Понятие метода тесно связано с понятием методологии. Методология -это наука о закономерностях, которым подчиняется метод деятельности, о происхождении, сущности методов, их эффективности. Meтодология призвана выработать принципы создания наиболее совершенных методов в каждой форме деятельности.

Научное познание — это особая форма человеческой деятельности. Как каждая деятельность, познание также опирается на определенный набор средств деятельности, средств познания. Научный метод — это способ организации средств познания (приборов, инструментов, приемов, предметных и теоретических операций и др.) для достижения научной истины, система регулятивных принципов познавательной деятельности. Научный метод рационализирует и оптимизирует научное познание. По словам одного из основоположников методологии естествознания XVII в. Ф. Бэкона, научный метод подобен фонарю, освещающему дорогу бредущему в темноте путнику. Объясняя значение научного метода, Ф. Бэкон любил приводить еще один афоризм: даже хромой, идущий по дороге, опережает того, кто бежит без дороги. Только верный метод может привести к получению истинного знания, подлинной картины познаваемого предмета.

Научный метод выступает и как форма опосредования познания и практики. Метод объединяет теорию и практику, так как аккумулирует обобщенный практикой исторический опыт познания мира Такой опыт и позволяет методу направлять процесс познания, по строение научных теорий.

В естествознании исторически сложилось и в настоящее время применяется много научных методов познания: наблюдение, экспе­римент, индукция, дедукция, анализ, синтез, формализация, измере­ние, сравнение, идеализация, моделирование, аксиоматизация, гипотетико-дедуктивный метод, метод математической гипотезы, гене­тический метод и др. Обычно методы подразделяют на эмпиричес­кие и теоретические в соответствии с двумя основным уровням научного познания.

Уровни и формы научного познания . В структуре естественно­научного познания четко выделяются два уровня познавательной деятельности — эмпирический и теоретический, каждый из которых характеризуется особенными формами организации научного зна­ния и его методами.

К эмпирическому уровню относятся приемы, методы и формы познания, связанные с непосредственным отражением объекта, ма­териально-чувственным взаимодействием с ним человека. На этом уровне происходит накопление, фиксация, группировка и обобще­ние исходного материала для построения опосредованного теорети­ческого знания.

К эмпирическому уровню относятся такие методы, как наблюде­ние, различные формы экспериментирования, предметное модели­рование, описание полученных результатов, измерение и др. На эм­пирическом уровне познания складываются основные формы зна­ния — научный факт и закон. Закон — высшая цель эмпирического уровня познания — является результатом напряженной мыслитель­ной деятельности по обобщению, группировке, систематизации фак­тов, в которой применяются различные приемы мышления (анали­тические и синтетические, индуктивные и дедуктивные и др.). Закон отражает устойчивое, повторяющееся в явлении.

Если на эмпирическом уровне познания законы объекта выделя­ются и констатируются, то на теоретическом уровне они объясняют­ся. Мало сформулировать законы объекта, надо показать, что именно эти, а не какие-либо другие законы должны характеризовать данный объект. Такая задача и решается на теоретическом уровне познания.

К теоретическому уровню относятся все те формы и методы по­знавательной деятельности и способы организации знания, которые характеризуются той или иной степенью опосредованности и обес­печивают создание, построение и разработку научной теории (логи­чески организованного знания о законах, необходимых связях и от­ношениях предметной области данной науки). Сюда относятся теория и такие ее элементы и составные части, как научные абстракции, идеализации и мысленные модели; научная идея и гипотеза; различимые методы оперирования с научными абстракциями и построения теорий, логические средства организации знания и т.д.

Теория — это высшая форма познания. Естественно-научные теории нацелены на описание некоторой целостной предметной области, объяснение эмпирически выявленных закономерностей и предсказание новых закономерностей. Теория обладает особым высшим достоинством — возможностью получать знание об объекте, не вступая с ним в непосредственный чувственный контакт.

В структуру научной теории входят идеальные объекты, исходные понятия, принципы и законы, правила логического вывода. Cyществуют разные типы научных теорий: фундаментальные, прикладные, частные, феноменологические и др.

В становлении теории большую роль играет выдвижение научной идеи, в которой высказывается предварительное и абстрактное представление о возможном содержании сущности предметной области теории. Затем формулируется ряд гипотез, в которых абстрактное представление конкретизируется в ряде четких принципов. Следующий этап становления теории — эмпирическая проверка гипотез и обоснование той из них, которая больше всего соответствует эмпирическим данным. Только после этого можно говорить о перерастании удачной гипотезы в научную теорию. Создание теории — высшая и конечная цель фундаментальной науки реализация которой требует максимального напряжения и высшего взлета творческих научных сил.

Являясь результатом многократного обобщения знания и aбcтрагирования действительности, теория находится в очень непростых отношениях со своим объектом. Современные теории в физико-тематическом естествознании являются абстрактными и формализованными конструкциями, связи которых с реальными объектами проследить очень сложно. Поэтому любая такая теория должна подняться логико-гносеологической процедурой, обратной aбcтрагированию, — процедурой интерпретации.

Методологические установки познания . Важным компонентом научной деятельности являются методологические установки познания. Наиболее общие методологические принципы в каждой науке называются методологическими установками данной науки. Они выполняют функцию регулятивной основы познавательной деятельности, направляют, ориентируют и контролируют построение эмпирических обобщений и теоретических схем.

По своему содержанию методологические установки — это система представлений об общих свойствах объекта познания, процесса исследования этого объекта и о том, каким (по форме) должен быть результат исследования. В ходе исторического развития любой науки рано или поздно изменяется объект ее познания, а значит, в определенной степени изменяется и процесс познания. Поэтому система методологических установок характеризует конкретно-ис­торические особенности естественно-научного познания.

Методологические установки соединяют познавательный и цен­ностный аспекты познания в некое качественно новое целое. Через методологические установки познания каждая наука включается в систему культуры в целом. Та естественная наука, методологические установки которой в данную историческую эпоху являются типичны­ми и определяющими для всех остальных естественных наук, стано­вится лидером естествознания. Начиная с XVII в. долгое время лидером естествознания выступала физика. В XX в. эта роль постепенно пере­ходит к биологии.

Методологические установки являются составной частью ядра, основания конкретно-исторического способа познания. Кроме того, понятие «методологические установки познания» теснейшим обра­зом связано с понятием «научная картина мира». Та часть содержа­ния методологических установок познания, которая связана с харак­теристикой общих черт предмета познания данной науки, является одним из непосредственных истоков научной картины мира.

Что такое «научная картина мира»? Научная картина мира — это целостная система представлений об общих свойствах и закономер­ностях природы, возникающая в результате обобщения и синтеза основных естественно-научных понятий, принципов, методологи­ческих установок. Различают общенаучную картину мира, картины мира наук, близких по предмету исследования (например, естествен­но-научная картина мира), картины мира отдельных наук (физичес­кая, астрономическая, биологическая и др.).

В структуре научной картины мира можно выделить два главных "компонента: понятийный и чувственно-образный. Понятийный представлен философскими категориями (материя, движение, пространство, время и др.) и принципами (материального единства мира, всеобщей связи и взаимообусловленности явлений, детерми­низма и др.), общенаучными понятиями и законами (например, закон сохранения и превращения энергии), а также фундаментальными понятиями отдельных наук (поле, вещество, Вселенная, биологичес­кий вид, популяция и др.).

Чувственно-образный компонент научной картины мира — это совокупность наглядных представлений о тех или иных объектах и их свойствах (например, планетарная модель атома, образ Метага­лактики в виде расширяющейся сферы и др.).

Главное отличие научной картины мира от ненаучных картин мира (например, религиозной) состоит в том, что научная картина мира строится на основе определенной фундаментальной научной теории, которая служит обоснованием этой картины мира. Научная картина мира как форма систематизации знания отличается от научной теории. Если научная картина мира отражает объект, отвлекаясь, от процесса получения знания, то научная теория содержит в себе не только знания об объекте, но и логические средства проверки истинности. Научная картина мира играет эвристическую роль в процессе построения частных научных теорий.

Понятие способа познания . Понятия «наука», «отдельная отрасль науки», «отдельная наука» достаточно общие и абстрактные. Конкретный анализ исторического развития и функционирования научного познания предполагает введение понятия способа познания. Способ познания — это исторически определенная и целостная система (эмпирических и теоретических) средств исследовательской деятельности, призванная отражать содержание определенного целостного «среза» объективной реальности (предмета, объекта познания). Основные компоненты способа познания: фундаментальная теория (принципы, правила логического вывода и доказательства, совокупность выведенных следствий, утверждений и др.), Массив эмпирических данных (фактов, закономерностей), которые должны быть обобщены теорией; идеалы, ценности, методы познания; система методологических установок познания в данной науке. Основанием, ядром способа познания выступают принципы фундаментальной теории в единстве с методологическими установками познания.

История каждой отдельной науки (физики, астрономии, биологии и др.) может быть представлена как история формирован эволюционного развития и революционной смены ее конкретно-исторических способов познания.

Эволюционные и революционные периоды развития науки. В истории естествознания четко выделяются эволюционные и революционные периоды развития. К великим научным революциям можно причислить коперниканскую революцию, ньютонианскую революцию, дарвиновскую революцию, революцию в естествознании на рубеже XIX—XX вв. и др.

Революции в естествознании связаны с изменениями способа познания. Научная революция — это закономерный и периодически повторяющийся в истории науки процесс качественного перехода от одного способа познания к другому, отражающий более глубинные связи и отношения природы. В ходе научной революции происходит, выделение качественно нового типа объектов, резкое изменение системы методологических установок познания, идеалов познания, критериев оценки результатов познания, имеет место критика старых и утверждение новых ценностей познания. Научная революция имеет свою структуру, основные этапы развития *.

* См.: Найдыш В.М. Научная революция и биологическое познание: философско-методологический анализ. М., 1987.

Первый этап научной революции — формирование непосредст­венных предпосылок (эмпирических, теоретических, ценностных) нового способа познания в недрах старого. Оно осуществляется в русле образования и попыток разрешения некоторой проблемной ситуации в науке. Такая проблемная ситуация развивается от осозна­ния потребности в новом способе познания до формирования идеи о содержании его основания.

Второй этап научной революции нацелен на непосредственное развитие оснований нового способа познания. Он начинается с вы­движения идеи (т.е. с того, чем заканчивается первый этап), продолжается ее развитием вплоть до формулирования принципов фунда­ментальной теории и завершается выработкой методологических установок познания.

Третий этап научной революции — утверждение качественно но­вого способа познания. При этом старый, исходный способ познания превращается в подчиненный момент нового способа познания. В ре­альной практике научного познания на данном этапе осуществляют­ся проверка, применение, подтверждение новой фундаментальной теории, уточнение ее соответствия предшествующему теоретическо­му знанию и данным нового эмпирического базиса, а также новым методологическим установкам познания.

Этапом утверждения оснований нового способа познания, пре­вращения его в устойчивую стабильную делостность завершается период научной революции и начинается период эволюционного развития науки.

На эволюционном этапе своего развития наука опирается на сло­жившийся в ходе научной революции новый способ познания (пара­дигму, фундаментальную теорию), основания которого принимают­ся учеными уже без существенной критики как новый, мощный и действенный инструмент познания.

Часть первая

Основные исторические периоды развития естествознания

1. НАКОПЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАНИЙ В СИСТЕМЕ ПЕРВОБЫТНОГО СОЗНАНИЯ

Как мы уже отмечали, наука — это определенная историческая форма незнания. Она складывается в древнегреческой цивилизации в первом тысячелетии до н.э. как результат длительного развития познавательной деятельности в эпоху первобытной родо­вой общины и первых цивилизаций Древнего Востока.

Накопление донаучных рациональных знаний о природе началось еще в перво­бытную эпоху.

Следует отметить, что познавательная деятельность, духовное освоение мира, духовное творчество — важнейшие обстоятельства, которые окончательно вырвали человека из-под влияния биологических факторов эволюции, из биологического мира. О громадной жажде познания первобытных людей свидетельствуют археологи­ческие и этнографические данные. Как писал выдающийся исследователь духовной культуры первобытных племен К. Леви-Строс, «жажда объективного познания образу­ет один из наименее учитываемых аспектов мышления тех, кого мы называем «прими­тивными». Если оно (это мышление) редко направляется к реальностям того же уровня, к каковым привязана современная наука, то подразумевает все же сопоставимые интеллектуальные действия и методы наблюдения. В обоих случаях мир является объектом мысли, по меньшей мере настолько же, как и средством удовлетворения потребностей» *. Многие данные говорят о том, что потребность познания — одна из фундаментальных потребностей человека, начиная с эпохи верхнего палеолита.

* Леви-Строс К. Первобытное мышление. М., 1994. С. 114—115.

Для того чтобы представить себе картину первобытного познания, необходимо прежде всего учесть, что духовный мир первобытного человека, первобытное созна­ние, т.е. сознание человека эпохи первобытной родовой общины, было двухуровне­вым:

1) уровень обыденного, повседневного, стихийно накапливающегося знания;

2) уровень мифотворчества (мифологии) как некоторой «дотеоретической» формы систематизации обыденного, повседневного знания.

1.1. Повседневное, стихийно-эмпирическое знание

Первобытное обыденное, повседневное сознание было достаточно емким по содержанию. Оно включало очень много конкретных зна­ний о той среде, в которой человек жил, боролся за свое существова­ние, совершенствовал (хотя и медленно) орудия труда.

Первобытный человек поразительно тонко знал окружающую его местность. Так, приморские народы — смелые мореплаватели, прекрасно знали морские течения и направления ветров, расположение островов и архипелагов, великолепно ориентировались по звездному небу, находя свой путь в океане. Люди, жившие в тайге, отлично знали ее законы, природу, повадки животных, могли уходить на промысел зверя в тайгу на долгое время, безошибочно ориентироваться в ней и т.д.

На поздних этапах эпохи первобытной родовой общины появились первые способы воспроизведения географического пространства, зачаточные формы географических карт. Наиболее ранней формой были вырезанные на оружии, копьеметалках и др. изображения центров тотемического культа, расположенных на территории общины. Географические схемы, вычерчивавшиеся часто просто на земле, изображали стоянки, водоемы, места кочевок, тотемических святилищ и др. Особенно интересной формой древних географических карт были словесные географические карты и карты-песни, в которых последовательно назывались (распевались) горы, скалы, тропинки, водоемы и расстояния в днях пути между ними.

В практической повседневной деятельности человек постепенно накапливал разнообразные знания не только о географической местности, в которой он проживал, но и о животных, растениях, о самом себе. Наскальные и пещерные рисунки верхнего палеолита позволяют сделать вывод, что в те далекие времена люди не только xopoшо различали большое число видов животных, но и были хорошо знакомы с их анатомией: сохранились рисунки головы быка с отходящим от нее позвоночным столбом, слона, у которого в области груди изображено сердце, и др. Первобытный человек хорошо знал повадки животных, что позволило ему позднее перейти к одомашниванию животных (доместикации). Первым таким животным была собака, оказывавшая существенную помощь на охоте. (Развитие доместикации позднее привело к переходу от присваивающего хозяйства к производящему.) Первобытный человек хорошо ориентировался и в свойствах растений, особенно лечебных и токсических. На основе векового опыта народов были накоплены достаточно точные и ширные знания о лекарственных свойствах растений. Например американские индейцы хорошо знали жаропонижающие, наркотические, психотропные средства, анестетики, а аборигены Австралии хорошо знали и употребляли в пищу свыше 200 видов растений, 4 которых использовалось еще и в лечебных целях.

Первобытный человек не только накапливал знания о флоре и фауне, но и пытался их классифицировать. Так, ботанический словарь племени хануну (Филиппины) достигает двух тысяч названий; тысячи видов насекомых объединены в 108 групп, и каждая имеет свое название *. У первобытных племен Австралии также были разви­ты сложные системы классификаций родства.

* По словам Леви-Строса, «на нынешнем этапе познания цифра 2000 выглядит вполне соответствующей в качестве порядка величины, нечто вроде порога, вбли­зи которого находятся этнозоологические или этноботанические возможности памяти и способности к определению, основанные на устной традиции» (Леви-Строс К. Указ. соч. С. 233).

Первобытный человек хорошо знал и анатомию человека. В дале­кой древности зародилась и первобытная медицина, вырабатыва­лись разнообразные средства лечения и самолечения, даже приемы примитивной хирургии: перевязка, лечение ран и переломов, выви­хов, вплоть до хирургических операций на черепе.

Первобытная культура синкретична, в ней еще тесно переплета­ются познавательная, эстетическая, предметно-практическая и дру­гие виды деятельности. Интересна, например, следующая история. В одной из почти безжизненных центральноавстралийских пустынь заблудилась группа путешественников-европейцев. Ситуация в тех условиях трагическая. Однако проводник, абориген, успокоил путе­шественников, заявив примерно следующее: «В этой местности я раньше никогда не был, но знаю ее... песню». Следуя словам песни, он вывел путешественников к источнику. Этот пример ярко иллюстри­рует глубинные истоки единства науки, искусства и повседневного обыденного опыта.

1.2. Зарождение счета

Одна из особенностей развития первобытного сознания — формиро­вание способности отражать и выражать количественные характе­ристики действительности. Становление категории количества, способности количественного исчисления предметов являлось важней­шей чертой развивающегося первобытного сознания. И действитель­но, ведь счет выступает, в сущности, первой теоретической деятельностью рассудка, абстрактной способностью мышления. Раз­витие способности счета — главный показатель уровня развития аб­страгирующей, обобщающей, теоретической стороны человеческо­го сознания.

Проблема происхождения первоначальной способности челове­ка к счету — одна из интереснейших в проблематике первобытной культуры. Загадочность этого явления неоднократно использовалась в качестве главного аргумента для разного рода мистических трактовок истории человеческого мышления. Достижения археологии, антропологии, истории и других наук (особенно в XX в.) позволяют воспроизвести в общих чертах картину процесса становления количественных представлений и систематического счета в первобытном обществе *.

* См.: Фролов Б.А. Числа в графике палеолита. Новосибирск, 1974.

Прежде всего следует указать на три главные предпосылки становления количественных представлений, способности счета.

Первая — это повседневная практическая деятельность человека многообразие действий человека по разделению целого на части (изготовление орудий труда, разделение добычи, туш животных и др.) и сложение некоторого целого из частей (строительство жилища, составные орудия и т.п.). Такие повседневные практические действия повторялись первобытным человеком многократно, являясь необходимой стороной его повседневной жизнедеятельности.

Вторая важная предпосылка — природные ритмы , в особенности взаимосвязи ритмов человеческого организма (включая и его физиологические ритмы) с ритмами природной среды.

И третья важная предпосылка — познавательная процедура сравнения , выделения качественно определенных характеристик природных предметов и соотнесение их между собой. Процедура сравнения исторически сложилась на базе психики высших приматов еще в условиях первобытного стада.

В процессе своего исторического становления долгое время первобытный человек ориентировался в окружающей среде, имея возможность отражать и фиксировать лишь качественные (а не количественные) свойства предметов. При этом, очевидно, важную роль играла образная память. Для нормальной жизнедеятельности в узких рамках потребностей и возможностей нижнепалеолитического хозяйства (на достаточно длительном историческом промежутке времени — около 2 млн лет) было вполне достаточно выделения и запоминания качественных признаков вещей. (По этнографическим cвидетельствам, оленеводы Северной Азии, не умея пересчитать количество оленей в стаде, состоящем из нескольких сотен голов, тем не менее знали индивидуальные признаки каждого оленя в стаде.) Исторически первой формой становления количественных представлений являлась, очевидно, абстрактная фиксация качественного своеобразия некоторого множества, состоящего из отдельных предметов, свойства которых хорошо усвоены субъектом. Так, первобытный оленевод сразу же определял отсутствие в стаде оленей нескольких особей, индивидуальные признаки которых ему хорошо известны.

Важнейший этап (и условие) выработки понятия о счете связан с ситуациями, в которых человек вынужден соотносить элементы одного множества однотипных вещей (предметов) с элементами другого, качественно иного множества. Цель такого соотнесения — кон­статация равенства (или неравенства) этих множеств (групп) предме­тов. Такие процедуры постоянно возникали в условиях уравнитель­ного распределения внутри общины, а также в условиях межобщин­ного обмена (например, аборигены Австралии меняли определенное число рыб на определенное число съедобных кореньев).

Революционным по своей значимости шагом в развитии систем счета (понятия количества) стало введение в процедуру соотнесения элементов двух различных множеств некоторого третьего множества, являющегося опосредующим звеном между двумя исходными (т.е. подлежащими сравнению). В качестве такого третьего опосредующего звена могли выступать самые различные естественные вещи, на­пример, природные предметы: четыре части света, простейшие пар­ные отношения (тепло и холод, день и ночь, восход и заход и др.), раковины, палочки, камешки и др. Для измерения времени наиболее удобны природные ритмы, их совпадение с ритмами человеческого организма, ритмами хозяйственной жизни. Такая опосредующая сис­тема должна быть удобной для коллективного пользования, т.е. по­нятна и приемлема для всех членов первобытных родовых общин. Этнографическими исследованиями зафиксировано множество при­меров использования племенами Австралии и Африки приемов счета, построенных на подобного рода «естественных» системах отсчета. Заметим, что в каждой родовой общине складывались свои системы счета.

Следующий исторический этап развития количественных поня­тий (систем счета) связан с заменой естественных посредников ис­кусственными. В качестве их выступали зарубки, нарезки, насечки на палках, костях или других предметах, узелки, полосы краски и т.п. Так исторически формируется система искусственных «предметов-посредников», выражающая собой значения абстрактных количест­венных отношений. Этот этап развития счета хорошо изучен архео­логией, историей первобытного общества, этнографией. Известно достаточно много знаково-символических изображений эпохи верх­него палеолита, имевших, по-видимому, математическое значение. Одна из характерных особенностей данного этапа состояла в том, что он непосредственно способствовал зарождению древнейших аст­рономических представлений, первобытной астрономии.

И наконец, завершение становления систем счета (количествен­ных представлений действительности) связано с разработкой поня­тия числа. Абстрактное понятие числа выражает количественные отношения уже независимо от реального содержания, от конкретных, вещественных признаков совокупностей предметов.

Весьма интересен вопрос о зарождении астрономических знаний. В последнее время в понимании истоков первобытной астрономии произошли значительные изменения. Ранее истоки развития астрономии связывали лишь с древними цивилизациями Востока (IV- III тыс. до н.э.). Но за последние 20—30 лет археологами накоплен значительный материал, позволяющий утверждать, что еще в палеолите происходило накопление астрономических знаний. В верхнепалеолитических стоянках в разных частях Европы и Азии найдены наскальные изображения, браслеты, пряжки, изделия из бивня мамонта и т.п., которые содержат ритмически повторяющиеся нарезки и ямки. Анализ этих изображений показал, что их структура и подразделения соответствуют лунным циклам, т.е. они представляют собой древнейшие формы первобытного календаря (10 лунных месяцев около 280 суток). Например, браслеты устроены так, что особым образом выделяется число 7. (Ведь 7 суток — длительность одной фазы Луны.)

Еще в эпоху мустье (около 100—40 тыс. лет назад) зародилась традиция наблюдения за небесными явлениями, порожденная практикой сезонных промыслов. На стоянках неандертальцев (в пещерах (результаты этих наблюдений фиксировались в разного рода астральных рисунках (круг, крест, группы ямок и др.). В верхнем палеолите (40—10 тыс. лет назад) астральные рисунки усложняются, отражая довольно сложные закономерности поведения Луны, Солнца и др. Около 20 тыс. лет назад существовали определенные приемы счет времени по Луне и Солнцу. Большое значение в фиксации регулярно повторяющихся небесных явлений имело совпадение ритмов природных процессов и общественной жизни, ритмов природы и физиологии человеческого организма. При этом зачатки биологических, астрономических и математических знаний возникают в синкретическом единстве.

Календарь для людей верхнего палеолита был не самоцелью, средством решения практических задач, концентрировавшихся вокруг промысла, быта и воспроизводства родовой общины. Ритмика природы (астрономических явлений), ритмика организма человек и ритмика производственной деятельности первобытного социального коллектива связывались между собой. Периоды интенсивного промысла требовали единой регламентации поведения членов родовой общины. Эти периоды чередовались с периодами снятия запретов и сезонными празднествами, т.е. с другой формой поведения. Жизнь охотничьей общины была тесно связана также с циклическими изменениями живой природы, одним из которых были сроки беременности основных видов промысловых животных. Для перво­бытного человека фундаментальными основами бытия выступали циклическая динамика промысловой, производственной деятельнос­ти и динамика воспроизводства человеческого коллектива. Причем природные ритмы выступали наиболее удобным мерилом (единицей отсчета), позволяющим разграничивать качественно различные пе­риоды жизнедеятельности первобытного человека.

Процессы воспроизводства человека (само существование перво­бытного коллектива) и процессы воспроизводства животных (как главного предмета промысловой деятельности) соотносились с динамикой, цикличностью в движении небесных тел. В этом отождествле­нии, пожалуй, и кроются корни олицетворения небесных тел в обра­зах животных. Сейчас у нас широко известны традиции восточного календаря связывать каждый год с названием одного из зодиакальных созвездий, обозначаемых именами животных. Образные (как прави­ло, зооморфные) обозначения многих созвездий сложились еще в палеолите. Об этом свидетельствует, в частности, одинаковые наименования ряда созвездий у народов Австралии, индейцев Америки, коренного населения Сибири и в античном Средиземноморье.

Астрономическое познание зарождалось не только в единстве с биологическим, но и в единстве с математическим знанием. Число не имело тогда еще своего самостоятельного, абстрактного значения. Оно обязательно связывалось с неким конкретным природным про­цессом, множеством. Отсюда, в частности, и истоки числовой магии, мистификации чисел в их связи с какими-либо природными события­ми, процессами. Интересно, например, отметить, что число 7 («ма­гическая семерка») вообще имело в первобытной культуре особое значение: оно связывалось с лунными ритмами (которые трактова­лись как «рождение» и «умирание» Луны на небе); со структурой Космоса (четыре стороны света + три части «мирового дерева», т.е. корень, ствол, верхушка); с ритмами деятельности самого человека.

Фундаментальные свойства физиологии и психики человека также нашли свое отражение в формировании первичных абстрак­ций и количественных понятий первобытного человека. В частности, важная роль числа 7 в астральных мифах и ритуалах палеолита определяется закономерностями психики человека: в эксперимен­тальной психологии постоянство границ оперативной памяти и вни­мания определяется обычно числом 7 (или 7 ± 2). Кроме того, целая серия прямоугольных фигур в искусстве палеолита имеет пропорции 1:0,62. Это соотношение то же, что и экспериментально установлен­ное в психологии пороговое отношение в процессе восприятия (закон Вебера — Фехнера).

Среди множества разнообразных систем счета (после длительногo предварительного их отсева) в итоге преимущественно закрепляется десятеричная система. Это, безусловно, нельзя считать случайным: 10 лунных месяцев беременности, что для эпохи матриархата было очень важным природным ритмом; 10 пальцев рук как главного естественного орудия труда, связывающего предмет труда и цели деятельности человека, и др.

Таким образом, в системе сознания первобытной родовой общины на уровне повседневного стихийно-эмпирического знания был накоплен значительный массив первичных сведений о мире, сложились важные исходные абстракции (и среди них — абстракция количества), разработаны системы счета, календари, зафиксированы простейшие биологические, астрономические, медицинские и другие закономерности. Рациональное знание, накопленное в эпоху первобытной родовой общины, было тем пьедесталом, на котором надстраивалась и развивалась протонаука древнего мира.

1.3. Мифология

Мифологическая картина мира . Высшим уровнем первобытного сознания являлась мифология. Мифология — это некоторый «дотеортический» способ обобщения, систематизации стихийно-эмпирических, обыденных знаний.

Миф есть прежде всего способ обобщения, мира в форме наглядных образов . В первобытности отдельные стороны, аспекты мира обобщались не в понятиях, как сейчас, а в чувственно-конкретных, наглядных образах. Совокупность связанных между собой таких наглядных образов и выражала собой мифологическую картину мира.

В качестве оснований, связывающих между собой наглядные образы в мифологии, выступали аналогии с самим человеком, с кровно-родственными связями первобытной общины. Человек переносил окружающую его действительность собственные черты. В мифе очеловечивалась природа. Для мифа природа есть поле действия человеческих сил (антропоморфизм). В мифологическом сознании мир мыслился как живое, одушевленное существо, живущее по законам родовой общины; мир представлялся некоторой общинно-родовой организацией. Картина мира выступала аналогией картины того рода, в котором сложился данный миф.

В мифологическом сознании человек не выделяет себя из окружающей среды. Для мифа характерно неразличение объекта и мысли о нем; вещи и слова; вымысла, фантазии и действительности; вещи и свойств; пространственных и временных отношений; правды и «поэ­зии» и др. Миф нес в себе не только определенное обобщение и понимание мира, но и переживание мира, некоторое мироощуще­ние. Миф всегда сопровождается переживаниями, открытыми чувственно-эмоциональными состояниями. В мифе обобщались и выража­лись желания, ожидания, страдания человека, его эмоциональные порывы. Для мифа свойственны не только высокая эмоционально-аффективная напряженность, но и значительный динамизм вообра­жения, иконическая полнота воспроизведения содержания памяти, синкретичность и полифункциональность наглядно-чувственных об­разов.

Своеобразие мифологии в том, что она не нацелена на выявление объективных закономерностей мира. Миф выполняет функцию уста­новления идеального (не осознаваемого как реальное) равновесия между родовым коллективом и природой. В мифе нет различия между реальным и сверхъестественным. И поэтому миф как бы достраивает реальные родовые отношения в общине идеальными мифологичес­кими образами, заполняя ими «пропасть» между человеком и приро­дой. Этим самым между природой и человеком как бы поддерживает­ся некоторая гармония, равновесное отношение.

В мифологическом понимании мира случайное, хаотическое, еди­ничное, неповторимое не противостоит необходимому, закономер­ному, повторяющемуся. В мифологии выделение черт предмета оп­ределяется не его объективными характеристиками, а субъективной позицией хранителя мифа (шамана, колдуна и др.), в русле его инди­видуальных ассоциаций. Способ обобщения строится на основе под­ражания увиденному. Главным средством обобщения выступают умо­заключения по аналогии (учитывающие не столько объективные мерты предмета, сколько субъективные особенности ситуации пове­дения). В мифологии имеет место неполная обратимость логических операций (если А + В = С , то для первобытного сознания (С-В ) может быть и не равно А). Как следствие этой черты — нечувствительность мифа к логическим противоречиям.

Таким образом, мыслительная деятельность на уровне мифологи­ческого сознания качественно отлична от понятийно-мыслительной деятельности эпохи цивилизации. Основные черты наглядно-образного мифологического мышления:

• преобладание умозаключений по аналогии;

• обобщение на основе подражания;

• недецентрированность (или эгоцентризм) отражения;

• неполнота обратимости логических операций и нечувстви­тельность к логическому противоречию;

• неразличение случайного, единичного, неповторимого и необходимого, общего, повторяющегося.

К этим чертам можно добавить и еще ряд черт — трансдуктивный характер связи абстракций (наряду с дедукцией и индукцией); опре­деление предмета по одной его несущественной характеристике; ха­рактеристика объекта не на основе выявления соподчинения и ие­рархической организации его свойств, а посредством простого со­единения, связывания известных его свойств (вперемешку как суще­ственных, так и несущественных) и др.

Этнографические исследования показали, что в системе нагляд­но-образного мышления предметы классифицировались не путем ло­гических операций, а через наглядные представления об участии предметов в практической ситуации. Так, в наглядно-образном мыш­лении, во-первых, имело место недоверие к исходной посылке силло­гизма, если она не воспроизводит наглядный личный опыт; во-вто­рых, посылка силлогизма не имела для испытуемых всеобщего харак­тера и трактовалась как частное положение; в-третьих, силлогизм легко распадался в испытуемых на три независимых, изолированных частных положения, не связанных в единую логическую систему; в-четвертых, вопросы, направленные на анализ личных качеств ис­пытуемых, либо вовсе не воспринимались, либо относились к мате­риальному положению или бытовым ситуациям, в которые был вклю­чен испытуемый.

Мифологическое мышление еще не может обеспечивать логико-понятийное освоение объективных связей и отношений мира. Но в то же время миф есть и некоторое особое объяснение мира. Его особенность определяется прежде всего своеобразными трактовка­ми причинности, пространства и времени. Объяснить какое-либо событие с точки зрения мифологии — значит рассказать о том, как оно произошло, как оно было сделано, сотворено в прошлом. Причинные связи (как и все другие) первобытный человек выделял в своей деятельности, но фиксировал их как связи между целями и результатами своей деятельности. Поэтому и саму причинность он представлял сначала лишь как волевое действие, акт некоторого созидания. В мифе существует также свое, особое мифологическое время и мифологическое пространство.

Мифологическое время — это некое далекое прошлое, которое каче­ственно отличается от настоящего, от современности. Вместе с тем мифологическое прошлое — это некая модель, образец современных событий. В мифе все современные события происходят по аналогии с событиями далекого мифологического времени. И только из этой аналогии могут быть объяснены. Мифологическое время легко переходит в мифологическое пространство и наоборот.

Мифологическое пространство — это пространство родовой жизни, часть мира, в которой появился и функционирует данный род со своим определенным тотемом, т.е. родоначальником, в качестве которого выступает некая вещь — животное, растение или даже неорга­нический предмет. Время жизни рода и его тотем определяют мифо­логическое пространство рода. В этом пространстве можно легко перейти из прошлого в настоящее и наоборот — из настоящего в прошлое. Силы, породившие данный род, не исчезли, они продолжа­ют существовать. И человек верит, что может легко перейти из про­странства окружающих его физических вещей в пространство тех тотемных сил, которые сотворили в прошлом самого человека, его род, общину (в частности, от смерти к жизни и от жизни к смерти и др.).

Таким образом, вся система мифологического объяснения по­строена на убеждении в реальности мифа, событий мифологическо­го времени и пространства. Отсюда такая черта мифологического объяснения, как его беспроблемность: миф как некоторое миропони­мание не нуждался в проверке и обосновании.

Важно также отметить и повествовательность мифа. Мифологи­ческое объяснение есть некоторое повествование, развернутый рас­сказ о совокупности и последовательности прошлых событий. Повествовательность мифа стала источником народных эпосов, а затем и эпического искусства.

Но миф не был застывшей совокупностью образов. Миф предпо­лагал определенный динамизм, который проявлялся в постоянном взаимодействии образов, их соотнесении. Важнейшей стороной взаимодействия мифологических образов выступало выявление их про­тиворечивых сторон. Внешние отношения природной среды воспро­изводятся мифом в виде бинарно-ритмических оппозиций. Среди них: пространственно-временные (день — ночь, верх — низ, право — лево, небо — земля и др.); социальные (мы — они, старшие — младшие и др.); на стыке природного и культурного миров (огонь — вода, вареное — сырое и др.), цветовые (красное — белое — черное и др.) и проч.

Вещам окружающего человека мира (обрядам, предметам быта, одежде, жилью, орудиям труда, украшениям и др.) система мифов придавала определенную символическую значимость, ценность. В мифологическом сознании вещи носили иерархизированный ха­рактер. Мифы как бы накладывали на вещи социальные характерис­тики. Все значимые для человека вещи выступали реализацией неко­торого мифического замысла. Миф выступал и как совокупность чув­ственных образов, и как неразрывно связанная с такими образами система ценностей . Мифологическая система ценностей определяла знаково-символический статус вещей, поступков людей. В мифе была отражена некоторая система протоморальных регулятивов, норм и ценностей.

Миф, как и само первобытное общество, исторически изменялся. Ранние мифы — краткие, примитивные, сюжетно неразвернутые, очень простые по содержанию. Бинарно-ритмические оппозиции в самых древних мифах — простейшие, не имеют логических связей, переходов. В наиболее древних мифах мир, Земля, Вселенная часто изображались в облике животного; так, Земля мыслилась как огромный космический зверь. Это было так называемое зооморфное виде­ние мира. В соответствии с ним Земля, Вселенная произошли из тела животного. В качестве такого животного выступали мамонт, бык, лошадь, черепаха, огонь, кит, птицы и т.п. Зверей рассматривали как демиургов (творцов) мира. Каждое из этих животных являлось тотемом, олицетворявшим данный род.

Например, в древнеиндийских сочинениях присутствует изобра­жение Вселенной в образе жертвенного коня: «Утренняя заря — это голова жертвенного коня, солнце — его глаз, ветер — его дыхание... небo — его спина, воздушное пространство — его брюхо, земля — его рот, страны света — его бока... дни и ночи — его ноги, звезды — его кости, облака — его мясо, пища в желудке — это песок, реки — его жилы, печень и легкие — горы, травы и деревья — его волосы» *. В северных народов Вселенная нередко изображалась в образе громадного лося. Леса рассматривались как шерсть огромного космическогo лося, животные — как паразиты на его теле, а птицы — как вьющиеся над ним комары. Устав от неподвижности, лось время от вре­мени переступает с ноги на ногу, вызывая тем самым землетрясения. Можно привести множество зооморфных мифов, отдельные из кото­рых имели распространение вплоть до сравнительно недавнего вре­мени.

* Брихадараньяка Упанишада. М., 1964. С. 67.

Большое распространение в первобытных мифах имел также образ мирового дерева. Вселенная представлялась как громадное космическое мировое дерево. В таком дереве четко выявлялись три составные части, каждой из которых соответствовал свой самостоя­тельный мир. В качестве таких частей выступали: верхушка (где живут духи и боги), столб (скрепляющий огромную махину космоса) и корень (уходящий в землю, на которой живут люди). По такому чудесному дереву можно проникнуть в иные миры Вселенной; дерево — это путь, по которому боги могут спускаться на землю и возвращаться в боже­ственный мир, на верхушку дерева. Образ мирового дерева не только выражал понимание древними людьми структурной организации Вселенной, но и воплощал идею плодородия (животворные водные ключи, плодородная земля, плоды, цветы и другие атрибуты плодо­родия).

Образ мирового дерева был присущ, в частности, славянскому фольклору (сказкам, суевериям, преданиям, легендам). Н.В. Гоголь (большой знаток народных сказаний, легенд, фантастических обра­зов) в повести «Майская ночь» устами героини воскрешает древний образ мирового дерева: «А говорят, однако же, есть где-то, в какой-то далекой земле, такое дерево, которое шумит вершиною в самом небе, и бог сходит по нем на землю ночью перед светлым праздником» *.

* Гоголь Н.В. Собрание сочинений: В 6 т. М.. 1952. Т. 1. С. 57.

Первобытная мифология развивалась в направлении развертыва­ния, усложнения мифологических сюжетов, обогащения набора ис­ходных образов, более явного выявления логических связей, перехо­дов, а также постепенной замены образов животных и мирового дерева образами людей. Одной из сторон исторического развития мифа был процесс антропоморфизации мифологии, т.е. на смену Вселенной в образе животного или мирового дерева постепенно при­ходит Вселенная в образе человека. Мироздание в целом приобрета­ет человеческий облик. Такие преобразования мифологии отражали глубинные сдвиги в общинных отношениях при переходе от ранней к поздней родовой общине. Все больше появляется мифов о гигант­ском космическом первочеловеке, из частей которого и был создан видимый мир. Так, в «Ведах», священных книгах Древней Индии, есть рассказ о Пуруше, первочеловеке, из частей которого появился мир, люди, касты людей и др.

В поздних мифологиях усложняются бинарно-ритмические оппо­зиции. В них появляется все больше опосредующих звеньев, стано­вятся более четкими и осмысленными переходы между ними. Одной из относительно поздних и сложных оппозиций является противопо­ставление Хаоса и Космоса, т.е. беспорядочного, случайного, не­оформленного - закономерному, организованному, стройному, целостному. Эта оппозиция интересна тем, что ее постепенное разре­шение приводит к формированию представления о закономерно ор­ганизованной природе. Такое представление явилось важной предпосылкой становления естественно-научного познания.

Вот, например, как изображали происхождение и развитие Кос­моса древние греки. Вначале существовал лишь вечный, безгранич­ный, темный Хаос, заключавший источник жизни мира. Все возникло из безграничного Хаоса — весь мир и бессмертные боги. Из Хаоса произошла и богиня Земли Гея. Широко раскинулась она, могучая, давшая жизнь всему, что живет и растет на ней. Далеко же под Землей, в ее глубине родился мрачный Тартар — ужасная бездна, полная вечной тьмы. Из Хаоса, источника жизни, родилась и могучая сила, все оживляющая Любовь — Эрос. Так начал создаваться мир. Безграничный Хаос породил еще и вечный Мрак — Эреб и темную Ночь — Нюкту. А от Ночи и Мрака произошли вечный Свет—Эфир и радостный светлый День — Гемера. Свет разлился по миру, и стали сменять друг друга ночь и день. Могучая благодатная Земля породила беспредельное голубое Небо (Уран), и раскинулось Небо над Землей. Гордо поднялись к нему высокие Горы, рожденные Землей, и широко раз­илось вечно шумящее море. Уран (Небо) взял в жены благодатную землю. От их брака произошли: в первом поколении — Океан и Фетида — богиня всех рек; во втором поколении — Солнце — Гелиос; Луна — Селена; Заря — Аврора; звезды, которые горят на небе; все ветры (северный — Борей, восточный — Эвр, южный — Нот, западный — Зефир) и др.

Таким образом, для мифологического сознания характерно перенесение общинно-родовых отношений на природные процессы. Поэтому поиски ответов на вопрос о том, как произошел мир, лежали в плоскости проблемы происхождения общины, рода. А искомые ответы сводились в конечном счете к аналогиям со сменой поколений в пределах рода, племени. В образах богов, героев войн, труда и ремеслa, других чувственно-образных персонификациях обобщались от­дельные стороны жизнедеятельности родовой общины. Содержани­ем космогонических мифов выступали картины происхождения богов, смена поколений богов и их борьба между собой. Таким образом, мифологическая космогония выступала как родоплеменная теория.

Магия. Первобытное сознание теснейшим образом связано с обрядом, ритуалом и магией. Магия — важная составная часть духовной культуры первобытного общества. Магия — это попытка воздействия на мир (на природу, на человека, на богов-духов) с помощью определенных ритуальных действий, обряда. Магия являлась одним из след­ствий разложения нижнепалеолитического (первобытное стадо) предметно-действенного сознания (см. раздел 14), на смену которому пришло более развитое мифологическое сознание. Но в духовной ультуре первобытной родовой общины связь сознания с деятельностъю не исчезла, она лишь стала не прямой, непосредственной, а отосредованной. Формой связи мифа и действия выступила магия. Магический обряд, ритуал — это (имеющая определенный смысл в системе данной мифологии) одновременно и составная часть, и репетиция действия.

Вся жизнь первобытного человека была теснейшим образом свя­зана с магическими действиями. Первобытный человек полагал, что успех любого действия зависит не столько от объективных условий, его личного мастерства, сколько от того, в каком отношении он находится с теми божественными силами, духами, которые лежат в основе мира, породили его и управляют им.

Первобытный миф (в том числе и космогонический) не только рассказывался, но и воспроизводился ритуальными действиями (ри­туальными плясками, обрядами, жертвоприношениями и т.п.), магическими обрядами. Собственно говоря, миф в значительной степени и выступал как способ объяснения этих ритуальных действий. Участ­ники такого обряда-праздника «вытанцовывали» представления о жизни и смерти, об отношениях между людьми, между человеком и природой; они как бы приобщались к созиданию мира богами, живот­ными, становились соучастниками творения Космоса из Хаоса.

Для первобытного человека происхождение Космоса из Хаоса — это не только (и не столько) «теоретическая» проблема, но и пробле­ма реальной, повседневной жизнедеятельности общины, рода. Иначе говоря, это проблема их реальной социальной практики. «Тво­рение» мира не осталось где-то в далеком прошлом. Поступая опреде­ленным (т.е. ритуализированным) образом, человек может поддер­живать связи с теми силами (существами), которые сотворили мир. Эти силы не исчезли, они продолжают действовать и сейчас, излучая свою «мощь». И человек в магическом обряде имеет возможность приобщаться к этому могуществу и его использовать.

В магии первобытный человек видел важнейшее средство реше­ния тех проблем, с которыми сталкивался. Причем магические про­цедуры рассматривались не как нечто вторичное, подготавливаю­щее, предварительное для самого действия, а как важнейшая состав­ная (часто — начальная) часть любого действия (охоты, рыболовства, военных действий и др.). Если первобытному человеку не удавалось выполнить такие предварительные магические процедуры (напри­мер, при подготовке к охоте), то он не приступал к самому действию. Магическое сознание опиралось на две главные «идейные» пред­посылки:

• в о - п е р в ы х, на представление о том, что подобное произво­дит подобное (или следствие «похоже» на свою причину);

• в о - в т о р ы х, на представление о том, что вещи, когда-либо бывшие в соприкосновении друг с другом, продолжают взаимо­действовать и после того, как контакт между ними прекра­тился.

Из первой предпосылки маг, колдун делал вывод, что он может произвести любое желаемое действие путем простого подражания ему. Из второй предпосылки для мага следовало, что все то, что он проделывает с предметом, окажет воздействие на людей, которые однажды с этим предметом были в соприкосновении.

Наиболее верным способом решения магических проблем считалось тщательное соблюдение обрядности, традиционности действия. В этом кроются, между прочим, истоки консерватизма мифологического познания мира. Глубинной же базой преодоления консерватизма выступает развитие предметно-практической активности, возрастание преобразовательных возможностей человека *.

* Эта закономерность проявилась уже в первобытном обществе. Как показали этнокультурные исследования, преодоление традиционализма, консерватизма успешнее шло в тех обществах, где поощрялся активный манипуляционный подход к физическому миру, где оценка действия осуществлялась с точки зрения его результата. И менее успешно консерватизм изживался в тех обществах, где в дей­ствии, поступке прежде всего усматривали определенное личностное отношение к тем или иным членам коллектива.

С разложением первобытно-общинного строя магия не исчезла полностыо. Она послужила почвой для возникновения в дальнейшем различных ритуализированных действий типа колдовства, чародейства, волшебства, гадания (хиромантия,астрология, каббала и др.), магических заговоров и проч. Значительный магический компонент есть в любой религии. Магия послужила также одним из источников средневековой алхимии. Определенное воздействие магии в эпоху возрождения испытывала на себе и наука.

2. НАУКА В ЦИВИЛИЗАЦИЯХ ДРЕВНОСТИ

Научным познание мира становится на новом уровне исторического развития, при­шедшем на смену эпохе первобытной родовой общины — на уровне цивилизации. Переход от мифологического к научному познанию был сложным, многообразным, противоворечивым процессом, растянувшимся на многие тысячелетия.

2.1. Становление цивилизации

2.1.1. Неолитическая революция

В X—IX тыс. до н.э. наметился переход к качественно новому этапу развития каменного века, получившему название неолита — нового каменного века. Неолит характеризуется прежде всего значитель­ным совершенствованием техники обработки камня. Усложнились операции по обработке камня — появились сверление, шлифование, распиливание и другие операции. С их использованием создавались совершенно новые специализированные и высокопроизводитель­ные виды каменных орудий, а также орудий из дерева и кости. Была изобретена технология производства тканей и глиняной посуды. По­явились и совершенствовались первобытные транспортные средст­ва (сани, лыжи, лодки). Значительно повысилась производитель­ность труда. Хотя в мезолите стало более интенсивным собиратель­ство и были освоены приемы специализированной охоты, чему соответствовал, в частности, особый быт, позволявший создавать сезонные, периодически заселявшиеся поселения, тем не менее охота и собирательство постепенно исчерпывали свои возможнос­ти — им на смену пришли раннеземледельческие культуры. Все эти и другие связанные с ними изменения, включая и такой важный фак­тор, как накопление опыта и знаний, привели к кардинальному пере­вороту в системе материального производства, получившему назва­ние неолитической революции.

Смысл этой революции в системе материального производства состоял в переходе от присваивающей экономики к производящей, т.е. от охоты и собирательства к земледелию и скотоводству. Люди научились сеять хлеб, который обеспечивал бесперебойное питание. В течение всего года, разводить скот, регулярно снабжавший челове­чка мясом (кроме того, молоком, сыром, шкурами, кожей, шерстью и др.). Жизнь родовой общины стала более обеспеченной, стабильной; люди стали меньше зависеть от природной среды, значительно повысилось общественное благосостояние. Неолитическая револю­ция была первым звеном цепи последовательных преобразований системы общественной жизни, в результате которых в конечном счете возникла цивилизация, а вместе с ней и наука.

По современным археологическим данным, первичными очагами земледелия и скотоводства являлись (в разное время) следующие области ойкумены: Передняя Азия, Северо-Восточная Африка, Юго-восточная Азия, Центральная Америка (Мезоамерика) и андийский регион Южной Америки. Наиболее древний из них—Передняя Азия, ее лесостепные и предгорные области. По имеющимся сейчас дан­ным, первым злаком, который люди одомашнили, был ячмень. В X— VIII тыс. до н.э. его уже сеяли в Малой Азии, на западных склонах Иранского нагорья и Палестине. В малоазийском культурном комплексе Чатал-Хююк (вторая половина VII — первая половина VI тыс. До н.э.) культивировались уже 14 видов растений, среди которых главную роль играли пшеница, ячмень и горох. Но в горных условиях земледелие мало продуктивно. Только в результате миграционных движений в речные долины субтропического пояса земледелие получило простор для своего победного развития. За 4000 лет земледелие распространилось по всей западной части Старого Света. Основным орудием древних земледельцев была сначала палка-копалка для рыхления почвы. В дальнейшем (но не везде) к ней добавилась мотыга (палочно-мотыжное земледелие). Скотоводство сложилось на две ты­сячи лет позже, но тем не менее земледелие, по-видимому, никогда не было единственной формой хозяйства; на ранних этапах своего ста­новления оно комбинировалось с охотой. Помощником человека на охоте выступала одомашненная еще в верхнем палеолите собака. В VII—VI тыс. до н.э. в Средней Азии, Северной Африке и на Балканах были одомашнены продуктовые животные, поставщики мяса (мелкий рогатый скот, свиньи, коза, овца и др.). Несколько позже были одомашнены крупный рогатый скот, тягловые животные (осел, верблюд, северный олень, лошадь), которые были основным источни­ком механических усилий до появления первых машин.

Переход первобытных общин к земледелию и скотоводству — до­статочно длительный процесс, сопряженный со значительным изме­нением образа жизни — переходом к оседлости. Закономерно, что на первых порах новые формы хозяйства (земледелие и скотоводство) сочетались со старыми (охотой и собирательством), занимая подчиненное место как второстепенный уклад. Длительность такого сосу­ществования двух укладов (присваивающего и производящего) опре­делялась конкретной (природной и социальной) обстановкой, в ко­торой жила и трудилась родовая община. Переход к производящему хозяйству происходил быстрее там, где складывались неблагоприят­ные условия для охоты и собирательства, где кризисные ситуации, а также высокая плотность населения, не позволявшая использовать традиционные способы добычи пищи, ставили человека перед необходимостью радикально изменять обстоятельства жизнедеятельнос­ти, способствовали появлению культурных и социальных инно­ваций.

В разных регионах земледелие возникало в различных природ­ных и социально-культурных условиях. Поэтому и первичные систе­мы земледелия были различными. Наиболее продуктивным было ли­манное земледелие, развитие которого привело (в VII тыс. до н.э.) к ирригационному земледелию. В Двуречье в условиях искусственного орошения урожай ячменя был устойчивым и достигал достаточно высокого уровня — до 1200—1400 кг/га. В Древнем Шумере урожай с 1 га мог прокормить три семьи, а обработка такой площади занимала всего лишь 40—50 рабочих дней. Помимо лиманного получило разви­тие богарное земледелие (когда посевы производились накануне дож­дей). В некоторых регионах для повышения плодородия траву и кус­тарники предварительно поджигали — так закладывалось паловое земледелие, которое впоследствии в лесистых зонах привело к подсечно-огневому земледелию.

Дальнейшее развитие земледелия было связано с его интенсифи­кацией — освоением новых приемов земледелия (чередование посе­вов различных культур, применение удобрений, совершенствование рыхления почвы, появление огородничества, садоводства и т.п.), переходом от палочно-мотыжного земледелия к пашенному (V— IV тыс. до н.э.). Усложнение земледельческой техники и всего земле­дельческого производства привело к более широкому участию в нем мужской части населения общины. Более интенсивно стал приме­няться детский труд.

Параллельно и в тесной связи с земледелием развивалось ското­водство. На ранних этапах оно характеризовалось, по-видимому, со­держанием небольших поголовий в основном мелких животных (козы, овцы, свиньи и др.). В дальнейшем этот комплекс дополнился и животными более крупных видов (буйволы, ламы, крупный рога­тый скот). Уход за скотом сводился к минимуму, скот находился пре­имущественно на вольном выпасе. В дальнейшем появилось стойло­вое содержание скота; и уже относительно поздно — кочевничество (номадизм). Доместикация животных содействовала развитию транспортных средств. Если еще в мезолите лодки стали универсаль­ным видом транспорта, осваивались водные артерии, для передвижения широко использовались лыжи и санный транспорт, то в эпоху неолита для передвижения саней и волокуш начали использовать домашних животных (лошадь была одомашнена в IV тыс. до н.э., а верблюд — в V тыс. до н.э.). Уже на самых начальных стадиях скотоводства стихийно возникает искусственный отбор лучших особей на племя.

В III тыс. до н.э. с появлением колесных повозок осуществился по пути революционный переворот в средствах транспорта. Скорость передвижения больших коллективов людей увеличилась почти в 10 раз (с 3,7 до 35—38 км/ч) и появилась возможность для далеких миграций значительных масс людей и даже целых этносов. Складываются предпосылки для возникновения развитых форм номадизма. Этот революционный переворот нашел отражение в мифологии кочевников — появились мифологические образы колесницы, запря­женной лошадьми (Солнце как символ колеса, колесница бога Солнца и др.).

Продолжает значительно изменяться и образ жизни земледель­цев, их быт. Упрочилась оседлость. Совершенствовалось домостро­ительство — дома стали более прочными, долговременными, благоустроенными. Уже в VII тыс. до н.э. (культурный комплекс Иерихон А) внутренняя часть дома, построенного из сырцового кирпича, состоит из нескольких частей, разделенных перегородками. Одни из них предназначены для жилья, другие играют роль хозяйствен­ных складов и закромов. Пол жилых помещений оштукатурен, зачастую окрашен или даже покрыт росписями, нередко укрыт циновками, которые плелись костяными орудиями. В разные цвета окрашены стены. Между домами располагались небольшие дворики, где находился очаг и приготовляли пищу. Из глины лепились фигурки людей и животных, которые и носили культовый характер, и украшали жилье.

Рост благосостояния, материальной обеспеченности, надеж­ность нового образа жизни, относительное жизненное благополучие по сравнению с кочевым охотничьим бытом, его зависимостью от стихии случайностей — все это нашло свое отражение и в первых письменных памятниках. Так, например, в «Авесте», священной книге древнеперсидской религии зороастризма, создававшейся во II тыс. до н.э., следующим образом восхваляется новый образ жизни:

«Какое место на земле является наилюбезнейшим? — Поистине там, где праведный человек... воздвигает дом, наделенный огнем и млеком, женой, детьми и хорошими стадами, в этом доме тогда обилие скота, обилие детей, обилие огня и обилие всякого житейского добра, и там... где возделывают побольше хлеба, трав, растений и съедоб­ных плодов, где орошают сухую почву или осушают почву слишком влажную» *.

* Литература Древнего Востока. Иран. Индия, Китай. Турция. Тексты. М.,1984. С. 8.

Важнейшим экономическим следствием перехода к системе про­изводящего хозяйства явилось возникновение регулярного избыточ­ного продукта. Первобытная родовая община была способна произ­вести лишь жизнеобеспечивающий продукт, необходимый для под­держания такого существования членов коллектива, при котором человеческий организм не претерпевал патологических изменений, а коллектив не вымирал. Избыточный продукт — это продукт, кото­рый превышает минимально необходимые потребности человека и поэтому может свободно отчуждаться, не обрекая общину на гибель. Появление избыточного продукта было,величайшим революцион­ным актом в развитии производительных сил; оно создало предпо­сылки для коренного преобразования всей системы общественной жизни, перехода к цивилизации на основе общественного разделе­ния труда, эксплуатации, возникновения частной собственности, классов, отделения духовного производства от материального, ста­новления основных форм духовной культуры, в том числе и науки, естествознания *.

* Кроме того, избыточный продукт, концентрация значительных пищевых ресурсов в общине, возросший обмен, а вместе с ним и расширение экзогамии привели к значительному росту народонаселения. Этот рост народонаселения часто характеризуют как первую демографическую революцию. Существуют дан­ные о том; что в период с VIII по IV тыс. до н.э. численность населения нашей планеты увеличилась с 5 до 90 млн человек; в районах распространения земледель­ческих культур средняя плотность,населения по сравнению с эпохой присваиваю­щего хозяйства возрастает с 5—7 человек до 1000 человек на 100 км2. Не удивитель­но, ведь возникшее в результате неолитической революции скотоводство было продуктивнее охоты в 20 раз, а земледелие — продуктивнее собирательства в 400-600 раз.

Освоение металлургии стало мощным локомотивом развития производительных сил, позволившим упрочить, закрепить и развить те социально-экономические сдвиги, которые были достигнуты в ходе неолитической революции, и прежде всего становление ремес­ла. Применение металлов в материальном производстве, в быту, в средствах транспорта, в военной технике было величайшим, револю­ционным по сути, переворотом в технической вооруженности чело­века, в развитии производительных сил. В истории развития метал­лургии очень много еще не вполне ясного, много спорных моментов. И тем не менее в общих чертах этот процесс можно изобразить следующим образом.

Еще в палеолите, около 20 тыс. лет назад, в Костенках при произ­водстве темно-вишневых красок путем обжига в костре железистых конкреций из местных песков мелового периода получали в качестве побочного продукта железо. Но общественной потребности в производстве металлов тогда еще не сложилось. Первый металл, который освоил человек, была медь. Исторически первой формой освоения меди была обработка самородной меди, сначала способом холодной ковки, а затем — горячей ковки и отжига. Следующий этап — получе­ние меди из руд и литье. И лишь впоследствии — получение сплавов меди, прежде всего бронзы. Наиболее древний из зафиксированных археологами районов обработки меди — Передняя Азия. Кузнечная обработка самородной меди, добываемой из залежей Эргани (Юго-Восточная Анатолия), зафиксирована на уровне VII тыс. до н.э. Начиная с середины V тыс. до н.э. на Ближнем Востоке, в Иране появляются крупные литые медные изделия — топоры, кинжалы, серпы и др. Пo-видимому, в V тыс. до н.э. начинается плавка медных руд, происходит освоение рудного дела, разработка рудников. Во второй поло­вине V — первой половине IV тыс. до н.э. сложилось бронзолитейное производство (сначала мышьяковистые, а затем и оловянистые бронзы. На первых порах основными медными и бронзовыми изделиями были не предметы хозяйственного назначения (чего, казалось бы, следовало ожидать), а предметы роскоши, престижа — бусины, иглы, пронизки, шилья и т.п., а также оружие. Для массового производства сельскохозяйственных орудий металла просто не хватало; кроме тогo, на ранних этапах становления металлургии престижное использование металлов было монополизировано знатью.

Первые зафиксированные археологами железные вещи восходят к первой половине V тыс. до н.э. (Иран) и IV тыс. до н.э. (Египет) были изготовлены методом ковки из метеоритного железа. Освоение рудного железа относят ко второй половине IV — первой половине III тыс. до н.э. (Анатолия). Существует мнение, что рудное железо могло быть вторичным продуктом медного металлургического производства, в котором железная руда использовалась в качестве флюса. На первых порах развития черной металлургии железо ценилось очень дорого, считалось редким металлом и использовалось лишь для изготовления предметов роскоши. Только после открытия технологии науглероживания железа, что делало его зна­чительно тверже, были освоены залежи железных руд (конец II тыс. до н.э., Восточное Средиземноморье), произошел переход к массовому производству железа. А это в свою очередь дало возможность коренным образом преобразовать технику, орудия сельскохозяйст­венного производства. Использование металлических орудий повышало производительность труда в несколько раз. Железные топоры позволили ускорить наступление человека на леса, облегчали освое­ние новых пространств и угодий. На основе железного лемеха был создан настоящий плуг и интенсифицировано сельскохозяйствен­ное производство. Кроме того, исключительно важную роль начи­нает играть ремесленное производство, а также развитие горного дела, истоки которого уходят в эпоху неолита, когда была налажена шахтовая добыча кремния.

Следует особо отметить, что для возникновения раннеклассовых отношений производство металла не являлось необходимостью. Ран­неклассовые отношения во многих регионах мира сложились на ос­нове дометаллургической, каменной технологии. Использование ме­таллов было побочной, вторичной стороной становления произво­дящего хозяйства, которая имела место далеко не везде; так, в Поли­незии классовое общество сложилось вовсе без употребления металла. В эпоху раннеклассового общества металлы использовались не только для совершенствования предметов хозяйственного назна­чения, сколько для производства предметов роскоши, престижа, ору­жия и транспортных средств. Создание черной металлургии, массо­вое производство и широкое использование железа стало важным фактором ускорения процессов классообразования, развития част­ной собственности, преобразования раннеклассового общества в зрелое классовое общество.

2.1.2. Рационализация форм деятельности и общения

Присваивающее хозяйство задавало тот тип отношения человека к миру, при котором человек являлся только пассивным потребителем даров природы, по сути, выступал лишь одним из звеньев существо­вавших в ту эпоху биогеоценозов. Только активное, преобразователь­ное отношение к природе могло открыть простор для развития про­изводительных сил, общественных отношений, новых форм созна­ния. Активное производственное отношение к миру ставит человека в положение инициативного, деятельного полюса в системе отноше­ний человек — мир. Использование сил природы здесь определяется уже не природой, но возможностями и потребностями человека: чем более активен, динамичен, инициативен субъект, тем в большей сте­пени он может освоить объект, природные стихии, приспособить их к своим потребностям. Переход к производящему хозяйству — необ­ходимое условие обособления человека как самостоятельной твор­ческой и созидающей силы, формирующей свою культурно-истори­ческую среду обитания, «чувственно-сверхчувственную» природу. Кроме того, переход к производящему хозяйству определил и новый тип отношений между людьми, новый тип духовности, качественно отличный от родового мифологического сознания, и новый тип трансляции культурных достижений от одного поколения другому.

Базой для преодоления первобытного традиционализма, консер­вативности мифологического сознания, развития рациональной со­ставляющей деятельности выступала необходимость во все больших масштабах контролировать и корректировать многообразные усло­вия, процессы и результаты новых типов деятельности и форм общения. Ведь между целью и результатом деятельности возникает все больше опосредующих звеньев и факторов, без учета которых дости­жение цели не реально. Такие опосредующие звенья сами по себе становятся промежуточными целями деятельности, а потому долж­ны быть зафиксированы сознанием в качестве устойчивых, опреде­ленных абстракций.

Совершенствование системы деятельности, трудовых процессов, разведение во времени и пространстве целеполагания, целереализации и результата деятельности (что и имело место в системе произ­водящего хозяйства) было важным, но далеко не достаточным усло­вием его разрешения. Оно усложняло структуру сознания в той его сфepe, которая обслуживала формы деятельности, но не затрагивало теx аспектов функционирования сознания, которые обеспечивали процессы общения. Первое должно было дополняться вторым: сфера познания, регулирующая формы общения, также должна была пере­краиваться с тем, чтобы отражать и воспроизводить ситуации опосредованного общения. Эта грандиозная историческая задача реали­зовывалась по мере становления и развития сначала форм обмена *, а затем и возникновения общественного разделения труда.

* Обменом, называется переход продуктов человеческого труда от одного лица, являющегося собственником этого продукта, в собственность другого лица, возме­щающийся некоторым встречным продуктом (или его знаком). В качестве такого знака в настоящее время чаще всего выступают деньги. В ходе исторического развития обмен приобретал разные формы, претерпел различные модификации. Исторически первой формой обмена выступал, по-видимому, дарообмен, обмен подарками (на основе взаимности и эквивалентности). Последний был сначала прежде всего способом установления личностных связей между индивидами, а впоследствии — способом повышения престижности, социального статуса внутри общины. Материальный интерес в даре не был преобладающим. Предметами об­мена служили не только некоторые материальные ценности, но и талисманы, пиры, военная помощь, ритуалы, женщины и др. Дар носил коллективную природу. Дарил не индивид — в любом случае субъектом обмена выступал род. Дар предполагал обязательность ответного дара; отсутствие ответного дара, неспособность к ответному дару вела к потере престижа и репутации.

В первобытном родовом коллективе, в котором господствовала общественная собственность на средства производства и предметы потребления, экономические отношения между его членами носили распределительный, а не обменный характер. Межобщинный обмен в обществах охотников, собирателей, рыболовов носил случайный, спорадический характер, поскольку каждая община в принципе обес­печивала сама себя пищей и всем необходимым. Глубинные истоки обмена лежат в системе первобытных распределительных отноше­ний, а также личностных и престижных отношений внутри рода, конкретный смысл которых определялся образами и символами ми­фологического сознания. Такое распределение выполняло двойную функцию — являлось средством обеспечения индивидуализирован­ных потребностей членов общины (в условиях коллективистского производящего хозяйства, первобытной кооперации каждый член общины получал свою долю в соответствии с его индивидуализиро­ванными потребностями) и одновременно средством выражения со­циального престижа в общине, укрепления внутриобщинных и меж­общинных связей.

Таким образом, в распределении уже были заложены предпосыл­ки обмена. С появлением устойчивого избыточного продукта, а также специализации родов, семей, индивидов и общин на отдельных видах труда, возрастанием значения межличностных связей, роли социаль­ного престижа коллективистское распределение постепенно преоб­разуется в устойчивый экономический обмен.

На базе разделения труда между различными общинами, специа­лизации общин на производстве определенных видов продукции (растениеводства, скотоводства, ремесла) постепенно складывается высшая форма обмена — обмен товарами (товарообмен). Как извест­но, товаром называется вещь, созданная трудом человека и предна­значенная для обмена на другой продукт труда. Обмен товаров возмо­жен в силу того, что все товары имеют нечто общее — овеществлен­ный в них абстрактный человеческий труд, который и является суб­станцией их стоимости.

На самых ранних этапах товарообмена вещи не создавались спе­циально для обмена, а становились товаром лишь тогда, когда спора­дически обменивались на другие вещи, как правило, созданные в другой общине. Впоследствии обмен становится более или менее систематическим. Часть продукта начинает производиться специаль­но для обмена, т.е. на этом этапе зарождается товарное производство. На следующем историческом этапе развития товарообмена из массы товаров выделяется один, который становится всеобщим эквивален­том, т.е. через него выражается стоимость всех других товаров. В ка­честве всеобщего эквивалента выступали и скот, и слитки металла, и редкие камни, и др. Когда же роль всеобщего эквивалента закрепля­ется за каким-либо одним товаром, вытеснившим другие, такой товар становится деньгами. Чаще всего в качестве денег выступали редкие или драгоценные металлы (медь, серебро, золото и др.). Но полный простор для своего развития товарообмен получает только в системе общественного разделения труда.

Каждый новый шаг в развитии форм обмена сопровождался и рубинными преобразованиями системы сознания: совершенствова­лись звенья идеального целеполагания, разводились целеполагание целереализация, усложнялись способы выработки абстракций; сами абстракции становились все более и более устойчивыми, неза­висимыми от ситуаций непосредственного восприятия. Здесь исто­рическим критерием наиболее развитых состояний служит денеж­ный товарообмен, который невозможен без развитых форм абстрагирования мира: абстрактный труд мог выражаться в денежной форме стоимости только при условии того, что сам человек уже обладает достаточно развитой способностью к абстрактному модели­рованию ситуаций, как угодно далеко отнесенных в будущее. А поскольку в денежный товарообмен явно включается ситуация риска, то сознание не только должно проектировать будущее, но и быть способным достаточно эффективно блокировать эмоционально-аффективную регуляцию мотивационных состояний. Иначе говоря, здесь не только мотив определяет цель, но и цель, и возможности целереализации оказывают воздействие на мотивационную сферу. На этом пути развивается самосознание.

Постепенно на смену первобытному типу непосредственного общения приходят новые типы общения, новые социальные отношения — те, которые присущи цивилизации. Человек достигает такого уровня, когда организация его деятельности и общения осуществля­ли с позиций не непосредственно-ситуационной включенности, а ясного осознания содержания любых возможных (в том числе будущих и не требующих непосредственного пространственного взаимодействия субъектов) ситуаций общения. Цивилизация строится на способности человека мысленно соотносить непосредственные условия своей деятельности и общения с такими же условиями других людей, которые осуществляются в любое время и в любом месте. С появлением такой способности формируется новый тип единства людей, который объединяет лиц не только незнакомых, но даже и никогда не находившихся (и не могущих находиться) в одно время в одном месте. Иначе говоря, человек, прежде чем стать цивилизованным, должен был научиться общаться не просто с другими, чужими ему людьми, но и свободно чувствовать себя в ситуации общения с воображаемым партнером, с его знаково-символическими, образными проявлениями. Знак вещи, ее образ и сама вещь должны были отделиться настолько, чтобы они воспринимались как отдельные сущности, хотя и связанные между собой.

2.1.3. Разделение труда и развитие духовной культуры

Необходимой стороной становления цивилизации выступало разви­тие форм разделения труда *. Превращение обмена из случайной, спорадической в необходимую форму жизнедеятельности человечес­ких коллективов осуществлялось, по-видимому, путем развития сна­чала межобщинной, а затем и внутриобщинной специализации. В свою очередь развитие специализации способствовало значительно­му росту производительности труда, что закрепляло и развивало спе­циализацию и разделение труда. Определенные виды производствен­ной деятельности все больше закреплялись за отдельными община­ми, семьями, товаропроизводителями. Так формировалось общест­венное разделение труда.

* Разделение труда состоит, во-первых, в разделении трудового процесса на отдельные операции (технологическое разделение труда) и, во-вторых, в закреп­лении определенных видов деятельности за отдельными лицами или группами людей (естественное и общественное разделение труда). В первобытной родовой общине существовало естественное разделение труда: по половому (мужчины спе­циализировались на охоте, женщины - на собирательстве) и по возрастному при­знакам (дети и старики имели свои особые, упрощенные производственные функ­ции).

Историческая наука XX в. существенно (по сравнению с представ­лениями XIX в.) углубила понимание этого вопроса. В неолите сложи­лись различные виды специфического хозяйства и межобщинного обмена:

· между племенами, которые в большей степени занимались охо­той, рыболовством и собирательством, и племенами, которые в большей степени занимались земледелием и скотоводством и постепенно переходили к оседлому образу жизни;

· между различными земледельческо-скотоводческими оседав­шими племенами;

· между земледельцами-скотоводами и рыболовами;

· между рыболовами и охотниками; и др.

Но первое крупное разделение труда вырастало не из любой формы межобщинного обмена, а из такой, которая была исторически перспективной, содействовала развитию товарного обмена, максимально стимулировала экономические интересы производителей, приводила к максимально возможному (в тех условиях) росту производительных сил и производительности труда, способствовала появ­лению регулярного (и возрастающего) устойчивого избыточного продукта. Таким условиям удовлетворяло межобщинное разделение труда, состоявшее в выделении земледельческо-скотоводческих племен из племен, занимавшихся охотой, собирательством, рыболовст­вом и ведущих по преимуществу кочевой образ жизни.

Последующие крупные общественные разделения труда состояли в отделении от земледелия кочевого скотоводческого хозяйства, а затем и ремесла. Ремесленное производство (обслуживание внешних заказчиков или рынка) нужно отличать от домашних промыслов (производство изделий в домохозяйстве для внутреннего потребления). Ремесло связано со специализацией, особым профессионализ­мом, индивидуализированными знаниями и навыками, которые часто хранились в тайне и передавались по наследству от отца к сыну. Становление ремесла из домашних промыслов земледельческих общин было достаточно длительным и многоэтапным процессом. На начальных этапах — появление работы на заказ; в дальнейшем — формирование рынка для обмена товаров и, наконец, окончательное отделение ремесленного производства. На начальных этапах ремесло, по-видимому, не оказывало существенного влияния на рост про­изводительности сельскохозяйственного труда, поскольку было ориентировано преимущественно на производство престижных товаров, военного снаряжения, транспортных средств. Нацеленность на рост средств производства у ремесла появляется скорее всего в эпоху освоения металлургии, но не в самом ее начале. Современные археологические данные свидетельствуют, что бронзовые орудия начина­ет применяться в сельском хозяйстве только со второй половины II тыс. до н.э.

Отделение ремесла имело очень важные последствия для станов­ления цивилизации. Прежде всего отделение ремесла было тесно связано и с другими общественными процессами — так, от непосредственного участия в производстве пищи освобождались лица, специ­ализировавшиеся на организации производства и управления, а также на выполнении идеологических функций. Иначе говоря, отде­ление ремесла от земледелия теснейшим образом сопрягалось с отде­лением физического труда от умственного. Кроме того, отделение ремесла от земледелия было важнейшим условием становления горо­да, отделения города от деревни. Древнейший город возник не просто как поселение ремесленников на перекрестке торговых путей, но как средоточие всех существовавших в ту эпоху форм активности людей, как место концентрации цивилизационно продвинутых форм деятельности и общения, требующих абстрактного и динамического сознания. Именно такое сознание представлено ремесленниками и выделившимися из них купцами.

Ремесленное производство обладает рядом принципиально новых черт. Которые ставят его в особое положение по сравнению с предшествующими типами производства.

Во-первых, оно удовлетворяет не столько биологические (видо-специфические) потребности человека, сколько его социаль­но-культурные потребности.

Во-вторых, производительность ремесленного производства не определяется жестко природными факторами, как в сельскохозяй­ственном производстве, а во многом зависит от производственных навыков, профессионализма, знаний самого производителя. В отно­шении человек — мир активная сторона начала перемещаться к субъ­ективному полюсу («человек»).

В-третьих, в ремесленном производстве в непосредственное взаимодействие ставятся два природных объекта (предмет труда и средства труда), а результатом взаимодействия необходимо выступа­ет проявление объективных (не зависящих от субъекта, человека) характеристик этих предметов.

Ранние формы товарообмена осуществлялись без каких-либо осо­бых посредников, а самими производителями (членами их семей) и покупателями. Но такой обмен малоэффективен. Он сдерживал раз­витие ремесленного производства, поскольку производитель много времени тратил на реализацию своего товара. Постепенно из среды ремесленников и их семей выделяется группа лиц, непосредственно обеспечивающая реализацию, обмен товаров, — купцы, торговцы. Анализ различного рода знаков собственности (печатей, штампов, пломб и др.), глиняных сосудов, выполнявших роль «посылок», остат­ков разрушенных городов, архитектурных сооружений позволяет сделать вывод, что в конце IV — начале III тыс. до н.э. в Месопотамии уже существовали сословия купцов, торговавших преимущественно престижными товарами, предметами роскоши, обслуживавших хра­мовые сооружения, родовую знать. Зародившись в предклассовом обществе, торговля получила свое полное развитие в условиях клас­сового общества, в условиях цивилизации, когда складываются меж­дународные экономические связи.

Таким образом, развитие в неолитическую эпоху производитель­ных сил, создание производящего хозяйства, земледелия и скотовод­ства, появление избыточного продукта, развитие обмена и формиро­вание общественного разделения труда создали совершенно новую ситуацию в обществе. Сложились условия для качественного усложнения структуры общества, для нового его структурирования, установления не только нового типа организации производства, но и новых типов связей между людьми во всех сферах общественной жизнедеятельности. Основные направления перестройки общества в эту эпоху—установление и развитие социального и имущественного неравенства, обособление собственности, возникновение классов, политогенез, качественная перестройка общественного сознания, рационализация духовной жизни как доминанта ее развития.

Неолитическая революция привела в конечном счете и к кардинальным преобразованиям в сфере духовной культуры, в общественном сознании. Мифология не могла обеспечить нормального ориентирования человека в новых формах производственной деятельности и в новых социальных связях. Развитие производительных сил, рост населения, глубинные социально-экономические сдвиги, классообразование, обособление собственности, разрыв родовых связей, эволюция форм семьи, динамизм общественной жизни — все это ускоряло развитие общественного сознания, требовало качественно нового типа духовного освоения мира, сознания, способного обеспечить деятельность человека в условиях активного, производящего хозяйства и социально-классового расслоения. В ответ на эту общественную потребность на смену первобытному мифологическому сознанию формировался новый исторический тип сознания, новый тип духовной культуры.

Во-первых, возникновение общественного разделения труда имело глубочайшие последствия для становления человеческой индивидуальности, развития духовного мира личности. В образе жизни постепенно выделяются две сферы:

· личной, повседневной, бытовой жизнедеятельности с соответ­ствующим сознанием, обслуживающим структуры повседневности;

· производственной, трудовой, определяемой общественными условиями труда жизнедеятельности, которой соответствовало рационалистически-ориентированное сознание.

Внутренний мир человека значительно усложнился за счет окон­чательного закрепления различий между социальными и личными, семейно-бытовыми интересами, представлениями, оценками, знаниями и т.п.

Цивилизация развивается именно в русле становления и укрепле­ния сферы социально мотивированной регуляции поведения инди­вида, когда в системе ценностей предпочтение отдается обществен­ным условиям жизнедеятельности над мотивами бытовой повседнев­ности, сиюминутного ситуационного реагирования. Усложнилась (стала еще более опосредованной и диверсифицированной) как сис­тема мотивов, так и ее связи, с одной стороны, со сферой целеполагания, а с другой — со сферой потребностей. Появились условия для существования глубокого внутреннего конфликта, повышенных токов духовной напряженности, драматизма во внутреннем мире личности. Именно поэтому цивилизованность всегда драматична. А главный сюжет «драмы цивилизации» — это борьба социально и личностно мотивированного во внутреннем мире человека, выступаю­щая, как правило, в ипостаси борьбы добра и зла.

Во-вторых, происходит социально-классовая поляризация об­щественного сознания, формируется идеология и психология клас­сового разделения общества.

В-третьих, единое, целостное, синкретическое первобытное мифологическое сознание дифференцируется на относительно самостоятельные формы общественного сознания (основные компо­ненты духовной культуры) — религию, мораль, искусство, филосо­фию, политическую идеологию, правосознание и, наконец, науку. Исторически процесс такой дифференциации был весьма дли­тельным.

Каждая форма общественного сознания имеет собственную исто­рию и логику отпочкования, обособления от системы первобытного сознания. По-видимому, ценностные формы сознания (мораль, рели­гия, политическое сознание, правосознание) складывались сначала более интенсивно, получили на первых порах преимущественное развитие по сравнению с формами рационального сознания — с нау­кой и философией. Очевидно, это связано с тем, что в данную эпоху наиболее быстрыми, динамичными и множественными, прямо воз­действующими на сознание были изменения не в формах деятельнос­ти, а в системе социальных связей и отношений, функционирование которых обеспечивается именно ценностной сферой сознания.

2.1.4. Возникновение письменности

Грандиозным по своей исторической значимости и последствиям событием было возникновение письменности. Письменность по сравнению с речью — принципиально новое средство общения, позволяющее закреплять, хранить и передавать речевую информацию с помощью начертательных знаков. Письменные знаки — это матери­альные предметы-посредники в общении людей между собой.

В отличие от непосредственного речевого общения письмен­ность способна преодолевать пространственные и временные границы общения людей, выходить за пределы непосредственного взаимодействия субъектов, развертывать содержание общения в простран­стве и во времени.

С возникновением письменности процесс общения как бы приоб­ретает два новых «измерения» — историческое и географическое. Один безвестный египетский писец свыше четырех тысяч лет назад, размышляя о значении письма, записал на папирусе: «Человек исчезает, тело его становится прахом, все близкие его исчезают с поверхности земли, но писания заставляют вспомнить его устами тех, кто передает это в уста других. Книга нужнее построенного дома, лучше роскошного дворца, лучше памятника в храме».

В истории письменности (и особенно ее конкретных видов) еще немало тайн, загадок, нерасшифрованных страниц. Не все детали долгого процесса в полной мере прояснены наукой. Это.и не удивительно: ведь процесс становления письменности длился тысячелетия (на­чиная, возможно, с верхнего палеолита). И тем не менее основные этапы этого процесса уже достаточно обстоятельно выявлены, изучены и сейчас мало у кого вызывают сомнения.

Принято считать, что первые, зачаточные формы неречевых (дописьменных) средств передачи информации связаны с так называе­мым предметным письмом. Предметное письмо - это совокупность пред­метов, вещей, которые искусственно создавались (или сочетались из природ­ных вещей) одним человеком (или группой) для передачи какой-либо информа­ции другому человеку (группе). В качестве таких знаковых предметов служили воткнутые у тропы ветки, зарубки на дереве, узоры из кам­ней, информирующие идущих следом соплеменников о направлении движения, дым от костра как знак опасности, пучок стрел как символ объявления войны и др. Вполне вероятно, что такое предметное письмо широко применялось уже в эпоху верхнего палеолита. С по­мощью предметного письма, а также магических ритуалов и симво­лов человечество в течение длительного времени осваивало знаковую функцию вещей — способность определенной вещи указывать на нечто другое, принципиально отличное от самой этой вещи, — на другие вещи, явления, процессы.

Но предметное письмо носит абстрактный характер и, как пра­вило, требует предварительной договоренности для своего адекват­ного понимания. Если ее нет, то информация может быть понята неверно. Ярким примером здесь может служить рассказ древнегре­ческого историка Геродота о том послании, которое скифы напра­вили вторгнувшемуся в их страну древнеперсидскому царю Дарию. Они составили предметное письмо из птицы, мыши, лягушки и пяти стрел. Дарий извлек из этого послания смысл, противоположный тому, который вкладывали скифы *. И следствием стала гибель персидского войска.

* Геродот излагает этот случай следующим образом: «Дарий полагал, что скифы отдают себя в его власть и приносят ему (в знак покорности) землю и воду, так как-де мышь живет в земле, питаясь, как и человек, ее плодами; лягушка обитает в воде: птица же больше всего похожа (по быстроте) на коня, а стрелы означают, что скифы отказываются от сопротивления» (Геродот. История. Л., 1972. С. 219— 220). На самом же деле скифы имели в виду совсем иное: «Если вы, персы, как птицы, не улетите на небо или, как мыши, не зароетесь в землю или, как лягушки, не поскачете в болото, то не вернетесь назад, пораженные этими стрелами» (там же. (.:. 220).

Следующий шаг в становлении письменности состоял в переходе к использованию изобразительных средств закрепления информа­ции. Первые изобразительные средства представлены рисуночным письмом — пиктографией.

Пиктография - это фиксация и передача информации с помощью рисун­ков. Пиктографическое письмо появилось еще в период расцвета первобытного общества в верхнем палеолите. С помощью последова­тельного размещения ряда рисунков, изображающих отдельные кон­кретные предметы, передается определенная информация о хозяй­ственных, общественных, военных и других ситуациях. Пиктографи­ческое письмо имело множество несомненных достоинств, которые определили возможности его развития в более высокие формы пись­менности, вплоть до фонетической. К числу этих достоинств следует отнести:

· возможность вводить новые промежуточные звенья повествовательности;

· достаточно высокий уровень абстрагирования, выделения главного, существенного;

· отсутствие необходимости в реалистичности изображения, в таком письме заложены значительные возможности схемати­зации и перерастания в условные изображения.

Основные направления исторического развития пиктографии следующие: выработка единого способа начертания рисунка, понят­ного для всех (или большинства) представителей данного племени (рода, общины); закрепление за каждым рисунком более или менее определенного значения, смысла (иначе говоря, тенденция к обще­значимости и однозначности, хотя, конечно, до полной однознач­ности было еще далеко); обогащение набора пиктографических ри­сунков такими знаками, которые позволяют конкретизировать текст пиктограммы, особенно в том, что касается счета, собственности, имен и др.

В связи с частой необходимостью передачи имен появился качественно новый и перспективный прием — изображение имен людей некоторыми предметами, сходными по звучанию, но имеющими, разумеется, совсем иную природу. Так постепенно зарождаются зачатки фонетического письма.

В течение нескольких тысячелетий пиктографическое письмо постепенно перерастало в идеографическое письмо , где рисунки заменяются определенными знаками. Идеографическое письмо развивалось в направлении от изображения определенных представлений (образов, понятий) независимо от их звучания в устной речи — к иероглифам. Иероглифы одновременно указывали и образы (представления, понятия), и те звуки, из которых состоят слова, обозначающие данные образы (представления, понятия). На рубеже IV—III тыс. до н.э. иероглифическое письмо уже широко применялось в Месопотамии, а в 2400 г. до н.э. оно превратилось в упорядоченное словесно-слоговое письмо клинописного типа. Клинописное письмо было достаточно сложной системой, состоящей из нескольких сотен и даже тысяч специальных знаков. Его усвоение требовало значительной специализации и профессионализации. В древневавилонском обществе сформировался целый социальный слой — слой писцов. В течение III тыс. до н.э. складывается и египетская иероглифика.

Высшей формой письменности, сложившейся во II тыс. до н.э., было фонетическое письмо, буквенное, в котором знаки обозначают не предметы, а слоги, звуки и графически передаются отдельные звуковые обозначения. Первое алфавитное письмо изобрели финикийцы. Финикийское письмо было положено в основу древнегреческого, а также ара­бского письма, из которого позднее возникли индийская, персидская, арабская системы письменности.

Благодаря возможности хранения, накопления и передачи знаний письменность оказалась важнейшим стимулом для ускорения развития духовной культуры, явилась важнейшей предпосылкой становления науки.

2.1.5. «Культурное пространство» древневосточных цивилизаций

Первые цивилизации Древнего Востока начали складываться в Двуречье и в долине Нила в IV тыс. до н.э. Экономической основой этих (цилизаций являлось ирригационное земледелие, которое хотя и требовало колоссальных трудовых затрат, кооперации и особой организации работ, но зато позволяло собирать даже не один, а несколько богатых урожаев в год. Получение значительного избыточного продукта стало экономической предпосылкой быстрого развития социальных отношений, классообразования, общественного разделе­ния труда, возникновения специализированных ремесел (гончарно­го, ткацкого, кораблестроительного, металлургического, камнерез­ного и др.), обособления собственности, генезиса соседско-территориальных общин, образования господствующего класса, государст­венного аппарата, храмового персонала.

В ранних (как правило, относительно небольших по территории и населению) государственных образованиях постепенно формиро­валось два сектора экономики. Первый — это децентрализованный общинный сектор, представленный большим количеством владев­ших землей, самоуправляющихся соседско-территориальных общин, свободные и полноправные члены которых вели усилиями патриар­хальной семьи земледельческо-скотоводческое натуральное хозяйст­во. Второй сектор — централизованные государственные (царско-храмовые) хозяйства (как правило, крупные), широко использовав­шие труд зависимых и полузависимых крестьян-общинников, а также рабов.

На таком экономическом базисе сложилась и соответствующая социально-классовая структура, представленная тремя основными классами. Высший класс — это класс людей, которые непосредствен­но не занимались производительным трудом, но либо сами владели средствами производства, либо распоряжались государственной и храмовой собственностью от имени царя или касты жрецов. Благода­ря деятельности части представителей этого класса складывается особая система духовного производства, (относительно) независи­мая от материального производства. Именно в этой системе духовно­го производства зарождается протонаучная деятельность.

Второй, средний класс — это класс свободных крестьян-общинни­ков и городских (или сельских) ремесленников, непосредственно владевших средствами производства и занятых производительным трудом.

И наконец, третий, низший класс — зависимые, не обладавшие собственностью работники, которые подвергались внеэкономичес­кой эксплуатации. В качестве таких работников выступали лишив­шиеся собственности и попавшие в зависимость крестьяне, а также рабы.

Новым историческим явлением становится город. Урбаниза­ция — неотъемлемая черта цивилизации. Город возник как геогра­фическое место экономического, политического, военного и куль­турного притяжения. В городе осуществлялся обмен продуктами ремесла и земледелия между двумя секторами экономики; в городе находились органы власти, государственный аппарат; город — это место нахождения храма главного местного божества, государственных и храмовых школ; крупные города обносились защитной стеной, в центре города располагалась цитадель, крепость. Немаловажно, что город нес с собой обычно и высокий уровень бытовой культуры, был средоточием развлечений, земных радостей и бытового комфорта.

Уже во II— I тыс. до н.э. в крупных городах Месопотамии население исчислялось не десятками, а сотнями тысяч человек! Так, в I тыс. до н.э.. в Ниневии жило свыше 250 тыс. жителей, в Вавилоне — до 100 тыс. горожан. О масштабах градостроительства можно судить по следующим археологическим данным: еще в VII тыс. до н.э. оборонительная система Иерихона состояла из рва (ширина 8,5 м и глубина 2,1 м), каменной стены (толщина 1,6 м и высота около 4 м) и круглой каменной башни, сохранившейся до наших дней высотой свыше 8 м (!)

Древневосточный город — это, как правило, открытое «социальное пространство», в котором есть место людям разных национальностей, этносов, где смешиваются разные культуры, традиции, где преодолевается консерватизм, традиционность психологии сельского общинника, где быстро развиваются и изменяются ценности, где требуется высокий уровень критицизма, самоанализа, интеллекта.

Вместе с тем особенности «культурного пространства» ранних восточных цивилизаций обусловлены наличием еще значительныx следов мифологического сознания, для которого характерна образность, слабое развитие абстрактных понятий, категорий, различение закономерного и необходимого, причинно-следственных связей, доминирование ассоциативного мышления по аналогии, ориентация на традиционность, а не на новации, антропоморфизм. Очень медленно шел в сознании процесс различения природного и человеческого, преодоления слитности человека с природой. Об этом свидетельствует отсутствие пейзажа в изобразительном искусстве Древнего Ближнего Востока III тыс. до н.э., словесных описаний природы в ранней художественной литературе. Здесь еще мир вещей не отрывался от мира людей; вещи наделялись качествами людей, а человек — качествами вещей, которые ему принадлежат. Только во II тыс. до н.э. в древнеегипетской живописи появляется пейзаж, что свидетельствует о постепенном различении в сознании людей природного и человеческого.

Пространственным представлениям и категориям (исторически сложившимся раньше временных) присущи качественная определенность, слитность с оценочными представлениями. Есть пространство «хорошее» и «плохое», пространство «доброе» и «злое», пространство сакральное и профанное; пространство своей страны «лучше» пространства «чужой» страны. Такими же качественно неоднородными являлись и представления о времени: есть время «хорошее» (дневное) и время «плохое» (ночное), различные дни, недели и меся­цы года имели определенные предназначения, были «благоприятны­ми» или «неблагоприятными» для разных дел.

Человек древневосточных цивилизаций жил в мире, в котором самым теснейшим образом переплетались земное и божественное, мир людей и мир богов. По мнению людей того времени, множество богов постоянно вмешивается в повседневную жизнь людей и чело­век находится в их полной власти. Поэтому божественными знаме­ниями интересовались, их боялись, пытались избежать. Единствен­ное, что может сделать человек — научиться предвидеть божествен­ные воздействия на него и защищаться от таких воздействий с помо­щью своих личных, семейных богов-защитников («личный бог») и сверхъестественных сил. Этим объясняется важное значение, прида­вавшееся прорицателям, гадателям, астрологам, которые этой свое­образной деятельностью попутно накапливали и определенный опыт объективного познания мира.

Основная тенденция развития духовной культуры древневосточ­ных цивилизаций — возрастание индивидуализации сознания, нарас­тание антропоцентризма духовной культуры, что проявлялось в уси­лении интереса к человеку, его сознанию, психологии, внутреннему миру, к человеческому телу. Человек начинает осознавать себя как индивидуальность, как самоценность, как личность, постоянно ре­шающая проблему выбора оптимальной линии своего поведения, вопросы координации своих отношений с другими людьми, с коллек­тивом, с обществом, с природой. Теперь уже не только родовая общи­на противостоит природе, но складывается еще одно фундаменталь­ное противоречие — противоречие индивида и рода. Появляется проблема выбора индивидуальных ценностей, смысла жизни, места человека в обществе и в системе Космоса. Индивидуальность осозна­ется часто как одиночество человека, его противостояние судьбе, року. В этих условиях складывается героический эпос, в центре кото­рого — образ героя получеловека-полубога. Герой бросает вызов не только людям, но и самим богам, он может преодолеть все, кроме одного — своей судьбы. Весьма характерен в этом отношении древне­вавилонский «Эпос о Гильгамеше» (записан не позже XIX в. до н.э.). Много опасных приключений подстерегает в странствиях главного героя эпоса — Гильгамеша, но основная цель странствий — бессмер­тие — недостижима и недоступна.

Такое противопоставление героя и богов, героя и Космоса, героя и Хаоса, героя и толпы является показателем того, что рационализа­ция сознания поднялась на новый уровень — уровень теоретического осознания отношений человека и мира, уровень самосознания. Миф трансформируется в рациональный Логос. На этом пути постепенно зарождается наука, разумеется, сначала в самой простейшей форме — в форме протонауки.

2.2. Развитие рациональных знаний в эпоху классообразования цивилизаций Древнего Востока

2.2.1. От Мифа к Логосу (Науке)

В эпоху классообразования и раннеклассовых обществ духовная культура находится в состоянии перехода от мифологического первобытного мышления к новому историческому типу культуры. Радикально меняются все три основные составляющие деятельности сознания — нравственная, эстетическая и познавательная. Причем ведущей в эту эпоху являлась нравственная составляющая. Утверждение новых типов отношений людей, способов регуляции их поведения, Эволюционные сдвиги в системе соционормативной культуры — все это имело, по-видимому, фундаментальное значение. Мотивы столкновения первобытной морали рода и новой, нарождающейся обще-человеческой морали, с одной стороны, и классовой морали, с другой стороны, пронизывали все сферы духовной культуры. Новые социо-нормативные нормы утверждались во всех средствах духовного воздействия на человека. Эстетическое и познавательное по сравнению с нравственным отступают на второй план. Но, конечно, остается тесное и многообразное взаимодействие эстетической, познавательной и нравственной составляющих деятельности сознания.

Мифологическое сознание постепенно и медленно преобразо­валось и преодолевалось рациональными формами. Это преобразование хорошо прослеживается на одной из главных тем первобытной мифологии — теме творения Мира (Космоса) из Хаоса. Мы уже отмечали (см. 1.3), что мифологическим представлением о Мире и Космосе была пронизана вся жизнь первобытного коллектива. Хаoc олицетворялся с неорганизованной, враждебной человеку, темной и пугающей своей связью с миром умерших силой. При этом в каждой родовой традиции складывались свои конкретные представления и о Хаосе (первичный океан, мировая тьма, бездна, вечная ночь, земная твердь, подземный мир и др.), и о Космосе (мировое дерево, мировое яйцо, мировая гора, небесный свод, брак неба и земли и др.). Образ жизни первобытных родовых коллекти­вов подчинялся общей линии мифологического сюжета о связи Хаоса и Космоса. Нормы коллективного поведения, ритмизированная повседневная будничная жизнь (охота, собирательство, потребление пищи, воспроизводство рода и др.) соотносились с образом космической организации. Космоса как целого. Родовой коллектив рассматривался как частица, органическая часть Космоса, а любые перемены в ритмах образа жизни (включая празднества; семейные перемены, т.е. рождение детей, смерть сородичей, особенно вождя; смена сезонной хозяйственной деятельности и др.) оценивались как особые состояния, при которых организованное космическое целое подвергается опасности. Опасность усматривалась в возмож­ности проникновения в организованное космическое целое враждебных человеку, злых, сверхъестественных, несущих в себе разру­шающее начало хаотических сил. Спасение от их воздействия ви­делось в магических ритуалах, и чем более они эмоциональны, выразительны, художественны, тем эффективнее.

Эстетическое начало выступало в глазах первобытного человека как главное спасительное средство от враждебного хаотического на­чала. Поэтому обрядовые магические ритуалы исключительно художественны. Карнавальные шествия, танцы, маски добрых и злых духов, ритуальные инсценировки восстаний против правителя, даже ритуальные оргии должны были продемонстрировать господство че­ловеческих организованных сил над силами Хаоса, поставить хаоти­ческое под контроль человека, подчинить его человеку. В этих худо­жественно оформленных магических ритуалах вновь и вновь из Хаоса воссоздавался антропоморфно организованный Космос. Таким образом, магическое сознание стимулировало становление художественных, эстетических образов, различных видов искусства вплоть до требовавших огромных трудовых усилий мегалитических сооружений, скульптурных изваяний, родовых святилищ, погребаль­ных сооружений и др.

Мифологические образы периодического вмешательства хаоти­ческих сил в космическую организацию со временем трансформиро­вались в систему представлений о мировых циклах. Такая система (в различных вариантах) впоследствии вошла почти во все ранние фи­лософские учения. Появилось понятие мировой катастрофы, кото­рая опосредует собой переход от одного космического цикла к друго­му. Гибель мира, катастрофа — это победа сил Хаоса над космически организованным целым, над человеком, над обществом. Человеку не удалось сдержать напор хаотического, враждебного мировой гармо­нии начала, и Космос под его воздействием рушится. Но катастрофы не вечны. Космос затем восстанавливается из Хаоса, и начинается новый период космического развития, новый его цикл. Представле­ние о мировой космической катастрофе органично интегрировалось и с новыми структурами сознания — абстрактными категориями буду­щего, пространства, времени и космоса. Еще в раннеклассовом обществе сформировались такие важные общие понятия (категории), как даль», «бесконечность», «ничто», «бытие», «сущее», «несущее» и др.* Возникновение таких широких абстракций (понятий, категорий) явилось одной из важнейших предпосылок становления естествознанания.

* См.:Кейпер Г.Б.Я . Труды по ведийской мифологии. М., 1985.

Развитие критической функции мышления, самосознания, установки на обоснование знания, становление всеобщих понятий, категорий мышления («бытие», «ничто», «пространство», «сущее», «несущее» и др.) выступили познавательными предпосылками генезиса естествознания. Эти предпосылки формировались прежде всего в процессе разрешения ряда противоречий в системе сознания:

- между мифологическим видением мира и накапливающимся рациональным знанием, абстрактным мышлением;

- в самой системе мифологии — между различными противоречащими друг другу мифами как следствие рационального упорядочения и систематизации мифологии;

- между рациональными знаниями и все возрастающими практическими потребностями в расширении массива таких знаний.

Решение этих противоречий осуществлялось посредством систематизации и логического упорядочения мифов (разрешения или противоречий, которые возникали между отдельными мифами, между мифологией и усложнившейся действительностью), накопления, обобщения и систематизации рациональных знаний (их увязывания со всеми остальными компонентами духовной культуры), развития абстрактного мышления, категориального аппарата сознания критической функции разума, приемов обоснования знания, сферы самосознания.

В русле этих преобразований складывались и соответствующие познавательные предпосылки становления науки. Первые три из них (систематизация мифов, накопление и обобщение рациональных знаний, развитие категориального аппарата сознания) сложились уже в первых цивилизациях Древнего Востока — Древнем Египте и Древнем Вавилоне. Четвертая предпосылка (идея рационального обоснования знания как важнейшее условие возникновения теоретического самосознания) формируется в древнегреческой цивилизации.

2.2.2. Географические знания.

Рост населения, его подвижности, динамизма образа жизни, укрепле­ние племенных союзов, развитие военного дела, политический и военный экспансионизм, развитие обмена, торговли — все это спо­собствовало значительному расширению географического кругозо­ра человека.

Наряду с освоением новых пространств, развитием представле­ний о границах ойкумены (населенной части планеты) совершенст­вовались формы картографии, создавались карты — схемы местнос­ти, способы ориентации по звездам, особенно у народов, осваивав­ших океанские просторы, народов-мореплавателей (например, у на­родов Океании). Интересная характеристика географических познаний эпохи разложения первобытного общества и зарождения раннеклассовых отношений дана Л.Г. Морганом в исследовании жизни ирокезов:

Столетия за столетиями и племя за племенем протаптывал... человек... древние исхоженные тропы. От Атлантического океана до Миссисипи и от Северных озер до Мексиканского залива главные индейские пути через страну были так же тщательно и разумно проложены и так же хорошо известны, как наши собственные. По многим из этих длиннейших троп ирокезы совершали военные экспедиции и таким образом практически изучали географию страны. В пределах своих непосредственных территорий они так же были знакомы с географическими особенностями, маршрутами путешествий, озерами, холмами и реками, как впоследствии мы сами *.

* Морган Л.Г . Лига ходеносауни, или ирокезов. М., 1983. С. 32—33.

На смену простейшим способам схематического изображения местности с помощью камней, палок, рисунков на песке и др., кото­рые были характерны для первобытного общества, приходят более долговременные и совершенные «карты». Их либо рисовали, либо вышивали на коже или ткани, либо чертили ножом на коре дерева , и т.п. Эти карты обычно были схемами маршрута, так как отражали не местность в целом, а отдельный маршрут. На такой карте-схеме изображались гидрографическая сеть (главная река, ее притоки, озера и др.), речные пороги, броды, дороги, тропы, жилища, горы, следы проживания людей в данном районе и др. Длина маршрута определялась в днях пути. Есть этнографические данные о том, что у некоторых народов была традиция собирать такие карты местности в особых хранилищах.

Новый дополнительный импульс развитию картографии был по­лучен вместе с расширением торговой деятельности, появлением класса купцов, осваивавших дальние и неизведанные торговые пути. Наиболее распространенные и трудные маршруты снабжались определенными указательными знаками (на деревьях, на камнях, на скалах и др.), включая знаки, предупреждающие о возможности нападения (так зарождалось то, что на современном языке называется «служба эксплуатации дорог»). Указательные знаки также отмечались на картах-схемах маршрутов.

2.2.3. Биологические, медицинские и химические знания

Становление производящего хозяйства (земледелия и скотоводства) стимулировало и развитие биологических знаний. Прежде всего это связано с доместикацией, имевшей колоссальное значение для судеб цивилизации. Одомашнивание животных и растений по самой своей сути предполагает использование такого фундаментального биологического явления, как искусственный отбор (селекция). Люди были очень далеки от понимания сущности искусственного отбора, но уже умели использовать этот метод для совершенствования своей хозяйственной деятельности. Опыт селекции передается из поколения в поколение. Так, в XIV в. до н.э. в Хеттском государстве некто Киккули из Митаннии написал трактат о коневодстве, который является самой древней из дошедших до нас рукописей, целиком посвященныx биологической теме.

Благодаря селекции было выведено много новых пород животных и растений, заложена база современной аграрной культуры. Развитие скотоводства позволило освоить новые массивы зоологических, ветеринарных знаний и навыков, а развитие земледелия способствовало накоплению ботанических, агрохимических и гидротехнических (в связи с мелиорацией и ирригацией) знаний. Еще в Древней Месопотамии было открыто искусственное опыление финиковой пальмы, которое привело к получению большого сортового разнообразия этого дерева.

В эпоху классообразования от системы биологических знаний постепенно отпочковывается медицина как относительно самостоятельная отрасль знаний и практических навыков. Глубинной основой этого процесса является изменение отношения к человеку. Человек начинает осознавать свое кардинальное отличие не только от природы, ее предметов и процессов, но и от других людей. Отрываясь от родовых связей, человек осознает себя как самоценное существо, которое хотя и связано с коллективом (соседско-территориальной общиной, патриархальной семьей и др.), его традициями и ценностями, но уже имеет и свои индивидуальные ценности. В сознании появляются новые элементы, представляющие собой зачаточные формы смысложизненных ориентиров. Человек впервые сталкивается с проблемой смысла своего существования. А это значит, что и поддер­жание жизни человека, его работоспособности приобретает особую ценность, значимость.

В этих условиях приоритетной сферой рациональной деятельнос­ти становится медицинская практика. В обществе растет престиж тех, кто берется лечить людей и кому это удается. Например, древне­греческий поэт Гомер в «Илиаде» следующим образом выражает глу­бочайшее уважение к лекарям-врачевателям:

Стоит многих людей один врачеватель искусный:

Вырежет он и стрелу, и рану присыплет лекарством.

Илиада, XX, 514-515.

Лекарь, врачеватель — это прежде всего знаток лечебных трав и народной медицины. Развивается древнейшая традиция лечебного применения средств растительного происхождения (травы, цветы, плоды, кора деревьев и др.) и средств минерального и животного происхождения (жир, части организмов животных и др.). Создаются приемы санитарии и гигиены, появляются физиотерапевтические процедуры, массаж, иглотерапия, диетика, разрабатываются новые хирургические приемы и соответственно металлические хирургичес­кие инструменты (скальпель, щипцы и др.). Совершенствуется аку­шерство — одна из первых медицинских специальностей.

Конечно же, в первобытной медицине наряду с рациональными знаниями еще много и наивного. Так, древние вавилоняне считали, что жизнь связана с кровью, печень — главный орган жизни, содержа­щий запас крови; органом же мышления они считали сердце. Поэто­му наряду с народной медициной, лекарями — знатоками лекарствен­ных трав, простейшей хирургии складывается и другой тип врачевателей — знахари-заклинатели, опиравшиеся на мифологические и ма­гические процедуры. Эта ветвь древней медицины со временем трансформируется в храмовую медицину *.

* См.: Сорокина Т.С. Медицина в рабовладельческих государствах Средиземно­морья. М.,1979.

Первоначальное накопление химических знаний осуществлялось в области ремесленной прикладной химии. Основные виды такой деятельности: высокотемпературные процессы (металлургия, стек­лоделие, керамика); получение красителей, косметических средств, лекарств, ядов, освоение бальзамирования; использование броже­ния для переработки органических веществ. Широкое распростране­ние получила обработка и подделка драгоценных камней. Кроме меди, бронзы и железа древние знали такие металлы, как свинец, олово, ртуть и их сплавы.

2.2.4. Астрономические знания

Осознание связи небесных явлений и сезонов года . Развитие астрономических знаний в рассматриваемую эпоху определялось в первую очередь потребностями совершенствования календаря, счета времени. Важнейшим условием зарождения научной астрономии яв­илось осознание связи небесных явлений и сезонов года, которое, по-видимому, формировалось еще в мезолите.

Если присваивающее хозяйство вполне могло обходиться лунным календарем, то производящее хозяйство требовало более точных знаний времени сельскохозяйственных работ (особенно времени посева и сбора урожая), которые могли базироваться лишь на солнечном календаре, на солнечных циклах (годовом, суточном, сезонном). Известно, что 12 лунных месяцев составляют лунный год, равный 354,36 солнечных суток, который отличается от солнечного примерно на 11 суток. Исторический процесс перехода от лунного календаря солнечному был достаточно длительным.

Важным условием перехода от лунного календаря к солнечному являлось отделение наблюдений за интервалами времени от их привязки к биологическим ритмам (связанным с человеком и домашними животными) и выделение некоторых внебиологических природ­ах «систем отсчета» для измерения интервалов времени. В таком качестве выступали, например, точки восхода Солнца в день летнего солнцестояния и захода в день зимнего солнцестояния, наблюдения звездной группой Плеяд в созвездии Тельца, позволявшие корректировать солнечное и лунное времяисчисления. Чтобы результатами побного рода наблюдений можно было пользоваться неоднократно, их следовало каким-то образом фиксировать. Так появилась потребность в создании соответствующих сооружений. В археологии такие сооружения известны в виде разного рода мегалитических конструкций. Даже в настоящее, космическое время, когда мы мало чему удивляемся, мегалитические сооружения древности поражают своей грандиозностью и загадочностью.

Мегалитические сооружения — это постройки из громадных каменных плит камней. Известны их различные виды — дольмены (несколько вертикально установленных огромных каменных плит, cвеpxy перекрытых горизонтально уложенными плитами), кромлехи (выстроенные в круг гигантские монолиты, иногда вместе с дольменами) и др. Большинство из них выполняло одновременно несколько функций — религиозно-культовую, произведения монументальной архитектуры, протонаучной астрономической обсерватории и др. Одним из наиболее известных является грандиозный мегалитический комплекс Стоунхендж в Англии, созданный на рубеже неолита и бронзового века *.

* См.: Хокинс Дж„ УайтЛл. Разгадка тайны Стоунхенджа. М., 1984.

Мегалитические сооружения строились так, что они позволяли с довольно высокой точностью ориентироваться на точку восхода Со­лнца, фиксировать день летнего и зимнего солнцестояния и даже предсказывать лунные затмения. Сооружения из огромных камен­ных плит и монолитов требовали колоссальных трудовых затрат, были результатом коллективного длительного труда многих десятков и сотен, а иногда и тысяч людей. Это говорит о том, какое важное значение придавалось астрономическим знаниям в период становле­ния цивилизации.

Астрономия Древнего Египта . В Древнем Египте связь небесных явлений и сезонов года была осознана очень давно, очевидно, еще в период Древнего Царства (2664—2155 гг. до н.э.). Предвестником Нового года у древних египтян выступал Сириус. Первая видимость Сириуса на утреннем небе (гелиактический восход Сириуса) насту­пал за несколько недель до разлива Нила (около 20 июля), выхода его из берегов, наводнения, т.е. самого важного события в египетском сельскохозяйственном году. Эти земледельческие правила были пер­вым шагом на пути становления научной астрономии.

В эпоху Среднего Царства (2052—1786 гг. до н.э.) были разработа­ны диагональные календари (деканы) — звездные часы, служившие для определения времени по звездам (разумеется, главным образом ночью). Такие календари обнаружены в пирамидах: уходивший в иной мир для своего путешествия должен был иметь все необходи­мое, в том числе и звездные часы.

Со временем деканы перекочевали в астрологическую литерату­ру, где они выступали в новой форме и новой роли — богов, опреде­лявших судьбу людей.

Египтяне оказали значительное влияние на становление древне­греческой астрономии, о чем есть много свидетельств античных ав­торов.

Древневавилонская астрономия . Еще большее развитие, чем в Древнем Египте, астрономия получила в Вавилонии и Ассирии. Так, в Месопотамии в начале III тыс. до н.э. был принят лунный календарь, а через тысячу лет — лунно-солнечный календарь. К лунному году (12 месяцев, 354 дня) время от времени добавлялся дополнительный «високосный» месяц, чтобы сравниться с солнечным годом (365,24 суток). Вавилонянам (халдеям) уже было известно, что 8 со­лнечных лет приблизительно равны 90 лунным месяцам; или 19 солнечных лет (6940 суток) равны 235 лунным месяцам *. Точность лунного месяца здесь составляла 2 мин, а средняя продолжительность года лишь на 30 мин отличалась от действительной длительности тропического года в середине V в. до н.э. Достаточно точно рассчитывались лунные эфемериды, что позволяло вавилонским астрономам предсказывать лунные затмения. По-видимому, в середине VIII в. до н.э. началось систематическое наблюдение затмений, а в VII в. древневавилонские астрономы научились предсказывать лунные затмения.

* В истории астрономии эта закономерность известна как метонов цикл (по имени древнегреческого астронома Метона, который заимствовал ее в 433 г. до н.э. у халдеев).

Существуют исторические предания о том, что вавилонские астрономы якобы могли точно предсказывать не только лунные, но солнечные затмения. Однако сообщения о таких предсказаниях, якобы сделанные (учившимся у халдеев) Фалесом и другими мудрецами древности, относятся к области легенд. Солнечные затмения можно точно предсказывать при условии, что известны расстояния между Солнцем, Землей и Луной. Но вавилонским астрономам (и всем вообще древним) такие расстояния не были известны; они не имели геометрической модели для объяснения затмений, и потому не могли точно предсказывать солнечные затмения. Астрономы Двуречья могли лишь предсказывать возможность солнечного затмения. Они знали, что солнечные затмения случаются обычно за полмесяца или через полмесяца после лунных и главным образом в промежутке между се­тями лунных затмений, когда не наблюдались они 41 или 47 месяцев. Тень на Солнце накатывала на 27-й или 28-й день лунного месяца.

Величайшим достижением древневавилонской астрономии стало развитие математических методов для предвычисления положений Солнца, Луны и планет на небе, а также затмений и других небесных явлений. Древнегреческая астрономия впоследствии во многом усвоила традиции астрономов древнего Междуречья.

На Древнем Востоке развитие астрономических знаний теснейшим образом переплеталось с целями и задачами астрологии.

Астрономия и астрология . В древности астрономические знания накапливались в системе астрологии. Астрология - это уходящая своими корнями в магию деятельность, состоящая в предсказании будущего (судеб людей, событий разного рода) по поведению, расположению небесных тел (звезд, планет и др.) в форме гороскопов . Древнейший из дошедших до нас гороскопов (из Вавилона) датируется второй половиной V в. до н.э.

Астрология строилась, с одной стороны, на религиозном убеждении, что небесные тела являются всесильными божествами и оказывают решающее влияние на судьбы людей и народов. С другой сторо­ны, в основе астрологии лежит представление о всеобщей причин­ной связи вещей и их повторяемости — всякий раз, когда на небе будет наблюдаться одно и то же событие, последуют те же следствия. Из взаимного расположения планет между собой, а также из их отно­шения к знакам зодиака астрология пытается угадать будущие собы­тия и все течение жизни человека.

Астрология имеет древнюю историю. И в течение многих веков развитие астрономии являлось побочным результатом астрологичес­кой деятельности. В древности, средневековье, эпоху Возрождения власть имущие, вкладывая большие средства в строительство обсер­ваторий и совершенствование астрономических инструментов, пре­следовали вовсе не бескорыстные цели познания объективных законов небесных тел, ожидали не почетных лавров покровителей науки, а совсем иного — усовершенствованных гороскопов, более точных астрологических предсказаний своей личной судьбы.

Начальные этапы отчуждения астрологии и астрономии, по-види­мому, связаны с древнегреческой культурой. В IV в. до н.э. Евдокс Книдский уже не верил в предсказания астрологов. И побудительным мотивом греков в развитии математической астрономии были не астрологические прогнозы, а познание «вечно неизменного мира» астрономических явлений. Но отчуждение астрономии и астрологии происходило не просто. Так, величайший астроном древности К. Птолемей, создатель геоцентрической модели мироздания, зани­мался также и астрологией и обосновывал ее мировоззренчески; до нас дошел его астрологический трактат «Тетрабиблос» *. И даже в эпоху Возрождения не только отдельные монархи, но и целые город­ские общины содержат в штате чиновников астрологов, и вплоть до XVII в. в европейские университеты на работу принимаются профес­сора для чтения курса астрологии, который преподавался наряду с курсом астрономии. Мода на астрологию дошла и до нашего времени: астрологические гороскопы являются неотъемлемым атрибутом многих периодических изданий.

* Птолемей Клавдий. Математический трактат, или Четверокнижье // Знание за пределами науки. М., 1996. С. 92-131.

В разное время, в разных культурах в основных задачах астроло­гии могли изменяться акценты. Так, например, в старовавилонской астрологии и центре внимания была не судьба отдельного человека, а благополучие страны — погода, урожай, война, мир, судьбы царей и др. Но суть всегда оставалась одной — связать прямой необходимой причинной связью повседневные земные события (быстротекущей жизни людей и народов) с небесными явлениями. На первый взгляд, вполне научная задача. Но на самом деле это не так. Ведь наш мир устроен таким образом, что в нем нет прямой непосредственной необходимой причинной связи всего со всем. И потому хотя Космос, условно, оказывает определенное воздействие на земные явления (в том числе, например, геомагнитными бурями на состояние здоровья человека), конечные причины человеческих и социальных процессов и судеб лежат не за пределами Земли, а в земных факторах — природных (прежде всего, биологических) и социальных.

2.2.5. Математические знания

В рассматриваемую эпоху математические знания развивались в следующих основных направлениях.

Во-первых, расширяются пределы считаемых предметов, появляются словесные обозначения для чисел свыше 100 единиц — сначала до 1000, а затем вплоть до 10 000.

В о - в т о р ы х, закладываются предпосылки позиционной системе исчисления. Они состояли в совершенствовании умения считать не единицами, а сразу некоторым набором единиц (4, 5, чаще всего 10). Когда нужно было пересчитать большое количество одинаковых предметов (например, стадо скота), применялся так называемый групповой счет. Такой счет вело несколько человек: один — вел счет единицам, второй — десяткам, третий — сотням (наблюдения Н.Н. Миклухо-Маклая *). Развитие хозяйства, торговли требовало не просто умения считать, но и умения сохранять на длительное время или передавать на расстояния результаты счета (очень часто — боль­ше числа). Для этого применялись известные еще с древнейших времен бирки, шнуры, нарезки или узлы, на которых уже обозначаются не только единицы, но и группы единиц (по 4, 5,10,20 единиц). По сути, формировался прообраз различных систем счисления.

*' См.: Миклухо-Маклай Н.Н. Собр. соч. М.; Л., 1950. Т. 1. С. 141.

В-третьих, формируются простейшие геометрические абстракции — прямой линии, угла, объема и др. Развитие земледелия, отношений земельной собственности требуют умения измерять расстояния, площади земельных участков (отсюда и происхождение слова «геометрия» — от древнегреческого «землемерие»). Развитие строительного дела, гончарного производства, распределение урожая зерновых и проч. требовало умения определять объемы тел. В строительстве было необходимо уметь проводить прямые горизонтальные и вертикальные линии, строить прямые углы и т.д. Натянутая веревка служила прообразом представления о геометрической прямой линии. Одним из важнейших свидетельств освоения человеком геометрических абстракций является зафиксированный археологами бурный всплеск использования геометрических орнаментов на сосудах, ткани, одежде. Геометрическая отвлеченность начинает превалировать в художественной изобразительной деятельности, в передаче изображений животных, растений, человека.

На Древнем Востоке математика получила особое развитие в Ме­сопотамии. Математика развивалась как средство решения повсе­дневных практических задач, возникавших в царских храмовых хо­зяйствах (землемерие, вычисление объемов строительных и земля­ных работ, распределение продуктов между большим числом людей и др.). Найдено более сотни клинописных математических текстов, которые относятся к эпохе Древневавилонского царства (1894— 1595 гг. до н.э.). Их расшифровка (Варден ван дер Б.Л. и др.) показа­ла, что в то время уже были освоены операции умножения, определе­ния обратных величин, квадратов и кубов чисел, существовали таб­лицы с типичными задачами на вычисление, которые заучивали наи­зусть *. Математики Древнего Вавилона уже оперировали позиционной системой счисления (в которой цифра имеет разное значение в зависимости от занимаемого ею места в составе числа). Система счисления была шестидесятиричной. Жителям Древнего Вавилона были известны приближенные значения отношения диаго­нали квадрата к его стороне они считали равным приблизительно 1,24; число π — приблизительно равным 3,125).

* См.: Варден ван дер Б.Л. Пробуждающаяся наука. Математика Древнего Египта, Вавилона и Греции. М., 1959; Рыбников К.А. История математики. 2-е изд. М., 1974; и др.

Вавилонская математика поднялась до алгебраического уровня, оперируя не числом конкретных предметов (людей, скота, камней и проч.), а числом вообще, числом как абстракцией. При этом числа рассматривались как некий символ иной, высшей реальности (наряду с множеством других символов такой высшей реальности). Но у древ­них вавилонян, по-видимому, еще не было свойственного древнегре­ческой математике представления о числах как некоторой абстракт­ной реальности, находящейся в особой связи с материальным миром. Поэтому у них не вызывали мировоззренческих проблем вопросы о природе несоизмеримых отношений и иррациональных чисел.

На современном математическом языке те типовые задачи, кото­рые могли решать вавилоняне, выглядят следующим образом:

Алгебра и арифметика:

уравнения с одним неизвестным

АХ =B; X2 = А; X2 + АХ = В; X2 - АХ = В; X3 = А; X2 (X + 1)=А;

системы уравнений с двумя неизвестными

им были известны следующие формулы:

и суммирование арифметических прогрессии.

Геометрия:

пропорциональность для параллельных прямых;

теорема Пифагора;

площадь треугольника и трапеции;

площадь круга == 3 R2 ;

длина окружности ==6R ;

объем призмы и цилиндра;

объем усеченного конуса они считали по неправильной формуле: 1 /2 (З R2 + З r 2 ) (на самом деле он равен 1/3( R 2 - r 2 ).

Объем усеченной пирамиды с высотой Н , квадратным верхним В ) и нижним (А ) основаниями они определяли по неправильной формуле: 1/2 (А2 + В2 ; на самом деле он равен 1/3(А2 + АВ+ В2 )Н.

Основная общая особенность и общий исторический недостаток древневосточной математики — ее преимущественно рецептурный, алгоритмический, вычислительный характер. Математики Древнего Вocтока даже не пытались доказывать истинность тех вычислительных формул, которые они использовали для решения конкретных фактических задач. Все такие формулы строились в виде предписаний: «делай так-то и так-то». Потому и обучение математике состояло в механическом зазубривании и заучивании веками не изменявшихся пособов решения типовых задач. Идеи математического доказательства в древневосточной математике еще не было.

Вместе с тем у древних вавилонян уже складывались отдельные предпосылки становления математического доказательства. Они состояли в процедуре сведения сложных математических задач к прошлым (типовым) задачам, а также в таком подборе задач, который позволял осуществлять проверку правильности решения.

3. СОЗДАНИЕ ПЕРВОЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА В ДРЕВНЕГРЕЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЕ

Античная цивилизация — величайшее и прекраснейшее явление в истории человече­ства. Невозможно переоценить роль и значение античной цивилизации, ее заслуги перед всемирно-историческим процессом. Созданная, древними греками и древними римлянами цивилизация, просуществовавшая с VIII в. до н.э. вплоть до падения Запад­ной Римской империи в V в. н.э., т.е. более 1200 лет, была не только культурным центром своего времени, давшим миру выдающиеся образцы творчества во всех сфе­рах человеческого духа. Она также стала колыбелью двух близких нам современных цивилизаций: западной и византийско-православной — евразийской. А в одном отно­шении античная цивилизация является универсальной основой, пьедесталом всей последующей общечеловеческой культуры — в той мере, в какой она содержит дух рационализма, пронизана таким отношением к бытию, в котором преобладает убеж­дение, что мир (как природный, так и человеческий) состоит из вещей и процессов, взаимодействующих между собой и изменяющихся по естественным, не зависящим от воли, сознания и желаний человека закономерностям. Именно античная цивилизация окончательно преодолела рубеж, разделяющий в сознании человека Хаос и Закон, Хаос и Космос, Миф и Логос, отделила «логику вещей» от «логики слов и мыслей», утвердила представление о том, что освоение мира во всех формах человеческой деятельности возможно только по его собственным законам.

Античная цивилизация принадлежит к цивилизациям второго цивилизационного цикла. Ко времени ее становления древними культурами Месопотамии, Восточного Средиземноморья и Малой Азии был накоплен определенный значительный культур­но-исторический опыт. И географически, и исторически Греция стала мостом между древними культурами Востока и новыми цивилизациями Европы. Благодаря своим особым географическим, историческим и этнокультурным условиям древние греки органично впитали в себя достижения азиатских (ассиро-вавилонской, египетской, хеттской, финикийской и др.) и эгейских (крито-минойской и микенской) цивилиза­ций седой древности, творчески переработали их и подняли на качественно новый уровень.

3.1. Культурно-исторические особенности древнегреческой цивилизации

Расцвет эллинской культуры и формирование античной цивилиза­ции I тыс. до н.э. были подготовлены предшествующим двухтысячелетним развитием протогреческих и раннегреческих племен в эпоху бронзы и, возможно, неолита. Наиболее глубокие корни древнегреческой культуры уходят в духовный мир индоевропейской культурно-исторической общности. Греки не являлись автохтонным населением нынешней Греции. Древнегреческие племена несколькими волнами пришли и осели на территории нынешней Греции в результате длительного и активно-наступательного переселенческого движения, «великого переселения» индоевропейских племен.

Первые классовые общества, ростки цивилизаций сложились на островах Эгейского моря в конце III тыс. до н.э. К этому времени цивилизации Месопотамии и Египта насчитывали уже тысячу лет. Древнейшим очагом цивилизации в Европе был остров Крит — центр большого государства, объединявшего острова в южной части Эгейского моря и восточные прибрежные области Балканского полуострова (крито-минойская цивилизация эпохи бронзы). Экономической основной этой цивилизации являлось земледелие, ориентированное одновременное выращивание трех сельскохозяйственных культур— злаковых (главным образом, ячменя), винограда, олив. Увеличение массы избыточного продукта, отделение ремесла от сельскохозяйственного производства создали благоприятные условия для развития торговли и мореплавания — эффективного средства межобщинного и межплеменного обмена.

Если цивилизации Древнего Востока возникали на основе орошаемого и ирригационного земледелия в речных долинах с плодородной почвой, то развитие народов Эгейского бассейна и Балканского полуострова определялось иными природными условиями. Каменистая, трудная для обработки и возделывания почва, многочисленные горные хребты, наличие лишь изолированных пригодных для земледелия долин, развитая береговая линия — все это обусловило особенности экономического и общественного развития древнегреческой цивилизации. Образу жизни древних греков свойственна ориентированность на море — на получение морских продуктов питания, на морскую торговлю, морские контакты с другими народами, на политику колонизации.

С В середине XV в. до н.э. крито-минойская цивилизация была разрушена племенами ахейцев, вторгшимися на Крит из материковой Греции. В регионе Балканского полуострова греческие племена снимались с насиженных мест и направляли свои завоевательные усилия на юг, осваивая острова Эгейского моря. Такие миграционные дви­жения осуществлялись не постоянно, а периодически, волнами. Одну из первых известных нам волн греческих завоеваний устремили на юг греческие племена ахейцев. Продвигаясь все дальше на юг, ахей­цы разгромили крито-минойскую цивилизацию, ассимилировали ко­ренное население, усваивая его культуру. На остатках крито-минойской цивилизации сложилась новая раннеклассовая микенская циви­лизация, которая, по-видимому, представляла собой не единое госу­дарство, а множество непрерывно враждующих между собой государств. Греки-ахейцы вели активную колонизаторскую политику, их политическая и военная экспансия была нацелена на Малую Азию и Восточное Средиземноморье. Одним из событий той эпохи была знаменитая Троянская война, о которой повествует Гомер в своей бессмертной поэме «Илиада».

В силу пока не вполне выясненных причин в конце XIII в. до н.э. народы северобалканского региона (не только греки-дорийцы, но и фракийцы, иллирийцы) пришли в движение. Множество племен, тысячи людей устремились на юг, в богатые, процветающие области Греции, в Малую Азию. На рубеже XIII—XII вв. до, н.э. микенская цивилизация испытала страшный удар. Истощенная внутренними войнами, потерей огромных людских и материальных ресурсов ми­кенская цивилизация не смогла противостоять натиску варварских племен. Ей был нанесен непоправимый ущерб, от которого она уже не смогла оправиться.

Дорийское завоевание отбросило Грецию на несколько столетий, почти к тому состоянию, в котором она находилась до зарождения микенской цивилизации. Материальная и духовная культура этого времени несет на себе печать полного упадка и опустошения. На всей территории Греции вновь утвердился первобытно-общинный строй. Началась эпоха «темных веков» (с XII по IX в. до н.э.), для которой характерны разложение родовых отношений и создание предпосы­лок полисного строя.

В истории Древней Греции XI—IX вв. до н.э. — так называемый гомеровский период, поскольку поэмы Гомера «Илиада» и «Одиссея» являются главным источником информации об этом времени. Важ­нейшее достижение данного периода — освоение греками техники выплавки и обработки железа. Появились первые орудия труда, изго­товленные из железа, развивались земледелие (хлебопашество, садо­водство и виноградарство) и скотоводство. Основным критерием богатства считался скот, который использовался и как меновая еди­ница, как деньги. Сельское хозяйство носило в основном общинный и натуральный характер. Торговля и ремесло играли незначительную роль, но был широко распространен морской разбой. Пиратство рассматривалось как занятие, достойное настоящего героя и аристократа. Хотя имущественное неравенство уже довольно четко обозначилось, тем не менее образ жизни всех слоев общества, в том числе и высших, носил простой, патриархальный характер. Гомеровские цари еще не окружены придворными, не чураются грубой физичес­кой работы. Хотя рабство и развивалось, но еще не получило большого распространения и носило преимущественно домашний характер. Рядовые члены общины сами обрабатывали свои земельные наделы, а в хозяйствах общинно-племенной знати использовался труд нанятых на время поденщиков.

В поэмах Гомера Греция предстает раздробленной на множество мелких самоуправляемых общин. Сельская община (демос) занимала, как правило, очень незначительную территорию и была мало связана с соседними общинами. Политическим и экономическим центром общины был полис (небольшое укрепленное поселение, в гомеровскую эпоху заселенное крестьянами — земледельцами и скотоводами. Между отдельными общинами существовали обычно «прохладные», а часто и вовсе враждебные отношения. Конфликты происходили постоянно, обычно на почве похищения скота, раздела земельных и пахотных угодий. Экономической ячейкой гомеровской общины выступала патриархальная семья.

Имущественная и социальная дифференциация в общине зашла довольно далеко. Родовой наследственной знати противостоят рядовые общинники. У Гомера понятия «знатность» и «богатство» — синонимы. Однако военно-демократические традиции были сильны, и народные собрания регулярно собирались для обсуждения и решения важнейших вопросов общественной жизни. Правда, на этих собраниях решающую роль уже играет наследственная, родовая аристократия. Знать претендовала на господствующее положение в политической жизни общины, и воля народа не имела для аристократии силы закона. Гомеровская эпоха — это время интенсивной ломки традиций родового строя и развития классовых отношений, становления политической организации общества. В этот период накапливались решающие предпосылки для нового стремительного подъема греческой материальной и духовной культуры.

Такой подъем произошел в VIII—VI вв. до н.э. Наиболее характерной его чертой явилась Великая греческая колонизация — переселение части греческого населения из района Эгейского бассейна в многочисленные колонии по побережью Средиземного и Черного морей. Причины древней греческой колонизации состояли в наличии избыточного населения, обусловленном демографическим взрывом, использовании экстенсивных методов ведения хозяйства, ограниченности естественных ресурсов (земли, пастбищ, леса и др.) и их весьма неравномерном распределении. В этих условиях процесс классообразования и социальной дифференциации общества приводил к весьма быстрому образованию слоя обезземеленных, попавших в цепкие лапы ростовщиков или закабаленных соседями, крестьян. Они и составляли основной контингент колонистов, искавших на чужбине счастья, удачи, земли, благосостояния. Наряду с обезземе­ленными крестьянами в колонизационном процессе участвовали и политические изгнанники, а также люди с умеренным достатком, стремившиеся разбогатеть.

Великая греческая колонизация осуществлялась в трех различных направлениях: в западном (Южная Италия, Сицилия, Сардиния, Кор­сика, южное побережье Франции и восточное побережье Испании), северо-восточном (черноморские проливы, побережье нынешней Болгарии и Румынии, берега Черного моря), юго-восточном (восточ­ное побережье Средиземного моря, Малая Азия, Северная Африка). Колония основывалась как самостоятельный полис, но сохраняла тесные экономические и культурные связи с метрополией. Одни ко­лонии имели преимущественно земледельческую ориентацию, а дру­гие — торговую. В колониях складывалась система землевладения, сочетавшая коллективное владение землей и частнособственничес­кое присвоение участков. Колония выступала как посредник между местным населением и метрополией. Все это определило историчес­кое становление ареала древнегреческой цивилизации, целого мира древнегреческой культуры в районе Средиземного и Черного морей.

Колонизация стимулировала экономическое, политическое и ду­ховное развитие архаической Греции. Интенсивно развивается тор­говля, совершенствуется ремесленное и сельскохозяйственное про­изводство, происходит отделение ремесла от сельского хозяйства, возникают товарно-денежные отношения, ростовщичество, рабо­торговля. Резко возрастает роль труда рабов, благодаря чему у незанятых производительным трудом граждан создается избыток свобод­ного времени. Появившийся досуг посвящается духовной деятель­ности — занятиям наукой, искусством, философией, политикой, спортом и др. Полис постепенно превращается из деревенского по­селения в город и становится политическим (административным), торговым, ремесленным, военным и духовным (религиозным) цент­ром сельской общины. (В настоящее время известно около 200 неза­висимых античных полисов, с населением от сотни-другой человек до 50 тыс. в Сиракузах в IV в. до н.э.)

Колонизационное движение окончательно разорвало узы родо­вых, патриархальных связей. Освоение новых земель на окраинах ойкумены стимулировало развитие таких качеств личности, как инициативность, предприимчивость, энергичность, динамичность, демократичность, рациональность, здравомыслие, высвобождение из рамок старой родовой морали и др. Социально-политические изменения в эту эпоху были направлены от аристократического строя к ранним демократиям и олигархиями. В этих условиях формируется духовная индивидуальность личности. Так в архаичной Греции под­лавливались условия для качественного скачка, рационалистического переворота в духовной культуре, суть которого — окончательный разрыв с мифологическим сознанием и возникновение рационалистических форм культуры, прежде всего науки и философии.

В сложном комплексе материальных и духовных исторических предпосылок рационализации древнегреческой культуры следует выделить:

· развитие производительных сил, техники (освоение железа и производство железных орудий труда);

· развитие экономических отношений, переход от раннеклассового общества к развитому рабовладельческому обществу, которое характеризуется абстрактными общественными отношениями (отношения господин — раб, развитие системы товарно-денежных отношений), сложившимися представлениями меновой стоимости и абстрактного труда;

· территориальная экспансия, которая приводила к культурным контактам с самыми разнообразными странами и народами;

· множественность полисов (городов-государств), каждый из которых имел свои традиции, причем это не только не разруша­ло, но даже усиливало сознание общегреческого культурного единства;

· социальная организация полиса, демократический характер многих из них;

· относительное политическое равенство свободных граждан, наличие политических прав и личных свобод;

· развитое чувство гражданской ответственности и критическо­го мышления, когда каждый грек считает себя ответственным не только за свою судьбу, но и за судьбу всего государства, всего полиса;

· наличие совершенной системы письменности (фонетическое, буквенное письмо), т.е. самой совершенной по тем временам системы средств фиксации, хранения и передачи информа­ции;

· распространение публичных дискуссий, что требовало умения убедительно, логично, обоснованно защищать свою точку зре­ния; разрабатываются приемы логического доказательства; система обучения и образования приобретает характер соци­ального института;

· индивидуализация духовного мира личности, формирование самосознания и самооценки;

· формирование общественного мнения, поощрявшего твор­ческие личные достижения (дух «агона», соревновательности во всех сферах деятельности — в производстве, спорте, поли­тической жизни, культуре).

Все эти факторы в тесном единстве, во взаимодействии между собой определили окончательное разложение основ мифологическо­го сознания, деантропоморфизацию природы, рационализацию форм культуры, категоризацию мыслительной деятельности, воз­можность теоретического противопоставления в сознании человека субъекта и объекта, мира и человека, предмета и его образа, вещи и ее имени и т.д.

В конечном счете кардинально изменяется характер отношения человека к миру: мир предстает, с одной стороны, как некий объект, обладающий своими собственными, не зависящими от человека зако­номерностями, а с другой — как некая универсальная целостность (макрокосм), находящаяся в определенной связи со своей неотъем­лемой частью — человеком (микрокосмом). На этом уровне универ­сальные отношения Человека и Мира, т.е. те отношения, которые придают Миру и Человеку внутреннее единство и целостность, выде­ляются сознанием и осознаются человеком. Именно в этих условиях становится возможным появление важнейших мировоззренческих установок и представлений:

· установки на получение нового знания;

· представления о том, что познание есть некоторая самостоя­тельная ценность;

· установки на выявление некоторых естественных, а не сверхъ­естественных причин различных явлений;

· представления о систематичности знания, последовательнос­ти его накопления;

· установки на обосновываемость, доказательность знания, идеи о необходимости обоснования истинности нового зна­ния.

Именно эти установки способствуют окончательному разрыву с мифологией и созданию оснований качественно нового, рациона­листического, научно-познавательного способа мышления.

3.2. От Хаоса к Космосу

Переход к научному познанию мира предполагал выработку качественно нового (по сравнению с мифологическим) представления о мире. В таком немифологическом мире существуют не антропоморф­но, а естественные, объективные, независимые от людей и богов процессы. Непосредственные предпосылки такого представления складывались в поздних теокосмогонических мифах, в которых на природные процессы переносятся социальные, общинно-родовые, родственные отношения между людьми. Вопрос о происхождении мира трактовался с позиций происхождения общины, рода, племени, народа, представлений о смене поколений в пределах рода, семейно-бытовых отношениях в нем. А образы богов, героев, других персонификаций обобщали отдельные стороны жизнедеятельности родовой общины (сначала матрилинейной, а затем патрилинейной). Содержанием теокосмогонических мифов выступали картины происхождения богов, смена поколений богов и их борьба между собой, их природно-определенные связи и отношения со смертными людьми и проч. Теокосмогонические мифы — высшая форма мифотворчества, которая уже содержит зародыши научного отражения мира. Эти мифы рационализировали мифологию посредством ее историзации (совершенствование понятий, воспроизводящих историю мира) и систематизации. Иначе говоря, протонаучными формами космогонии выступали родо-племенные теогонии. Например, Гесиод так излагает начальные этапы развития мира в своей космогонической мифологии:

Прежде всего во вселенной Хаос зародился, а следом

Широкогрудая Гея (Земля), всеобщий приют безопасный,

Сумрачный Тартар в земных залегающих недрах глубоких,

И между вечными всеми богами прекраснейший, — Эрос (Любовь).

Сладкоистомый — у всех он богов и людей земнородных

Душу в груди покоряет и всех рассуждения лишает.

Черная ночь и угрюмый Эреб (Мрак) родились из Хаоса.

Ночь же Эфир (Свет) родила и сияющий День или Гемеру…

Гея же прежде всего родила себе равное ширью

Звездное Небо, Урана, чтоб точно покрыл ее всюду

И чтобы прочным жилищем служил для богов всеблаженных...

Теогония, 116-128.

В «Теогонии», как в других теокосмогонических мифах, история мира — пока еще не история естественных, природных процессов, а история рождения и смены поколений богов. Но Гесиод уже не просто пересказывает и систематизирует древние мифы, а пытается найти в системе мифов некоторый рациональный смысл. Гесиод проницательно и справедливо ищет на пути систематизации, логической упорядоченности мифов форму обоснования, доказательства не только мифов, но знания вообще.

В теокосмогонических мифах складываются следующие предпо­сылки научно-рационального познания:

· образ некоторого первичного состояния Вселенной, которое характеризуется хаотичностью, бессистемностью, аморфнос­тью (Хаос, Тьма, безграничная Бездна);

· идея общего преобразования, усложнения мира от его хаоти­ческого состояния к организованному, упорядоченному, сис­тематично устроенному миру, разумному и справедливому (идея развития мира от Хаоса к Космосу);

· представление о качественном переходе от Хаоса к Космосу, отражавшее осознание противоположности и единства культу­ры и природы; человеческого (социального) и естественного (дочеловеческого);

· представление о периодической гибели, разрушении Космоса и возвращении мира в хаотическое состояние, а затем новом рождении, восстановлении Вселенной из Хаоса. История мира предстает как история циклов Хаос — Космос — Хаос.

Итак, историческая заслуга древнегреческих теокосмогоничес­ких мифологий состояла в выработке общего представления о Кос­мосе, которое служило важной предпосылкой возникновения науч­ного познания мира. Космос осознавался древними греками как ма­териальное, организованное и в то же время одухотворенное, живое целое, образовавшееся из стихии неорганизованного Хаоса. Космос, или Вселенная, представлялись как гармоничное, симметричное, ритмически устроенное целое. Это целое находится в состоянии по­стоянного становления, изменения. Космос периодически способен превращаться в Хаос и вновь возрождаться. Каждая часть Космоса воспроизводит структуру космоса в целом. Не боги создавали Космос, а Космос создал из себя богов — таким мировоззренческим представ­лением завершалось мифологическое сознание. И это же представле­ние открывало дорогу для возникновения науки. С появлением тако­го вещественно-телесного, пластического образа Космоса до возник­новения научного отражения естественных закономерностей мира остался только один шаг. В Древней Греции такой шаг был осущест­влен в начале VI в. до н.э. Именно в это время в древнегреческой культуре завершается разделение объекта и субъекта, возникает тео­ретическая проблема отношения человека и мира, познания законов природы, ее структуры, организации бытия.

3.3. Категория субстанции

Непосредственно возникновение европейской науки принято связывать с милетской школой, названной так потому, что первые ученые Древней Греции были жителями города Милет, расположенного на территории полуострова Малая Азия. Представители милетской школы сформулировали исторически первую и наиболее фундаментальную проблему— проблему того первоначала, из которого возникат все вещи и в которое со временем они превращаются. Иначе говоря, историческая заслуга милетской школы состояла в постановке первой и важнейшей естественно-научной проблемы — проблемы первоначала, субстанции мира. Представители милетской школы (Фалec, Анаксимандр, Анаксимен) были одновременно и первыми учеными-естествоиспытателями и первыми философами.

На уровне чувственного восприятия люди осознают, что окружающий их мир представляет собой многообразие самых разнообразных вещей — деревья, кустарники, поля, реки, озера, сами люди, звездное небо и т.д. Естествознание начинается тогда, когда сознание человека поднимается до уровня выработки высокой абстракции (категории) субстанции, позволяющей сформулировать вопрос, существует ли за многообразием вещей некое единое начало. Или, другими словами, «что есть все?» В свою очередь вопрос о субстанции, первоначале мира стал возможен тогда, когда уровень мыслительного абстрагирования позволил сформулировать представление о процедуре обоснования знания. Формой такого представления явилась идея математического доказательства.

Идея математического доказательства — это величайшее достижение древнегреческих мыслителей. В древневавилонской и древнеегипетской математике такая идея отсутствовала. Древневосточная математика, как мы отмечали выше, была представлена множеством алгоритмов, операций, которые обеспечивали вычислительный эффект, но не имели логического, теоретического обоснования. Однако, одно дело — сформулировать задачу и предложить алгоритм ее деленного решения, а совсем иное дело — не просто численно решить задачу, но и доказать, что это решение не только возможное, но и истинное.

Для доказательства надо иметь принципы решения целого класса проблем определенного типа. Это значит, что мышление должно оперировать некоторыми всеобщими логическими структурами. Среди таких структур важнейшая — категория субстанции. Не случайно основатель милетской школы («первый европейский ученый», как его называют) Фалес Милетский вошел в историю науки одновременно и как естествоиспытатель-философ, сформулировавший пробле­му субстанции мира, и как математик, сформулировавший идею мате­матического доказательства. Фалесу приписывают доказательство следующих геометрических теорем: 1) круг делится диаметром попо­лам; 2) в равнобедренном треугольнике углы при основании равны; 3) при пересечении двух прямых образуемые ими вертикальные углы равны; 4) два треугольника равны, если два угла и одна сторона одно­го из них равны двум углам и соответствующей, стороне другого.

Каким образом представители милетской школы решали вопрос о субстанции мира, едином основании многообразия вещей? Фалес считал, что началом всех вещей, их субстанцией (т.е. то, из чего возникают все вещи и во что они в конечном счете превращаются) является вода. Другой представитель милетской школы Анаксимандр источником всего сущего, субстанцией всех вещей считал не воду, а некое вечное, беспредельное, безграничное, бесконечное начало, которое он назвал апейроном (т.е. «беспредельное»). В этом вечном, находящемся в непрерывном движении неопределенном первовеществе возникает как бы зародыш будущего мира. Мир периодически возвращается в это первовещество. Древние сообщали, что Анакси­мандр был первым греком, начертившим географическую карту Земли, и распространял среди греков заимствованные на Востоке солнечные часы (гномон).

Последним великим представителем милетской школы был Анаксимен, который началом, основой, субстанцией мира считал воздух. Все возникает из воздуха через его разряжение и сгущение. Разряжаясь, воздух становится сначала огнем, затем эфиром, а сгущаясь — ветром, облаками, водой, землей и камнем. Анаксимен — один из наиболее ярких представителей «метеорологической» традиции древнегреческой науки, в которой основные естественно-научные проблемы (начала и структуры Космоса) решались по аналогии с метеорологическими процессами.

Для нас сейчас не так важно, как конкретно решали представите­ли милетской школы проблему субстанции. Важен факт постановки самой проблемы субстанции мира, ориентирующей на дальнейшее развитие научно-рационального познания.

Милетская школа — это еще натурфилософское познание мира, здесь еще не разделились в полной мере естественно-научное и фило­софское познание. Философская и естественно-научная картины мира здесь пока формируются в тесном единстве. Эту традицию про­должил Гераклит.

Гераклит из Эфеса — один из самих глубоких мыслителей Греции, оказавший значительное влияние на последующее развитие науки и философии. С мыслителями милетской школы его связывала проблема субстанции мира, первоосновы бытия. Но в центре учения Гераклита другая важнейшая идея — идея безостановочной изменчивости вещей, их текучести. Гераклит учил, что все в мире изменчиво, «все течет». Ничто в мире не повторяется, все преходяще и одноразово. Нельзя понять субстанцию мира, природу Космоса не учитывая его постоянную текучесть, изменчивость, то, что он все время находится в состоянии становления. Становление — это постоянное изменение, преобразование, движение, ведущее к созданию новых форм (вне зависимости от того, какими эти новые формы являются — более сложными или более простыми, прогрессивными или регрессивными высшими или низшими и др.); такие новые формы являются лишь повторением того, что уже однажды, когда-то было.

Какое же вещество больше всего соответствует в качестве субстанции мира его постоянной подвижности, текучести, изменчивости, становлению? Гераклит видел такую первооснову в огне, который в то время представлялся самым подвижным и изменчивым веществом. (Тогда люди еще не понимали, что огонь — это не вещество, как вода, воздух, земля, а реакция окисления с выделением теплоты и света.) От представления о том, что субстанция может быть текущей, изменчивой, становящейся, остается один шаг до мировоззрения, согласно которому мир кажется порождением мысленной абстракции. Этот важный шаг был осуществлен пифагорейцами.

3.4. Мир как число

3.4.1. Пифагорейский союз

В конце VI в. до н.э. центр научной мысли Древней Греции перемещается с востока средиземноморского мира на его запад — на побережие Южной Италии и Сицилии, где греки основали свои колонии. В городе Кротоне сложилась, по-видимому, первая (из известных в истории человечества научно-философско-религиозно-политическая школа — Пифагорейский союз. Он просуществовал с конца VI в. до середины IV в. до н.э. и оказал громадное влияние на развитие древнегреческой культуры, науки, философии. При этом он активно вмешивался и в политическую жизнь италийских полисов. Основате­лем Пифагорейского союза был Пифагор, мыслитель, о котором сложено множество легенд и мало что известно достоверного. Пифагор — личность противоречивая, в его воззрениях тесно переплета­лись элементы мифологии, магии, религии, философии и науки.

Выходец из острова Самоса, Пифагор много лет учился в Египте и Вавилоне, возможно, даже в Индии. Известна легенда о встрече в Милете юного Пифагора с Фалесом незадолго до смерти последнего. Оказавшись в Кротоне, он основал научно-философское и религиозно-политическое сообщество единомышленников, получившее впоследствии название «Пифагорейский союз». Это была закрытая, тайная организация с определенным уставом, культивирующим размеренный, созерцательный образ жизни, который следовал из их пред­ставления о Космосе как упорядоченном, гармоничном, симметричном целом, постигнуть который дано не всем, а только избранным, т.е. тем, кто ведет особый образ жизни созерцателя, самоуглубляющегося, самосовершенствующегося мудреца.

Основное мировоззренческое положение (которое принадле­жит, очевидно, Пифагору) — «все есть число». Ранние пифагорейцы воспринимали число как божественное начало, сущность мира, а в исследованиях числовых отношений видели средство спасения души, некий религиозный ритуал, очищающий человека и сближаю­щий его с богами. Это философско-религиозное учение о том, что «мир есть число», ускоряло перевод математики из области практи­чески-прикладной, вычислительной в сферу теоретическую, в систе­му понятий, логически связанных между собой процедурой доказа­тельства. Мир целостен, гармоничен, в нем все взаимосвязано. В то же время «мир есть число», значит, все числа связаны между собой, а занятия математикой позволят эти связи установить, прояснить их логическими доказательствами. Кто изучит и поймет божественные числовые отношения, тот сам станет божественным (подобно Пифа­гору), а его душа перестанет переселяться в другие существа (реин­карнация) и возвысится до абсолютного блаженства. Так закладыва­лись философско-религиозные предпосылки математического и ес­тественно-научного познания.

3.4.2. Математические и естественно-научные достижения пифагореизма

При всей противоречивости пифагореизма (а может быть, благодаря ей) пифагорейская школа внесла величайший вклад в развитие кон­кретно-научного познания. Прежде всего это касается математики. Основные направления математических исследований раннего Пи­фагорейского союза:

· доказательства тех положений, которые были получены в еги­петской и вавилонской математике (включая и «теорему Пифа­гора»);

· разработка теории пропорций, музыкальной теории (важней­шие гармонические интервалы могут быть получены при помо­щи отношений чисел 1, 2, 3 и 4);

· разработка теории чисел.

В теории чисел пифагорейцами была проведена большая работа типологии натуральных чисел. Пифагорейцы делили их на классы. Выделялись класс совершенных чисел (число, равное сумме своих собственных делителей, например, 6=1+2+3), класс дружественных чисел (каждое из которых равно сумме делителей другого, например,220 и 284; ведь 1 + 2 + 4 + 5 + 10 + 20 + 11 + 22 + 44 + 55 + 110 = 284 и 1+2 + 4 + 71 + 142 = 220), класс фигурных (треугольное число, квадратное число и т.д.) чисел, простых и др.

В эту эпоху стали также известны формулы суммирования простейших арифметических прогрессий и результатов, в современном математическом языке выражающиеся формулой типа

к= 1

Рассматривались также вопросы делимости чисел. Введены арифметическая, геометрическая и гармоническая пропорции, а также различные средние: арифметическое, геометрическое, гармоническое.

Наряду с геометрическим доказательством теоремы Пифагора (найден способ отыскания неограниченного ряда троек «пифагоровых чисел», т.е. чисел, удовлетворяющих соотношению А22 = С2 . Было открыто много математических закономерностей теории музыки, совершенствовались приемы геометрического доказательства и т.д.

Важнейшим событием в истории пифагореизма (уже после смерти Пифагора) было открытие несоизмеримости диагонали и стороны квадрата, равной единице (современным математическим языком √2). Это открытие имело не только чисто научное, математическое, но и большое мировоззренческое значение. Философский смысл его состоял в крахе общей идеи гармоничности, цельности, стройности, пропорциональности, измеримости, организованности Космоса. Под сомнением оказалась сама идея о том, что «мир есть число». В пифагорейском союзе царила растерянность, назревал скандал. Известна легенда о том, что члены Союза пытались замалчивать это открытие, не предавать его гласности. Открытие несоизмеримости стало поворотным пунктом в истории математики и по своему значению может быть сопоставлено с открытием неевклидовой геометрии в XIX в.

Для решения проблемы несоизмеримости надо было иметь четкое представление о следующих вещах: является ли неограниченной продолжительность процесса нахождения общей меры; как выразить бесконечную малость последней; как выразить то, что она должна содержаться бесконечное число раз в сравниваемых величинах.

Теоретически были возможны два выхода. Первый связан с обоб­щением понятия числа и включением в него более широкого класса математических величин (как рациональных, так и иррациональ­ных). По этому пути математика пойдет много позже, в эпоху Возрож­дения.

Второй путь — геометризация математики, т.е. решение чисто алгебраических задач с использованием геометрических образов (геометрическая алгебра позволяет выражать как рациональные, так и иррациональные отрезки). Поскольку совокупность геометричес­ких величин (например, отрезков) более полна, чем множество раци­ональных чисел, постольку такое исчисление можно построить в геометрической форме. Так возникла геометрическая алгебра. На­пример, уравнение X2 = 2 не может быть решено ни в области целых чисел, ни даже в области отношений чисел. Но оно вполне разреши­мо в области прямолинейных отрезков: его решением является диагональ квадрата со стороной, равной единице. Следовательно, для того чтобы получить решение такого квадратного уравнения, из об­ласти чисел надлежит перейти в область геометрических величин. Геометрическая алгебра приложима не только к соизмеримым, но и к несоизмеримым отрезкам и тем не менее является точной наукой.

Первичные элементы геометрической алгебры — отрезки пря­мой. По отношению к ним определялись арифметические вычисли­тельные операции. Сложение интерпретировалось как приставле­ние отрезков, вычитание — как отбрасывание от отрезка части, равной вычитаемому отрезку. Умножение отрезков приводило к по­строению площадей (произведением отрезков А и В считался прямо­угольник со сторонами А и В ). Произведение трех отрезков давало параллелепипед. Произведение большого числа сомножителей в гео­метрической алгебре не могло рассматриваться. Деление было воз­можно лишь при условии, что размерность делимого больше размер­ности делителя и выступало как задача приложения площадей.

Методы геометрической алгебры имели принципиальные огра­ниченности: они позволяли определить только один, положитель­ный корень квадратного уравнения; средствами построения были циркуль и линейка; объектами построения были геометрические об­разы размерности не выше второй; уравнения степени выше третьей в геометрической алгебре древних просто невозможны.

Недостаточность геометрической алгебры как общей математи­ческой теории несоизмеримых величин проявилась при выделении класса задач, не поддающихся решению с помощью циркуля и линей­ки. Среди них наиболее известны задачи удвоения куба, трисекции угла и квадратуры круга. Попытки их разрешения привели в дальней­шем к появлению и усовершенствованию новых перспективных ма­тематических методов. Так, был разработан метод конических сече­ний, метод исчерпывания (как предпосылки метода пределов), разработаны основы общей теории отношений, приложимой как для соизмеримых, так и для несоизмеримых величин.

Значительны и астрономические идеи пифагорейцев. Есть сведения о том, что еще Пифагор высказал идею шарообразности Земли *. Пифагорейцы первыми в Древней Греции научились распознавать в небесном своде планеты, отличать их от звезд (в то время распознавали лишь пять планет). Им же принадлежит идея гармонии «небесных сфер». Представители пифагорейской школы сформулировали идею гелиоцентризма, которую впоследствии развивал Аристарх Самосский.

* См.: Дитмар А.Б . География в античное время. (Очерки развития физико-географических идей.) М., 1980. Гл. 3.

Всемирно-историческая заслуга пифагореизма — в осмыслении и утверждении категории количества. Мир не является многообразием качественно различных предметов, вещей, за таким качественным многообразием лежит количественное единство вещей. Каждая вещь и ее свойства имеют определенную меру, степень роста, изменчивости, насыщенности своих качеств. Мера изменчивости определенного качества и есть его количество. Каждая определенная вещь есть некоторое единство качества и количества. Нельзя постичь вещь в ее сущности и в ее целостности без выявления количественных характеристик вещи, а они постигаются математикой.

Пифагорейцы заложили основы такого представления о мире и его познании, в соответствии с которым математические знания (о числах и их отношениях) являются важнейшим условием, ключом к познанию природы. Начиная с Пифагора в истории культуры развивается установка на широкое развитие математических исследований. Обратим внимание еще на одну особенность пифагореизма. По сути, из ложной посылки, что основа мира есть число, вытекает очень разумный и плодотворный вывод: математика есть средство познания устройства мира. И это далеко не единственный пример того, когда из ложных общих идейных философских посылок следуют плодотворные и истинные научные программы.

3.5. Формирование первых естественно-научных программ

3.5.1. Великое открытие элеатов

Особое место в истории античной культуры занимает элейская школа. Представителям ее принадлежит великое открытие — наличие противоречия между двумя картинами мира в сознании человека; одна из них — это та, которая получена посредством органов чувств, через наблюдение; другая — та, которая получена с помощью разума, логики, рационального мышления.

Основоположником элейской школы (г. Элея на юге Италии) был Ксенофан — один из первых рационалистических критиков мифоло­гического мировоззрения. Но слава Элеи, ранее совсем неприметно­го города на юге Италии, связана с именами Парменида и Зенона -великих представителей этой философской школы.

Парменид и его последователи убедительно показали, что резуль­татом человеческого познания является не одна, а две различные кар­тины мира — чувства дают одну картину мира, а разум — другую, при­чем эти картины мира могут быть принципиально противоположны. Легендарные апории Зенона, собственно говоря, и посвящены обо­снованию и доказательству существования этих двух различных кар­тин мира *. Установление качественного различия между отражением мира разумом и чувствами (мышлением и ощущением, логическим и чувственно-образным) было величайшим научно-философским от­крытием. Оно со всей силой и значимостью поставило вопрос о том, как возможно научное познание мира и возможно ли оно вообще. В ту эпоху сама возможность научного познания мира отнюдь не была самоочевидной. Немало мыслителей сомневалось в возможности ес­тественно-научного (и философского) познания мира. Идея познава­емости мира буквально выстрадана человечеством.

* См., например: Комарова В.Я. Учение Зенона Элейского. Л., 1988.

Сами элеаты считали, что из двух картин мира подлинная та, которая постигается разумом. На этой основе они ввели качественно новое представление о первооснове мира, о его субстанции. Если у представителей милетской школы первооснова мира носит характер физического процесса, некоторой стихии (вода, воздух и др.), у пи­фагорейцев — абстрактно-математический характер (число), то у элеатов она является абстрактно-философской — бытие как таковое.

Элеатовское бытие — это специфический теоретический объект, предмет философского и никакого другого познания. По мнению элеатов, такой объект (бытие) никогда не возникал, не подвержен гибели, един-единствен, неподвижен, закончен и совершенен. А самое главное, что бытие постигается только разумом и ни в коем случае не чувствами. В своей философской поэме «О природе» Пар­менид говорит:

Ибо мыслить — то же, что быть...

Можно лишь то говорить и мыслить, что есть; бытие ведь

Есть, а ничто не есть: прошу тебя это обдумать * .

* Фрагменты ранних греческих философов. Ч. 1. От эпических теокосмогоний до возникновения атомистики. М., 1989. С. 296.

Пo Пармениду, есть два пути познания — «путь истины» и «путь мнения». Путь истины — это познание разумом единого бытия, выде­ление его из бесконечного качественного многообразия вещей, которое есть небытие. Путь истины — это путь отделения бытия от небытия. Путь мнения — это познание на уровне чувств, образов, которое не дает знания бытия, а только движется на уровне поверхностных свойств вещей, на уровне явления, небытия. Путь мнения — это путь нефилософского, обманчивого познания.

Софисты, Демокрит и Платон делают разные выводы из учения элеатов и по-разному решают поставленную элеатами проблему. Софисты (например, Горгий) используют качественное различие двух картин мира, двух путей познания для обоснования субъективного и прагматического характера познания, вплоть до скептицизма. (Известный парадокс Горгия: «Ничего не существует; если бы и существовало, то было бы непознаваемо; если бы и было познаваемо, то не было бы передаваемо другому».) Кто же такие софисты?

В середине V в. до н.э. в условиях развивавшейся рабовладельческой демократии появилась потребность в изменении системы образования: вместо гимнастики и музыки на первый план выдвигаются необходимые в судах и народных собраниях риторика, логика, философия. Появились первые платные учителя философии, риторики, логики — софисты. Разъезжая по городам, они за плату учили красноречию — умению говорить, убеждать, побеждать в спорах, выигрывать тяжбы в суде. Обычно это яркие, активные, бойкие и часто, по-видимому, нагловатые, с оттенком нигилизма, но талантливые люди, смело разрывавшие со старыми традициями жизни и мысли.

Среди своих современников софисты пользовались далеко не самой лучшей репутацией. Нередко в них видели утонченных шарлатанов или дилетантов. Для этого имелись свои основания: в софистике был силен прагматический момент. Софисты учили побеждать в споре не только во имя истины, но и часто вопреки ей. Так, например, софист Горгий заявлял, что может любую вещь и восхвалять, и ниспровергать независимо от ее объективных качеств (используя двусмысленность и многосмысленность (полисемантизм) словесных выражений, неправильности логических связей мысли и т.д.). Поэтому под софистикой понимают умение использовать полемику, силу слова, логики для доказательства всего чего угодно, умения предста­вить истину ложью, а ложь — истиной, белое — черным, а черное — белым. Именно в софистике — корни того направления в истории философии, которое связано со скептицизмом и агностицизмом, с неверием в возможности познания человеком мира, отрицанием возможности и необходимости науки.

Демокрит и Платон занимали иную позицию в вопросе о познава­емости мира. Они верили в познание мира, в возможность и необхо­димость естествознания, хотя по-разному понимали объекты и пути познания. Демокрит и Платон — основатели двух исторически пер­вых естественно-научных программ познания природы.

3.5.2. Атомистическая программа

Одной из вершин античной культуры являлось атомистическое уче­ние Демокрита, основоположника античного материализма. Жизнь Демокрита — образец глубокой преданности науке, познанию мира. Занятия наукой, философией он ставил превыше всего; истина для него — высшая ценность. Демокрит заявлял, что одно причинное объяснение он предпочитает обладанию (самым могущественным в то время) персидским престолом. Он много путешествовал по Восто­ку, был в Египте, Вавилонии, Индии и Эфиопии, усвоил научные и философские достижения древневосточных культур.

Демокрит поставил перед собой задачу создать такое учение, ко­торое смогло бы преодолеть противоречия, зафиксированные элеатами. Иначе говоря, такое учение, которое обеспечивало соответст­вие картины мира, открывающейся человеческим чувствам, картине мира, конструируемой деятельностью мышления, дискурсивно, логи­кой. На этом пути он осуществил переход от континуального к дис­кретному видению мира. Демокрит исходил из безоговорочного при­знания истинного бытия существующим и существующим как многое. Он убедительно показал, что мыслить бытие как многое, мыслить движение можно, если ввести понятие о неделимости элементарных оснований этого бытия — атомов. Бытие в собственном смысле этого слова — это атомы, которые движутся в пустоте (небытии).

В противоположность элеатам Демокрит учил, что реально суще­ствует не только бытие, но и небытие. Бытие — это атомы, небытие — пустота, пустое пространство. Пустота неподвижна и беспредельна; она не оказывает никакого влияния на находящиеся в ней тела, на бытие. Идея пустоты привела Демокрита к идее бесконечного про­странства, где во всех направлениях беспорядочно носятся, переме­щаются атомы (как пылинки в солнечном луче). Представление о пустоте — это достаточно сильная абстракция, требующая высокого уровня теоретического мышления. От понятия пустоты остается только один шаг до понятия инерции, но древние греки этого шага не сделали.

Атом — неделимая, совершенно плотная, непроницаемая, невос­принимаемая чувствами (вследствие своей, как правило, малой величины), самостоятельная частица вещества, атом неделим, вечен, неизменен. Атомы никогда не возникают и никогда не погибают. Они бывают самой разнообразной формы — шарообразные, угловатые, крючкообразные, вогнутые, выпуклые и т.п. Атомы различны по размерам. Они невидимы, их можно только мыслить. В процессе движения в пустоте атомы сталкиваются друг с другом и сцепливаются. Сцепление большого количества атомов составляет вещи. Возникновение и уничтожение вещей объясняются сложением и разделением атомов; изменение вещей — изменением порядка и положения (поворота) атомов. И если атомы вечны и неизменны, то вещи преходящи и изменчивы. Таким образом, атомизм соединил в одной картине рациональные моменты двух противоположных учений — учений Гераклита и Парменида: мир вещей текуч, изменчив, а мир атомов, из которых состоят вещи, неизменен, вечен.

По Демокриту, мир в целом — это беспредельная пустота, начиная многими отдельными мирами. Отдельные миры образова­ть в результате того, что множество атомов, сталкиваясь друг с другом, образуют вихри — кругообразные движения атомов. В вихрях иные и тяжелые атомы скапливаются в центре, а более легкие и малые вытесняются к периферии. Так возникли земля и небо. Небо образует огонь, воздух, светила. Земля — центр нашего мира, на краю которого находятся звезды. Каждый мир замкнут. Число миров бесконечно. Многие из них могут быть населенными. Демокрит впервые описал Млечный Путь как огромное скопление звезд. Миры преходящи: одни из них только возникают, другие находятся в расцвете, а третьи уже гибнут.

Исторической заслугой античного атомизма являлось также фор­мирование и разработка принципа детерминизма (причинности). В соответствии с этим принципом любые события влекут за собой определенные следствия и в то же время представляют собой следствие из некоторых других событий, совершавшихся ранее. Демокрит понимал принцип детерминизма механистически, отождествляя причинность и необходимость. Все, что происходит в мире, не только причинно обусловлено, но и необходимо, неизбежно. Он отвергал обьективное существование случайности, говоря, что человек называет событие случайным, когда не знает (или не хочет узнать) причины события. Мир атомистов — мир сплошной необходимости, в котором нет объективных случайностей.

Концепция атомизма — одна из самых эвристичных, одна из самых плодотворных и перспективных научно-исследовательских программ в истории науки. Она сыграла выдающуюся роль в развитии представлений о структуре материи, в ориентации движения естественно-научной мысли на познание все более глубоких структурных уровней организации материи. И сейчас, спустя 2500 лет после ее возникновения, программа атомизма (применяемая уже не к ато­мам, а к элементарным частицам, из которых они состоят) является одним из краеугольных оснований естествознания, современной физической картины мира.

3.5.3. Математическая программа

Если Демокрит решает сформулированное элеатами противоречие в духе первичности и единственности чувственной реальности, то Платон считает логически допустимым другой путь. Противоречие между знаниями, полученными органами чувств, и знаниями, полу­ченными логикой, мышлением, Платон объясняет не трудностями процесса познания (как софисты) и не структурой чувственного ма­териального мира (как Демокрит), а возможным Наличием двух ре­альностей, двух миров.

Первый мир — это мир множества единичных, изменяющихся, подвижных, отражаемых чувствами человека вещей; это — материальный мир. Второй мир — это мир вечных, общих и неизменных сущностей; мир общих идей, понятий; он постигается не чувствами, а разумом. Что же представляют собой платоновские «идеи»? «Идея» имеет своим корнем слово «видеть», «вид». Идея — это то, что видно разумом в вещи. Для Платона идея вещи не является отражением вещи, а наоборот: идея вещи хотя и существует в отрыве от самой вещи, но тем не менее сама является некоторым принципом офор­мления вещей, принципом их конструирования.

Идея — это некоторое конструктивное начало вещи, ее прообраз, парадигма, порождающая модель, принцип конструирования вещи. Идея — это старые мифологические боги, переведенные на абстрактно-всеобщий, философско-категориальный язык. Вместе с тем идея — это и некоторое общее понятие, некоторое обобщение. Но это такое обобщение, которое характеризуется почти математической пре­дельностью, это такой предел абстрагирования, идеализации вещи, за которым вещь уже теряет свои существенные признаки. Объектив­ный идеализм Платона состоит не столько в том, что идеи являются обобщением вещей, существующим вне этих вещей, а в том, что идеи — это активный, конструктивный, порождающий базис самих вещей, такое исходное начало, без которого сама вещь существовать не может.

Мир идей (или идеальный мир) — это реальность, которая сущест­вует, хотя и далеко от земного мира, но не на бесконечном расстоя­нии от него. Никто из богов или героев не пребывал в этом мире. Мир идей, идеальный мир первичен по отношению к миру чувственных идей, материальному миру. Материальный мир произведен от иде­йного. Материальный мир — это сфера, в которой уже происходит затухание конструктивной активности идей, ее уменьшение, сокращение, затемнение и проч. То, что в мире идей характеризуется идеальной формой, в материальном мире характеризуется напластованием случайных, индивидуальных, неповторимых свойств конкретных чувственных вещей. И чем дальше от земли и ближе к миру идей, тем стабильнее, устойчивее, неподвижнее организован мир. Так, далекие звезды отличаются стабильностью, неизменностью, не­подвижностью. На уровне планетных сфер уже появляется неустойчивость, подвижность, нестабильность. А в самом мире земных вещей конструктивное идеальное начало ослабевает в такой мере, что вещи повсеместно становятся изменчивыми, движущимися, индивидуализированными, разнообразными и неповторимыми и т.п. Значительную роль в своей теории идей Платон отводит математике. У Платона все бытие пронизано числами, числа — это путь к постижению идей, сущности мира. О значении, которое он придавал математике, свидетельствует надпись над входом в платоновскую академию: «Несведущим в геометрии вход воспрещен». Эта высокая оценка математики определялась философскими взглядами Платона. Он считал, что только занятия математикой являются реальным средством познания вечных, идеальных, абсолютных истин. Платон отвергал значения эмпирического знания о мире земных вещей, считал, что это знание не может быть основой науки, так как приблизительно, неточно и лишь вероятно. Только познание мира идей, прежде всего с помощью математики, является единственной формой научного, достоверного познания. Математическими образами и аналогиями пронизана вся философия Платона.

Вслед за пифагорейцами Платон закладывал основы программы математизации познания природы. Но если пифагорейцы рассматривали Космос как некоторую однородную гармоническую сферу, то Платон впервые вводит представление о неоднородности бытия, Космоса. Он разделяет Космос на две качественно различные области: божественную (вечное, неизменное бытие, небо) и земную (преходящие, изменчивые вещи). Из представления о божественности Космоса Платон делает вывод, что небесные светила могут двигаться только равномерно, по идеальным окружностям и в одном и том же направлении.

3.6. Физика и космология Аристотеля

Один из важнейших итогов развития древнегреческой культуры — разработка первой естественно-научной картины мира. Она сложи­лась в результате синтеза следующих отраслей познания: философии (прежде всего, аристотелизма); математики; астрономии (космоло­гии); учения о движении (механика). Ядром первой естественно-на­учной картины мира стало учение Аристотеля. Можно сказать, что естествознание — это родная стихия аристотелевской мысли. Арис­тотель — это первый великий натуралист, который вместе со своими учениками поставил научно-исследовательскую работу в области ес­тествознания на небывалую до него высоту.

3.6.1. Учение Аристотеля о материи и форме

Аристотель — величайший древнегреческий философ, мыслитель, ученый; учитель и наставник Александра Македонского. Аристоте­левское учение явилось грандиозным универсальным синтезом всех достижений древнегреческой полисной культуры и одновременно духовной платформой культуры эллинизма.

Аристотель родился в Стагире, жил в Афинах, в течение 20 лет учился в Академии Платона, был его лучшим учеником, часто не соглашавшимся со своим учителем («Платон мне друг, но истина дороже»). Впоследствии открыл в Афинах свою философскую школу — Ликей.

Аристотель строил свое учение, отталкиваясь от критики теории идей Платона. Главное возражение Аристотеля направлено против платоновского отрыва идеи вещи от самой вещи. Аристотель пишет: «Ведь» покажется, пожалуй, невозможным, чтобы врозь находились сущность и то, чего есть сущность... как могут идеи, будучи сущностя­ми вещей, существовать отдельно (от них)?» * Аристотель категори­чески не согласен с представлением с самостоятельном существова­нии мира идей, о его независимости, отделенности от чувственного мира. Идеи и чувственные вещи не могут существовать отдельно, в разных мирах. Мир един, он не распадается на два мира — чувствен­ный и идеальный. Идея существует не где-то в далеких космических далях, а в самих чувственных вещах. Отсюда — и иная оценка приро­ды и возможностей ее познания.

* Аристотель. Метафизика // Соч.: В 4 т. М., 1976. Т. I. С. 88.

В отличие от Платона Аристотель считает, что мир изменчивых, индивидуализированных природных вещей (так же, как и мир идей) может быть предметом достоверного познания, науки. Все достойно быть предметом познания: и движение светил, и строение тела всех живых и растительных существ (от червя до человека), и устройство полиса, и свойства высшего перводвигателя и др. Основу естественно-научных воззрений Аристотеля составляет его учение о материи и форме.

Миp состоит из вещей, каждая отдельная вещь является соединение материи и формы. Материя сама по себе — бесформенное, хаотическое, пассивное начало: это материал, т.е. то, из чего возникает ее субстрат. Чтобы стать вещью, материя должна принять форму, некое идеальное, конструирующее, моделирующее начало, которое придает вещам определенность и конкретность. Как материя,так и форма вечны. По Аристотелю, каждая вещь — соединение материи и формы. При этом материя данной вещи является в свою очередь формой для материи тех элементов, из которых эта вещь состоит. Переходя таким образом в глубь вещества, к все более простым телам (например, от здания к кирпичам, от глины к элементам, из которых она состоит, и т.д.), приходят к абстрактной «первоматерии».

Первоматерия лишена всякой формы, всяких свойств и качеств. Это субстанция, не имеющая определенности. Соединяясь с просте­шийми формами, она образует первые элементы, из которых состоят все вещи. Простейшие формы — теплое, холодное, сухое и влажное. Соединяясь с первоматерией, они образуют четыре первоэлемента: огонь, воздух, вода и земля.

Первоэлементы в мире расположены в определенном порядке, который задает структуру Космоса.

3.6.2. Космология Аристотеля

Каждый первоэлемент имеет свое место. В центре мира находится элемент земли, который образует нашу планету. Земля является цент­ром Вселенной, она неподвижна и имеет сферическую форму. Принцип центрального и неподвижного положения Земли во Вселенной является краеугольным в аристотелизме и намного столетий опреде­лил господство геоцентрической системы в астрономии. Вокруг Земли распределена вода, затем воздух, затем огонь. Огонь простира­ется до орбиты Луны — первого небесного тела. Выше Луны — надлун­ный, божественный мир, который принципиально отличен от мира подлунного, действует по иным закономерностям. В этом мире все тела состоят из эфира. Эфир неизменен, он не превращается в осталь­ные элементы.

В божественном, надлунном небе существует лишь один вид дви­жения — равномерное непрерывное круговое движение небесных тел. Небесные тела вращаются вокруг Земли по круговым орбитам, они прикреплены к материальным, сделанным из эфира, вращаю­щимся сферам. Существуют сферы Луны, Меркурия, Венеры, Со­лнца, Марса, Юпитера, Сатурна и сфера неподвижных звезд. За пос­ледней находится перводвигатель — Бог, который и придает движе­ние сферам. Космос — конечен и вечен; он никогда не родился и никогда не погибнет, никогда не возникал и принципиально неуничтожим.

Важную роль в космологии Аристотеля играл принцип отсутствия пустоты в природе. («Природа не терпит пустоты».) Введение такого представления означало, что Аристотель строит континуальную кар­тину мира, принципиально противоположную атомистической, дис­кретной.

Картина мира Аристотеля кардинально отличается от современ­ной естественно-научной картины мира. Аристотелевский Космос иерархически организован, состоит из многих субординированных уровней, слоев. Каждый слой обладает своими специфическими зако­номерностями, и в каждой точке мира, в каждом направлении про­странства действуют свои законы. Современная физика строится на принципиально иной основе — на идее однородности и изотропнос­ти пространства и времени (это значит, что в любой точке и в любом направлении пространства (и времени) законы природы проявляют себя одинаковым образом). Переход от аристотелевского неоднород­ного и анизотропного представления о Вселенной к однородной и изотропной картине мира в XVII в. было важнейшей предпосылкой формирования уже второй научной картины мира.

3.6.3. Основные представления аристотелевской механики

Историческая заслуга Аристотеля перед естествознанием состоит и том, что он стал основателем системы знаний о природе — физики. Центральное понятие аристотелевской физики — понятие движения. Аристотель разработал первую историческую форму учения о движении — механику. Все механические движения он разбивает на две большие группы: движение небесных тел в надлунном мире; движение тел в подлунном, земном мире.

Движение небесных тел — наиболее совершенное движение. Оно представляет собой вращательное равномерное круговое движение, или движение, сложенное из таких простых круговых равномерных движений. Совершенство кругового движения в том, что у него нет ни начала, ни конца; оно вечно и неизменно, не имеет материальной величины.

В отличие от небесных земные движения несовершенны; здесь все подвержено изменению, все имеет начало и конец. Движения земных тел в свою очередь можно разделить на две категории: насильственные и естественные. Естественное движение — это движение тела к своему месту, например, тяжелого тела вниз, а легкого — вверх. Тела, состоящие из элементов земли, стремятся вниз, а тела, образованные из воздуха или огня, — вверх. Естественное движение происходит само собой, оно не требует приложения силы.

Все остальные движения на Земле — насильственные и требуют применения силы. Закона инерции Аристотель не знал. Он предполагал, что любые насильственные движения, даже равномерные и прямолинейные, происходят под действием силы. Основной принцип динамики Аристотеля: «Все, что находится в движении, движется благодаря воздействию другого». При этом он полагал, что скорость пропорциональна действующей силе. В современной формулировке закон движения Аристотеля выглядит следующим образом:

F·t ≈ m· L,

гдеF — сила, действующая на тело, t — время движения, m — масса (вес),L — пройденный путь *.

* Интересно, что аристотелевская физика поддается переформулировке в вариационной форме, когда сила выражается через потенциал. А такое выражение оказывается весьма разумным приближением к уравнению Ньютона, записанному для движения материальной точки в вязкой среде, когда масса точки стремится к нулю.

Механика Аристотеля содержала в себе глубокое противоречие — ведь есть немало видов движений, которые осуществляются без видимого приложения силы. Что вызывает эти движения? Поиски ответа на этот вопрос растянулись на столетия.

3.7. Естествознание эллинистически-римского периода

3.7.1. Культура эллинизма

В Вавилоне 10 июня 323 г. до н.э. от ран и болезней скончался Александр Македонский, который создал за двенадцать с половиной лет царствования и непрерывных завоевательных походов грандиозную монархию, протянувшуюся от Македонии до Индии и от Амударьи до нубийских пустынь. Эта дата может быть условно названа началом эпохи эллинизма — качественно своеобразного периода в истории культуры, который (с учетом римского периода) охватывает почти тысячу лет — вплоть до падения Западной Римской империи (от IV в. до н.э. до V в. н.э.). Эпоха эллинизма характеризуется значи­тельным расширением территорий, занятых греками, их экспансией на Восток. Это была как бы новая историческая волна греческой колонизации.

Следствием такой колонизации явилось создание качественно новой культуры, синтезировавшей достижения греческой культуры с восточными духовно-культурными традициями. Римская империя, пришедшая на смену эллинистическим монархиям, сложившимся на развалинах эфемерной монархии Александра Македонского, впита­ла в себя эллинистическую культуру, модифицировала и переработа­ла ее. Это позволяет выделять эллинистически-римскую культуру как некоторую качественно своеобразную историческую целостность. Длительная, насыщенная многими бурными историческими собы­тиями эпоха эллинизма была периодом не только синтеза греческой и восточной культур, но и периодом наиболее плодотворного разви­тия конкретных наук, прежде всего математики и астрономии. В эпоху эллинизма окончательно сложилась и первая научная картина мира.

Новый эллинистический тип культуры сформировался как резуль­тат экспансии на Восток материальной культуры, достигнутой гре­ческими полисами. Колонисты переносили в новые условия, новые страны, новым народам и греческий образ жизни. Греческая культу­ра — это прежде всего городская культура. И Александр Македонский (одержимый идеей единства народов, целостности человечества, от­рицавший различие между греками и варварами), и его последовате­ли (диадохи и эпигоны) вели на завоеванных территориях интенсив­ное градостроительство. Новые города строились по греческим ка­нонам. В центре города располагалась центральная площадь, окру­женная общественными зданиями и храмами. От этой площади отходили широкие прямые улицы. В каждом городе существовали стадион, театр, гимнасии и др. Города заселялись в основном греками (ветеранами войн, греческими переселенцами) и были опорой власти. Обычно города закладывались на реках или торговых путях, что создавало предпосылки для их постепенного превращения в крупные торговые и экономические центры.

Одним из наиболее известных таких городов была (заложенная Александром Македонским в дельте Нила, на месте рыбацкой деревушки) Александрия, ставшая впоследствии не только самым круп­ным оживленным торговым, ремесленным, политическим, но и культурным, главным научным центром Востока. Александрия воплощала идеалы космополитизма, единства народов, о котором мечтал Александр Македонский. Есть данные, что к концу I в. до н.э. в Александрии проживало около миллиона жителей — представителей самых разных народностей — греков, египтян, сирийцев, италийцев и др. Гордостью Александрии была знаменитая библиотека, основанная в середине III в. до н.э.; она насчитывала свыше 700 тыс. папирусных свитков, в которых были собраны все основные сочинения античной науки. Александрийская библиотека являлась частью Музея (храма муз), в котором размещались астрономическая обсерватория, зоологический и ботанический сад, помещения для жизни и работы ученых, приезжавших сюда из разных стран.

Греческая экспансия повсеместно вела к вытеснению натурального хозяйства товарно-денежными отношениями, масштабному развитию международной торговой и даже финансовой деятельности. Усложнялась организационная, управленческая деятельность, усилива­ть роль личностного начала во всех формах деятельности. Во многих странах пользовался широким признанием и уважением слой культурной интеллигенции — людей, профессионально и творчески занимающихся умственным, организационным трудом.

Значительно изменился духовный мир человека; ускорился процесc его дифференциации. На смену строгому (телесно-вещному, непсихологизированному) индивидуализму полисной эпохи пришла гихологизированная (интимно-личностная, полная эмоциональной окраски, повседневной теплоты, переживания и сердечности) индивидуальность эпохи эллинизма. Индивид, освобожденный от связи с полисными традициями, от диктата полисных и общинных императивов, получил возможность углубиться в свою собственную личность, сделать мир своих мыслей и чувств важнейшим предметом духовного освоения, научно-философского познания. Наряду с новеллами и романами, насыщенными трагическими мотивами, а часто и накалом еврипидовских страстей героев, существовала утонченная любовная поэзия, буколики Феокрита, комедии Менандра. Создава­ть грандиозные архитектурные сооружения, реалистические и совершенные живописные полотна.

В этих условиях вопросы объективного устройства мира, законов природы в значительной мере передаются от философии к конкрет­ным наукам. Постепенно складывается первая естественно-научная картина мира.

3.7.2. Александрийская математическая школа

В древнегреческой культуре обстоятельное развитие получила преж­де всего математика. Уже в V—IV вв. до н.э. в древнегреческой мате­матике были разработаны геометрическая алгебра, теория делимос­ти целых чисел и теория пропорций (Архит), метод «исчерпывания» Евдокса (как прообраз теории пределов), теория отношений Евдокса и др. Качественно новый этап в развитии математики связан с дея­тельностью александрийской математической школы. У ее истоков стоял великий математик древности, педагог и систематизатор мате­матической науки Евклид. О личности Евклида нам известно очень мало. Жил он в последней четверти IV— первой четверти III в. до н.э. Учился в Афинах, затем переехал в Александрию.

В своем основном труде «Начала», состоявшем из 13 книг, Евклид изложил все достижения древнегреческой математики в системати­зированной аксиоматической форме. (Изучение геометрии в сред­ней школе вплоть до самого последнего времени строилось на основе «Начал».) В первых четырех книгах «Начал» излагалась геометрия на плоскости; в пятой и шестой книгах — теория отношений Евдокса; в седьмой, восьмой и девятой книгах — теория целых и рациональных чисел, в основе своей разработанная еще пифагорейцами; в десятой книге — свойства квадратичных иррациональностей; в одиннадцатой книге — основы стереометрии; в двенадцатой книге — метод исчерпы­вания Евдокса, в частности доказываются теоремы, относящиеся к площади круга и объему шара и др.; в заключительной, тринадцатой книге рассматривались свойства пяти правильных многогранников, в которых Платон видел идеальные геометрические образы, выра­жающие основные структурные отношения Космоса. Изложение ма­тематических знаний носило дедуктивный характер, теории выводи­лись из небольшого числа аксиом.

Универсальной ученостью отличался Эратосфен, у которого есть работы не только по математике, но и по астрономии, географии, истории, философии и филологии. Особенно известны его работы по определению размеров земного шара, по географии. В математике Эратосфен известен своими исследованиями целочисленных про­порций, открытием «решетки Эратосфена» (способ выделения простых чисел из любого конечного числа нечетных чисел, начиная с трех.

В Александрии начинал свой творческий путь и Архимед. Именно здесь он сложился как математик. Возвратившись в Сиракузы, Архимед продолжал поддерживать тесные отношения с александрийскими математиками (до нас дошла его переписка с ними). Среди математических работ Архимеда, импульс для которых он получил во время своего пребывания в Александрии, особенно важными являются работы, связанные с развитием метода «исчерпывания» Евдокса и подходом к понятию определенного интеграла.

В александрийской школе творил Никомед, известный открытием алгебраической кривой конхоиды (в полярных координатах эта кривая имеет вид ρ = А + В/ cos φ ), которую он применял для решения задач удвоения куба и трисекции угла.

Величайшим математиком древности был Аполлоний Пергский. В своем основном сочинении «Конические сечения» он дал теорию конических сечений в такой исчерпывающей форме, что никто из последующих математиков (вплоть до Нового времени) к ней добавить ничего не смог. Аполлоний Пергский непосредственно подошел к основам аналитической и даже проективной геометрии. Им была разработана законченная теория кривых второго порядка, в том числе эллипса. Кроме того, Аполлоний предложил метод описания равномерных периодических движений как результат сложения более простых — равномерных круговых движений. Это стало важнейшей предпосылкой создания геоцентрической системы К. Птолемеем.

3.7.3. Развитие теоретической и прикладной механики

Теоретическая механика. Из трех составных частей механики (ста­тика, кинематика, динамика) в древнегреческий период наиболее обстоятельно была разработана статика (и гидростатика). Основопологающую роль в возникновении статики и гидростатики сыграл Архимед. Несмотря на то что появление работ по статике было вызвано техническими потребностями, сочинения Архимеда лишены видимой связи с практикой. По своему характеру они абстрактны и очень похожи на «Начала» Евклида. Прежде всего Архимеду принадлежит установление понятия центра тяжести тел. Кроме того, он теоретически доказал закон простого рычага (на основе ряда постулатов). В гидростатике Архимед открыл закон, носящий его имя, и теоретически его доказал.

Развитие кинематики было существенно ограничено тем, что принцип относительности движения не получает должного обобще­ния, хотя и начинает осознаваться отдельными учеными. Аристоте­левское учение о движении с его идеей неподвижности Земли пере­черкнуло идею относительности. Однако некоторые философы и ученые иногда возвращались к принципу относительности и пыта­лись использовать его для объяснения кинематики движений. Даже Птолемей считал возможным на основе этого принципа пользовать­ся гипотезой о движении Земли для простоты астрономических рас­четов.

Главная проблема динамики состояла в объяснении основного закона механики Аристотеля. Согласно этому закону, скорость дви­жения тела пропорциональна приложенной к нему силе. Но отсюда следовало, что при прекращении действия силы на тело оно сейчас же должно остановиться. Однако во многих случаях ничего подобно­го не происходило (например, камень, брошенный из пращи, летит довольно далеко, хотя никакая видимая сила на него не действует). Для объяснения этих явлений в VI в. возникла «теория импетуса». Ее родоначальник, греческий философ и ученый Филопон полагал, что движущемуся телу движущее тело сообщает некую «движущую силу», которая и продолжает некоторое время двигать это тело, пока вся не израсходуется. Эта идея позднее, в XV—XVI вв. сыграла важную роль в становлении классической механики.

Прикладная механика . Наряду с теоретической механикой полу­чила развитие и прикладная механика — создание разного рода меха­низмов и машин. Следующие факторы определили развитие приклад­ной механики:

производственная деятельность (прежде всего ремесленная) и строительство (создание сложных блоков, лебедок, зубчатой переда­чи и т.д.);

военное дело — создание метательной артиллерии и новых типов военных судов;

театральная техника, одним из элементов которой были подъем­ные сценические устройства.

Целый ряд античных авторов (Полибий, Плутарх и др.) подробно рассказывают о машинах Архимеда, которые помогали отразить штурм Сиракуз римлянами. Мощные катапульты издалека швыряли тяжелые каменные глыбы на римские легионы, легкие катапульты близкого действия (так называемые скорпионы) метали из бойниц град ядер; морские береговые краны обрушивали на римские корабли целые скалы или тяжелые свинцовые глыбы, поднимали кранами нос корабля и затем сразу роняли судно вниз в море, так что оно опроки­дывалось или заливалось водой. Римские солдаты были смертельно напуганы. Плутарх так описывает их состояние: «Как только они замечали, что из-за крепостной стены показывается веревка или бревно, то обращались в бегство с криком, что вот Архимед еще придумал новую машину на их погибель». Кроме военных машин Архимеду приписывается изобретение архимедова винта, применяв­шегося для поливки полей.

В III в. до н.э. возникла такая специфичная отрасль механики, как пневматика (использование давления воздуха для создания разного рода механических устройств). Основателем этой отрасли считают Ктесибия, жившего и работавшего в Александрии. Он был изобрета­телем двухцилиндрового водяного насоса, снабженного всасываемыми наполнительными клапанами; водяного органа, управление которого осуществлялось с помощью сжатого воздуха; водяных часов; военных метательных машин, использовавших силу сжатого воздуха и т.п.

Известным изобретателем механизмов был Герон Александрийский, который знаменит прежде всего как изобретатель сифонов и автоматов: он проводил опыты с нагретым воздухом и паром. Используя реактивное действие струи пара, Герон построил некий прообраз реактивного двигателя. Но массового применения изобретения Геронa не нашли, они остались в истории как замечательные и искуссные игрушки *.

* О науке эпохи эллинизма см.: Рожанскии И.Д. История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи. М., 1988.

3.8. Развитие древнегреческой астрономии

3. 8.1. Становление математической астрономии

Предпосылки теоретизации астрономии. Требование «спасения явлений». Развитие древнегреческой астрономии шло по пути, во-первых, накопления эмпирических наблюдательных данных и, во-вторых, разработки теоретических моделей структуры, организации Космоса. Первые древнегреческие натурфилософы VI—V вв. до н.э. имели весьма слабые, приблизительные представления об организа­ции Вселенной, оперировали недостаточными наблюдательными данными, и потому их модели Космоса носили умозрительный, спекулятивный характер. Только в V в. до н.э. пифагорейцами было осознано различие между звездами и планетами и установлено суще­ствование пяти планет. Пифагорейцу Филолаю принадлежит и одна из первых и широко известных в древности моделей Вселенной. По Филолаю, в центре Вселенной находится огонь — Гестия, вокруг ко­торого вращается сферическая Земля. Центральный огонь невидим для нас потому, что между Землей и Гестией расположена Антиземля (Антихтон) — темное тело, подобное Земле. Солнце — шар, прозрачный, как стекло, получает свой свет и тепло от Гестии. Все остальные планеты вращаются вокруг Гестии.

В V в. до н.э. началось интенсивное развитие наблюдательной астрономии. Было обнаружено неравенство четырех времен года; измерен наклон эклиптики (круг, вдоль которого движутся Солнце, Луна и планеты) к небесному экватору (около ≈ 24°); создан лунно-со­лнечный календарь; установлено, что планеты движутся по небу по необычайно сложным траекториям, которые включают в себя нере­гулярные колебательные движения, попятное петлеобразное движе­ние и др. Одновременно в недрах математики и философии созрева­ли теоретические предпосылки моделирования астрономических яв­лений, создания математических моделей Вселенной.

Задача математизации астрономии, создания математической теории движений небесных тел была в четкой форме поставлена Платоном и серьезно решалась в платоновской Академии. Здесь же были сформулированы философские основания математизации аст­рономии. Наиболее концентрированное выражение они нашли в требовании «спасения явлений». Суть его в следующем. Планеты («блуждающие светила») движутся по чрезвычайно сложным траек­ториям, которые включают в себя колебательные движения, попят­ное петлеобразное движение и др. Такие сложные изменчивые движения — видимость, за которой скрыта некая неизменная единая сущность, некие идеальные геометрические движения (равномер­ные, круговые в одном и том же направлении). Поэтому требование «спасения явлений» означало следующее: во-первых, признание различия между являющимся (наблюдаемым) и истинным, сущностным движением; во-вторых, признание установки, в соответствии с которой наблюдаемое движение должно быть объяснено как являю­щееся истинное движение; в-третьих, представление о том, что истинное движение носит идеальный геометрический характер.

Все дальнейшее развитие математической астрономии в анти­чном мире определялось этим требованием «спасения явлений». По­иски математиков и астрономов были направлены на нахождение математических приемов, которые позволили бы наиболее совер­шенным образом устранить противоречия между наблюдаемыми дви­жениями планет на небе и мировоззренческими представлениями об устройстве Космоса, об идеальном движении небесных тел.

Метод гомоцентрических сфер. В древнегреческой астрономии были найдены два основных математических подхода к решению задачи «спасения явлений». Первый (исторически более ранний) был связан с идеей представить сложные движения планет посредством вращающихся гомоцентрических сфер, второй (исторически более поздний) — с математическими методами описания неравномерных периодических движений как результата сложения более простых — равномерных круговых.

Первый подход был детально разработан великим математиком IV в. до н.э. другом Платона Евдоксом Книдским *. Свое полное и завершенное воплощение метод гомоцентрических сфер нашел в космологии Аристотеля. В основе этого подхода лежит представление o том, что Космос состоит из определенного количества вращающихся сфер, имеющих общий центр, совпадающий с центром земного шара. Самая дальняя сфера — это сфера неподвижных звезд, совершающая оборот вокруг мировой оси в течение суток. Для Солнца, Луны и пяти планет существуют отдельные независимые системы сфер. Каждая сфера вращается вокруг своей оси, однако направление этой оси и скорость вращения у разных сфер различны. Ось внутренней сферы жестко связана с двумя точками следующей по порядку сферы и др. Таким образом, любая сфера увлекает следующую за ней сферу и участвует в движении всей системы сфер данного небесного тела. Само небесное тело крепится к экватору самой внутренней из сфер данной системы. Для Луны и Солнца Евдокс предлагал системы из трех сфер, а для каждой планеты из четырех.

* Существуют сведения Страбона о том, что Евдокс и Платон многие свои астрономические познания заимствовали в Египте, в частности египтяне «научили Платона и Евдокса применять доли дня и ночи, которые, набегая сверх 365 дней, наполняют время «истинного года» (Страбон. География. М., 1964. С. 743).

Совершенствование метода гомоцентрических сфер состояло в добавлении нескольких новых дополнительных сфер в систему каждого небесного тела. В модели древнегреческого астронома Калиппа ршо уже 34 сферы. Еще более усложнилась эта модель в космологии Аристотеля, поскольку он пытался создать некую единую систему движения всех небесных тел, единый физический Космос на основе принципа отсутствия пустоты. В его модели Вселенной сферы различных планет передают свое движение друг другу, вследствие чего теряется независимость движения каждого отдельного светила (планеты). Чтобы сохранить независимость движения каждой планеты, аристотель вынужден был добавлять к каждой системе сфер дополнительные сферы, компенсирующие вращательный эффект первых. В результате в аристотелевской модели количество основных и компенсирующих сфер достигает 55.

Концепция гомоцентрических сфер не получила развития в послеаристотелевскую эпоху, поскольку обладала принципиальным недостатком. Античные астрономы зафиксировали факт изменения яркости планет при их движении по небесному своду и сделали пра­вильный вывод, что это свидетельствует об изменении расстояний планет от Земли. В концепции же гомоцентрических сфер расстоя­ние от любой планеты до Земли остается постоянным. Таким обра­зом, возникла потребность в поиске новых теоретических моделей описания движений небесных тел. Одно из направлений поиска было связано, в частности, с идеями и теориями античного гелиоцентриз­ма (Гераклит Понтийский, Аристарх Самосский), однако они вступи­ли в противоречие с принципами античной механики (не знавшей закона инерции), с общими мировоззренческими представлениями о центральном положении Земли, человека во Вселенной (антропо­центризм) и проч.

Эпициклы и деференты . Второй, качественно новый этап в про­цессе математизации астрономии и познания природы движений небесных тел связан с именем великого древнегреческого астронома Гиппарха. Он впервые использовал в астрономии предложенный Аполлонием Пергским геометрический метод описания неравномер­ных периодических движений как результата сложения более про­стых — равномерных круговых. Неравномерное периодическое дви­жение можно описать с помощью кругового, используя теорию эпи­циклов (движение небесных тел происходит равномерно по круго­вой орбите — эпициклу, центр которого, в свою очередь, совершает равномерное вращение вокруг Земли по круговой орбите — деферен­ту) и (или) теорию эксцентриков (небесные тела равномерно движут­ся по окружности, центр которой не совпадает с центром Земли).

В древнегреческой астрономии использовались обе эти теории. Уже Аполлоний и Гиппарх знали, что обе теории могут приводить к одинаковым результатам. Гиппарх использовал для описания движе­ния Солнца и Луны теорию эксцентриков. Он определил положение центров эксцентриков для Солнца и Луны, впервые в истории астро­номии разработал метод и составил таблицы для предвычисления моментов затмения (с точностью до 1—2 ч).

Появившаяся в 134 г. до н.э. новая звезда в созвездии Скорпиона навела Гиппарха на мысль, что изменения происходят и в мире звезд. Чтобы в будущем легче было замечать подобные изменения, Гиппарх составил каталог положений на небесной сфере 850 звезд, разбив все звезды на шесть классов и назвав самые яркие звездами первой вели­чины. Сравнивая свои результаты с измерениями координат звезд, выполненными за полтора века до него в Александрии (Аристиллом и Тимохарисом), он обнаружил, что все звезды, отмеченные в его каталоге, как бы сместились по долготе, т.е. вдоль эклиптики, к востоку от начала отсчета долгот — точки весеннего равноденствия (пересечение эклиптики и экватора). Иначе говоря, долготы звезд взросли. Гиппарх нашел этому явлению гениально простое и правильное объяснение. Учитывая принцип относительности, он заключил, что сама точка весеннего равноденствия отступает в обратном направлении. Таким образом, экватор как бы перемещается вдоль эклиптики, не меняя своего наклона к ней. В результате Солнце в своем годовом движении с запада на восток каждый раз встречает точку весеннего равноденствия немного раньше, не доходя до того места, откуда оно год назад начинало свой путь по эклиптике (пред­ание равноденствия, или прецессия). Гиппарх весьма точно оценил ее значение (46,8" в год, по современным данным 50,3"). Открытие прецессии показало сложность понятия «год» и позволило Гиппарху установить, что солнечный и звездный годы различаются на 15 минут (по современным данным, около 20).

3.8.2. Геоцентрическая система Птолемея

Благодаря Гиппарху астрономия становилась точной математической наукой, что позволяло приступить к созданию универсальной тематической теории астрономических явлений. За решение этой задачи взялся знаменитый александрийский астроном Клавдий Птолемей, что отражено в его фундаментальном труде «Большое математическое построение астрономии в XIII книгах» («Альмагест»).

Опираясь на достижения Гиппарха, Птолемей изучал подвижные небесные светила. Он существенно дополнил и уточнил теорию движения Луны, усовершенствовал теорию затмений. Но подлинно научным подвигом ученого стало создание им математической теории видимого движения планет. Эта теория опиралась на следующие постулаты: шарообразность Земли; колоссальная удаленность от сферы звезд; равномерность и круговой характер движений небесных тел; неподвижность Земли; центральное положение Земли во Вселенной.

Теория Птолемея сочетала теории эпициклов и эксцентриков. Он предполагал, что вокруг неподвижной Земли находится окружность (деферент) с центром, несколько смещенным относительно центра Земли (эксцентрик). По деференту движется центр меньшей окружности — эпицикл — с угловой скоростью, постоянной по отношению к собственному центру деферента и не к самой Земле, а к точке, расположенной симметрично центру деферента относительно земли (эквант). Сама планета в системе Птолемея равномерно движется по эпициклу. Для описания вновь открываемых неравномерностей в движениях планет и Луны вводились новые дополнительные эпициклы — вторые, третьи и т.д. Планета помещалась на послед­нем. Теория Птолемея позволяла предвычислять сложные петлеоб­разные движения планет (их ускорения и замедления, стояния и попятные движения). На основе созданных Птолемеем астрономи­ческих таблиц положение планет вычислялось с весьма высокой по тем временам точностью (погрешность менее 10').

Из основных свойств планетных движений, определенных Пто­лемеем, вытекал ряд важных закономерностей. Во-первых, усло­вия движения верхних от Солнца и нижних планет существенно различны. Во-вторых, определяющую роль в движении и тех и других планет играет Солнце. Периоды обращения планет либо по деферен­там (у нижних планет), либо по эпициклам (у верхних) равны периоду обращения Солнца, т.е. году. Ориентация деферентов нижних пла­нет и эпициклов верхних связана с плоскостью эклиптики. Тщатель­ный анализ этих свойств планетных движений привел бы Птолемея к простому выводу, что Солнце, а не Земля — центр планетной систе­мы. Такой вывод задолго до Птолемея сделал Аристарх Самосский, который доказывал, что Солнце в несколько раз больше Земли. Впол­не естественно, что меньшее тело движется вокруг большего, а не наоборот. Хотя размеры других планет прямым путем Птолемей оп­ределить не мог, тем не менее было ясно, что и они гораздо меньше Солнца. Но переход к гелиоцентризму для Птолемея был невозмо­жен — он считал Землю центром мира и приводил множество доводов в пользу этого взгляда. Отказаться от своего мировоззрения очень сложно, а от эпохи и вовсе невозможно. Только спустя 14 столетий, в совершенно другую эпоху, когда старое мировоззрение уже себя исчерпало, Н. Коперник сумел сделать этот решительный шаг.

Птолемей (а до него Гиппарх), введя эксцентрики для более точ­ного отображения неравномерностей видимого движения небесных светил, по сути, уже лишил Землю ее строго центрального положения в мире, какое она занимала в аристотелевской модели Вселенной. Введением экванта Птолемей еще более нарушил аристотелевские физические основания геоцентризма. В этом отношении он превзо­шел даже Коперника.

В астрономической системе Птолемея максимально использова­лись те возможности, которые представляла античная наука для реа­лизации принципа «спасения явлений», для объяснения движения небесных тел с позиций геоцентрического видения мира. Построение геоцентрической системы Птолемеем завершило становление первой естест­венно-научной картины мира. В течение длительного времени эта сис­тема была не только высшим достижением теоретической астроно­мии, но и ядром античной картины мира, и астрономической осно­вой антропоцентрического мировоззрения.

3.9. Античные воззрения на органический мир

3. 9.1. Античные толкования проблемы происхождения и развития живого

Особо следует сказать о развитии биологических знаний в античности. Здесь достижения не были столь выдающимися, как в астрономии и математике, но тем не менее значительный прогресс познания тоже был налицо. Античность реализовала функцию первичного накопления эмпирического материала об органических явлениях и процессах. Это — еще не научная биология, но уже ее отдаленные предпосылки.

Уже античные натурфилософы обращали свои взоры на органический мир и строили первые умозрительные схемы, объяснявшие егo происхождение и развитие. На основе таких умозрительных представлений в конце концов сложились два противоположных подхода к решению вопроса о происхождении жизни.

Первый, религиозно-идеалистический, исходил из того, что возникновение жизни не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом на Земле; жизнь является следствием множественного творческого акта (креационизм), и потому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира «жизненная сила» (vis vitalis), которая и направляет все процессы жизни (витализм).

Наряду с таким идеалистическим подходом еще в древности сложился и материалистический подход, в основе которого лежало представление о том, что живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического под влиянием естественных факторов. Так сложилась концепция самозарождения живого из неживого. Например, согласно учению Анаксимандра, живые существа образуются из апейрона по тем же законам, что и вещи неорганической природы. Он считал, что животные родились первоначально из влаги и земли, нагретых солнцем. Первые животные были покрыты чешуей, но, достигнув зрелости, они вышли на сушу, чешуя их лопнула, и, свободившись от нее, они начали вести свойственный каждому из них образ жизни. Все виды животных возникли независимо друг от друга. Здесь, в древней натурфилософии еще нет идеи генетической связи между видами, представления об историческом развитии животного мира. Правда, в отношении человека Анаксимандр, по-видимому, уже допускал возможность его происхождения от организмов другого вида.

Еще более обстоятельная теория происхождения живого была создана Эмпедоклом, с именем которого связывают первую догадку о том, что существуют ископаемые остатки вымерших организмов. Биологические воззрения Эмпедокла были тесно связаны с его фило­софией. Он исходил из существования четырех элементов («сти­хий») мира (огонь, воздух, вода и земля), каждый из которых состоит из вечных частиц, способных вступать во взаимодействие друг с дру­гом, и двух «сил» — Любви и Вражды, которые соединяют (Любовь) или разъединяют (Вражда) разрозненные частицы. Эти две силы — двигатели всех процессов во Вселенной.

Возникновение живых существ Эмпедокл представлял себе так. Жизнь началась на нашей планете еще до того, как народилось Со­лнце. В ту дальнюю, досолнечную пору землю непрерывно орошали обильные дожди. Поверхность Земли превратилась в тинообразную массу. Из недр Земли, которая содержит внутренний огонь, наружу периодически прорывался огонь, который поднимал вверх комья тины, принимавшей различную форму. В этом взаимодействии земли, воды, воздуха и огня создавались сперва растения — предшест­венники и предтечи подлинных живых существ. А со временем стали появляться и сами эти животные формы. Но это были причудливые существа. По сути, это были даже не животные существа, которые мы знаем, а лишь их отдельные обрывки, части, органы. Эмпедокл рису­ет прямо-таки сюрреалистическую картину биогенеза: «Головы выхо­дили без шеи, двигались руки без плеч, очи блуждали без лбов».

Но влекомые силой Любви, все эти органы, беспорядочно носясь в пространстве, как попало соединяясь друг с другом, образовывали самые различные уродливые создания, большинство из которых были нежизнеспособными и недолговечными. Велением Вражды всем несовершенным и неприспособленным формам суждено было со временем погибнуть. Остались лишь немногие целесообразно уст­роенные организмы, которые могли питаться и размножаться. Эти гармоничные целесообразные организмы стали размножаться поло­вым путем и тем самым сохранились до наших дней.

При всей примитивности этой картины, нельзя не отметить в ней рациональных представлений, гениально предвосхищавших дарви­новскую идею естественного отбора. И у Эмпедокла и у Дарвина решающая роль принадлежит случаю и отрицается телеологизм — принцип целесообразной направленности органического развития. Несмотря на свою примитивность, первые исторические формы кон­цепции самозарождения сыграли свою прогрессивную роль в борьбе с креационизмом.

Питание и рост живых организмов Эмпедокл объяснял стремле­нием частиц стихий соединиться с себе подобными. Главную роль в организме, по его мнению, играет кровь. Чем больше в органе крови — тем он важнее. При умеренном охлаждении крови наступает сон, при сильном ее охлаждении — смерть. Душа умирает вместе с телом. Любопытно, что Эмпедокл, например, считал, что слух зависит от напора воздуха на ушной хрящ, который, словно колокольчик, колеблется под напором воздуха.

3.9. 2. Биологические воззрения Аристотеля

Аристотелю были глубоко чужды представления Эмпедокла об органическом мире и его происхождении. Мировоззрение Аристотеля проникнуто телеологизмом и отрицанием эволюционизма. При этом биологический мир как объект исследования особенно увлекал Аристотеля.

И млекопитающие, и птицы, и рыбы, и насекомые — все это вызывало у Аристотеля живой, неподдельный интерес, подлинное воодушевление и даже эстетическое восхищение. Он писал: «...Надо и к исследованию животных подходить без всякого отвращения, так как во всех них содержится нечто природное и прекрасное. Ибо не случайность, но целесообразность присутствует во всех произведениях природы, и притом в наивысшей степени, а ради какой цели они существуют или возникли — относится к области прекрасного». Именно целесообразность органической природы делает ее прекрасной и достойной изучения.

Огромное разнообразие живых существ, поражающая их приспособленность к среде, функциональная и структурная целесообразность их строения, рост, рождение, способы размножения, смерть — все эти и другие черты биологического мира интересовали Аристотеля-биолога, требовали, по его мнению, детального описания и теоретико-философского обоснования. В качестве такого обоснования у него, естественно, выступает учение о материи и форме.

Любой растительный или животный организм — это некое законченное целое, представляющее собой реализацию определенной формы . Такой организм состоит из многих неоднородных частей или органов, каждый из которых выполняет свою вполне определенную функцию, необходимую для поддержания жизнедеятельности всего организма. Выполнение этой функции и есть цель, ради которой этот орган существует. Выполнение функций органом требует, как правило, не одной, а нескольких способностей (двигаться, сжиматься и расширяться, воспринимать ощущение и др.). Поэтому орган должен состоять не из одной, а многих однородных частей. Так, рука и другие подобные части тела состоят из костей, нервов, мяса и др. К числу таких однородных частей Аристотель относит также волосы, когти, кровь, жир, мозг, желчь, молоко и другие аналогичные вещества у животных, а у растений—древесину, сок, кору, мякоть плода и др. Эти однородные вещества и представляют собой материю , из которой образованы органы и весь организм в целом. Онтогенез он рассмат­ривал с позиций категорий возможности и действительности. Орга­нический рост — это актуализация возможностей, скрытых в исход­ной материи. Такая трактовка близка современным представлениям о том, что все особенности структуры взрослого организма зашифро­ваны в виде генетического кода.

Аристотель, бесспорно, был величайшим биологом своего време­ни. Если в области астрономии, физики, механики Аристотель во многом оставался спекулятивным мыслителем, то к живой природе он относился с исключительной наблюдательностью, проницатель­ностью, стремился к постижению мельчайших деталей. Он вскрывал трупы различных животных, делая при этом выводы и об анатомическом строении человека; он изучил свыше пятисот видов живот­ных, описал их внешний вид, и где мог — также и строение; рассказал об их образе жизни, нравах и инстинктах, сделал множество более частных открытий. Альбомы рисунков результатов анатомического расчленения животных и их органов, именовавшиеся «Анатомия­ми», служили приложениями к «Истории животных»; к сожалению, эти альбомы позднее оказались утерянными.

Но Аристотель не только описывал мир живого; он заложил тра­дицию систематизации видов животных. Он первый поставил клас­сификацию животных на научную основу, группируя виды не только по сходству, но и по родству. Всех животных Аристотель подразделял на кровяных и бескровных. Такое деление примерно соответствует современному делению на позвоночных и беспозвоночных. К кровя­ным он относил:

1) живородящих — человек, киты и четвероногие, т.е., по сути, млекопитающие;

2) яйцеродных — птицы, яйцекладущие четвероногие (рептилии, амфибии), змеи и рыбы;

К бескровным он относил:

1) мягкотелые (головоногие);

2) панцирные (ракообразные);

3) моллюски (кроме головоногих);

4) насекомые, пауки и черви.

Человеку он отводил место на вершине кровяных. Кроме того, Аристотель описывает живые существа, которые, по его мнению, занимают промежуточную ступень между животными и растениями. Это — губки, акалефы (медузы), титии (асцидии). В свою очередь, и растения подразделяются им на высшие и низшие.

Аристотель знал, что главнейшими признаками млекопитающих являются: наличие у них органов воздушного дыхания (легких и го­рячей крови), что они — живородящие, питают детей молоком и др. Аристотель вводит в биологию понятия аналогичных и гомологич­ных частей тела, идею о сходстве путей эмбриогенеза у животных и человека, понятие «лестницы существ», т.е. расположения живых существ на определенной шкале, и др. Отдельные ошибки Аристотеля в зоологии не идут ни в какое сравнение с богатством его действи­тельного вклада в биологию.

Биологические идеи и исследования Аристотеля развивали его ученики и последователи (Теофраст и др.).

3. 9.3. Накопление рациональных биологических знаний в античности

Наряду с формированием умозрительных схем о происхождении живого античность постепенно накапливает эмпирические биологические знания, формирует концептуальный аппарат протобиологии. Как и в других областях естествознания, в накоплении биологичес­ких знаний конструктивную роль сыграла пифагорейская школа. К представителям пифагорейской школы относится Алкмеон Кротонский, которого считают основоположником античной анатомии и физиологии. О нем сообщают, что он первый начал анатомировать трупы животных для научных целей. Алкмеон признавал мозг органом ощущений и мышления и уяснил роль нервов, идущих от органов чувств (глаз, ушей) к мозгу. Он считал, что нормальное функциони­рование организма предполагает равновесие заключающихся в нем «сил», «стихий» — влажного и сухого, теплого и холодного, горького и сладкого и др. Нарушение этих равновесий (например, охлажде­ние) и является, по его мнению, главной причиной заболеваний.

Одной из древних медико-биологических школ была Книдская школа, сложившаяся еще в VI в. до н.э. под влиянием восточной медицины. Она продолжала традиции вавилонских и египетских врачей. Ее принципы нацеливали на детальное описание отдельных ком­плексов болезненных симптомов и требовали разработки для каждой болезни свой особой (и часто сложной) терапии. Сочинения представителей Книдской школы до нас не дошли, но их фрагменты, очевид­но, вошли в состав трактатов Свода Гиппократа.

С именем Гиппократа, современника Демокрита, связан тот период развития биологии и медицины, когда медико-биологические зна­ния начали отпочковываться от религии, магии и мистицизма. После этого времени биология и медицина отказываются от объяснения биологических явлений, происхождения и сущности болезней вмешательством потусторонних, сверхъестественных сил. Гиппократ и его ученики считали, что медицина должна основываться не на умо­зрительных схемах и предположениях или фантазиях, а на скрупулез­ном, тщательном (эмпирическом) наблюдении и изучении больного, на накоплении и обобщении медицинского опыта.

Гиппократ развивает идею о естественных причинах болезней. К таким причинам он относит и факторы, исходящие из внешней среды, и возраст больного, и его образ жизни, и его наследственность и др. Гиппократ учил, что лечить надо не болезнь, а больного, поэто­му все назначения должны быть строго индивидуальны. Один из теоретических принципов Гиппократова учения — единство жизни как процесса. Он считал, что основу всякого живого организма со­ставляют четыре «жидкости тела» — кровь, слизь, желчь желтая и черная. Отсюда — и четыре типа темпераментов людей — сангвини­ки, флегматики, холерики и меланхолики. Весь организм оживотво­ряется пневмой — воздухоподобным веществом, которое во все про­никает и все осуществляет — жизненные процессы, мышление, дви­жение и проч.

Свод Гиппократа сложился в Косской медицинской школе, полу­чившей свое наименование от острова Кос, где жили поколения вра­чей, которые считали себя потомками легендарного героя, получело­века-полубога Асклепия. Лишь некоторые из трактатов Свода могут быть приписаны самому Гиппократу; большинство же из них было написано его учениками и последователями. Из Косской медицин­ской школы вышли пользовавшиеся известностью и славой Праксагор и его ученик Герофил, который в первой половине III в. до н.э. считался величайшим греческим врачом. В конце своей жизни Праксагор с группой учеников переселился в Александрию и заложил здесь основания Александрийской медицинской школы.

Герофил развивал эмпирическую традицию античной биологии и медицины, выше всего ставил наблюдение и опыт. В его эпоху в Александрии уже не имел силы предрассудок, запрещавший анатоми­рование трупов. Более того, древние авторы сообщают слухи о том, что Герофил проводил опыты по вивисекции над преступниками, которые поставлялись ему царем. Он изучал строение и функциони­рование нервной системы, провел четкое различение между артерия­ми и венами и пришел к правильному заключению (окончательно доказанному лишь несколько столетий спустя Галеном), что артерии получают кровь от сердца. Герофил впервые оценил диагностичес­кое значение пульса, хотя связывал его с механизмом дыхания. Геро­фил дал подробное описание анатомии глаза, печени и других орга­нов тела, провел сопоставительное изучение устройства человека и животных, внес существенный вклад в разработку анатомической терминологии. В сфере практической медицины он уделял большое внимание фармакологии, действию лекарственных препаратов, осо­бенно тех, которые изготовлялись из трав, разработке правил диеты, лечебной физкультуры.

Завершителем античной биолого-медицинской традиции был Клавдий Гален. Родился в Пергаме, в семье архитектора, изучал фи­лософию и медицину, с 162 г. жил в Риме. Гален — универсальный и плодовитый писатель и ученый. Его перу принадлежит свыше 250 сочинений.

Гален был прекрасным анатомом. Поскольку в Риме в ту эпоху вскрытие трупов было запрещено, он изучал анатомию не только человека, но и разных животных — быков, овец, свиней, собак и др. Он заметил большое сходство в строении человека и обезьяны, проводя опыты над маленькой мартышкой, которая в то время водилась на юге Европы. Физиологические воззрения Галена базировались во многом на трудах Гиппократа. Гален детально изучал центральную и периферическую нервные системы, искал связь спинномозговых нервов с процессами дыхания и сердцебиения. Он окончательно доказал, что артерии наполнены кровью, а не воздухом. Гален закладывал предпосылки научного экспериментального метода в биологии и физиологии. Хотя истинные закономерности работы сердца и кровообращения остались им так и не разгаданными.

В области терапии Гален развивал принципы воздухо- и водолечения, диетологии, изучал свойства лекарственных препаратов; сам создавал такие препараты, причем подчас очень сложные, включавшие в себя десятки компонентов. Элементы народной медицины и даже знахарства, содержавшиеся в рецептурных предписаниях Галена, способствовали его популярности и в античности, и в эпоху средневековья.

3.9.4. Античные представления о происхождении человека

Задумывалась античность и над проблемой происхождения человека. В эпоху первобытного и раннеклассового общества, интересуясь своим прошлым, человек представлял его в виде генеалогических и этнологических мифов и легенд, т.е. устных преданий о деяниях и героических подвигах предков, о происхождении родов и племен. Это нашло выражение, в частности, в гениальных произведениях древнегреческих поэтов Гомера («Одиссея», «Илиада») и Гесиода («Теогония», «Труды и дни»), в произведениях других древнегречес­ких авторов. В эту эпоху формируется и концепция «золотого века» человечества, т.е. представление о том, что в далеком прошлом жизнь людей была намного лучше, чем впоследствии (ведь люди про­изошли от богов); что история человечества — это история не улуч­шения, а ухудшения, усложнения жизни людей. Великий древнегре­ческий поэт Гесиод, например, следующим образом изображает кар­тины далекого прошлого:

...Жили те люди, как боги, с спокойной и ясной душою,

Горя не зная, не зная трудов. И печальная старость

К ним приближаться не смела. Всегда одинаково сильны

Были их руки и ноги. В пирах они жизнь проводили,

А умирали, как будто объятые сном. Недостаток

Был им неведом. Большой урожай и обильный

Сами давали собой хлебодарные земли.

Труды и дни, 112-118.

С окончательным разложением первобытного общества, возник­новением рабовладельческой формации, усилением классовых анта­гонизмов проблема происхождения человека приобретает острую идеологическую направленность и выделяется как одно из важных, ключевых звеньев в цепи мировоззренческих проблем своего вре­мени.

Наряду с идеалистическим, креационистским пониманием антропосоциогенеза в древности развивались и материалистические пред­ставления о естественном происхождении человека. Так, еще фило­софы античного мира высказывали мысли о том, что происхождение человека во многом сходно с происхождением животных: те и другие образуются в результате соединения исходных стихий в части и орга­ны, которые под действием тепла соединяются в тело. Такую концеп­цию развивал, в частности, великий материалист и атомист древнос­ти Демокрит. Аристотель трактовал человека как некое «политичес­кое животное», которое отличается от животного только наличием нравственности и на этой основе стремлением к «совместному жи­тельству».

Древнеримский философ и поэт Лукреций Кар в поэме «О приро­де вещей» нарисовал картину развития древних людей от дикого состояния до изобретения огня, одежды, жилищ и т.д. Он, высмеяв распространенные тогда легенды о сотворении людей богами, о «зо­лотом веке», с которого будто бы начинается жизнь людей на Земле, утверждал, что люди делали важнейшие изобретения, подгоняемые нуждой. Л. Кар образно рисует первобытное состояние человека, когда люди еще не знали ни одежды, ни жилищ и вели жалкое суще­ствование, питаясь желудями и ягодами и охотясь на диких зверей. Предложив периодизацию истории человечества на три эпохи в зависимости от материала, из которого изготавливались орудия труда: Каменный, медный (бронзовый) и железный, Л. Кар писал:

Прежде служили оружием руки могучие, когти,

Зубы, каменья, обломки ветвей от деревьев и пламя,

После того была найдена медь и порода железа

Все-таки в употребление вошла прежде медь, чем железо,

Так как была она мягче, притом изобильней гораздо.

О природе вещей. V, 1283-1287.

Кстати сказать, своей догадкой Л. Кар опередил выводы археоло­гии почти на 19 столетий.

3.10. Упадок античной науки

В первые века нашей эры обострились социально-экономические, политические и культурные противоречия, свойственные рабовла­дельческой формации. Римская империя в V в. н.э. распалась под действием внутренних и внешних сил — восстаний рабов, бедноты, покоренных народов и нападений варварских племен. На смену рабо­владельческому пришел феодальный строй. Формирование феодаль­ных отношений было связано со значительными потрясениями во всех сферах общественной жизни, в том числе в области культуры и науки.

По сути, формировался новый исторический тип сознания, новый тип культуры, духовного освоения мира человеком. Его основу воставляло монотеистическое религиозное сознание, в котором на первом плане — не познание мира и получение нового знания, а переживание, прочувствование мира и вера во всемогущего Бога, в суще­ство, которое создало мир и постоянно творит его своей волей и активностью. Вмешательство божественных, потусторонних сил может проявиться в любой момент, в любой части мира. Такое прямое активное проявление действия божества и есть чудо. Природа наполнена чудесами, поэтому ни о каких ее объективных закономер­ностях не может быть и речи. В системе такого мировоззрения есте­ствознание лишается своего действительного предмета, реальных целей и задач. Иррационализм и мистицизм способствовали упадку античной науки.

Одной из существенных ограниченностей античной науки являлся ее отрыв от производства, отрыв теории от практики, знания от опыта. Рабовладельческий способ производства, в котором главной производительной силой был раб, не нуждался в науке как средстве развития производительных сил. Наука развивалась отдельно от материального производства. Последнее достигло такого уровня, что смогло выделить часть людей из непосредственного участия в произ­водстве, дать им возможность заниматься духовной деятельностью. Но античное материальное производство в результатах духовной деятельности не нуждалось. Отсюда и недооценка связи знания и опыта, непонимание познавательного значения опыта, эксперимен­та. Эксперимент как метод познания в античности не был известен.

И наконец, упадок античной науки во многом был обусловлен и отсутствием надежных средств хранения, обмена и передачи инфор­мации. Рукописи были дорогим, редким, а в эпоху непрерывных войн, миграций народов, исчезновения в пожарищах культур, этно­сов и ненадежным средством хранения информации. Как материаль­ный носитель мысли, рукописи, к сожалению, все-таки горят.

В VI в. н.э. в истории европейской культуры начался период «тем­ных веков».

4. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ В ЭПОХУ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ

Эпоха феодального средневековья качественно отличается от античной. Значительные изменения произошли в сферах деятельности, общения людей, в системе духов­ной культуры.

Деятельность стала более сложной, опосредованной, многозвенной, многоступен­чатой; усложнилась система ее целей, средств и результатов. Технически средневеко­вье более оснащено, чем античность. Для средневекового хозяйства характерно нали­чие орудий труда, состоящих из многих элементов (плуг, охотничьи западни, мельни­цы, метательные устройства и др.); широко распространен хозяйственно-культурный тип пашенных земледельцев, синтезирующих ручное земледелие и животноводство; разнообразны отрасли домашнего производства, ремесел, лесных промыслов и др.

Качественные сдвиги претерпела и сфера общения людей. Природно-определенные связи между людьми (кровно-родственные, территориальные и др.) преобразовы­ваются и приобретают характер межличностных отношений. Межличностный тип социальных отношений в течение всего докапиталистического периода продолжает господствовать, сосуществуя с социально-классовыми отношениями. Именно господство межличностных отношений порождало сословный характер феодального обще­ства. Сословный статус личности определял не только ее место и роль в обществе, ее правовое и имущественное положение, но и ее сознание, мировосприятие.

Вместе с тем преобразующее воздействие человека на природу оставалось незна­чительным. Вещный (несубъектный) элемент производительных сил был развит слабо: орудия труда были простейшими и как бы продолжали и дополняли естественные органы труда человека, но не заменяли их; энергетическим источником процесса труда был человек, его мускульные усилия или действия домашних животных. Товарное производ­ство, а вместе с ним абстрактный труд и абстрактное мышление были развиты крайне недостаточно: господствовало патриархальное натуральное хозяйство.

4.1. Особенности средневековой духовной культуры

4.1.1. Доминирование ценностного над познавательным

Привязанность к земле, малая подвижность населения, подчинен­ность образа жизни ритмике природных процессов, слабость связей общения — все это определяло значительную слитность человека и природы. Духовная культура несет в себе еще весомые моменты первобытного мифологизма. По-прежнему человек в своем сознании наделял себя природными качествами, а природу — человеческими. Так, человек и место его жительства мыслились как нечто нераздель­ное, а восприятие человека другими людьми существенно зависело от места его обитания, видение мира опосредовалось чувственно-эмоциональным отношением (переживанием) к своему дому, к своей усадьбе, к семье, к общине.

Стержнем средневекового сознания явилось религиозное миро­воззрение, в котором истолкование всех явлений природы и общест­ва, их оценка, а также регламентация поведения человека обосновы­ваются ссылкой на сверхъестественные силы, которые полностью господствуют над материальным миром, способны по своему произ­волу как угодно изменять ход естественных событий и даже творить бытие из небытия. Высшей сверхъестественной силой выступал Бог. Такие «супранатуралистические» представления порождались как практическим бессилием человека перед природой (неразвитость производительных сил, сельскохозяйственный и ремесленный ха­рактер производства), так и стихийным характером социально-клас­совых процессов, процессов общения (социальный гнет, социальная несправедливость, непредсказуемость жизненных ситуаций и др.).

Средневековое сознание было ориентировано преимущественно на межличностные отношения. Но в их отражении и воспроизведе­нии преобладают эмоциональные стороны, факторы сознания. Этим объясняется доминирование в средневековом сознании ценностно-эмоцио­нального отношения к миру над познавательно-рациональным . Как на обы­денном (во многом еще мифологизированном, наглядно-образном), так и на идеологическом (выраженном системой монотеистических представлений) уровнях оно являлось по преимуществу оценочным. Именно поэтому точкой отсчета в духовном освоении мира выступа­ли ценностные противоположности — добро и зло, небесное и зем­ное, божественное и человеческое, святое и грешное и др. Вещь, попавшая в сферу отражения, воспроизводилась в первую очередь с точки зрения ее полезности для человека, а не в ее объективных связях. Аналогичным образом человек характеризовался прежде всего не его объективными чертами (деловитостью, активностью, способностями), а через сословно-иерархические ценности: пре­стиж, авторитет, власть и т.д.

Отсюда и особое отношение к знанию. Знание рассматривалось не как главная цель духовной деятельности, а как некоторый ее по­бочный продукт. Религиозное удвоение мира в сознании на земной (грешный, бренный) и небесный (божественный, возвышенный, идеальный) предполагало возможность приобщения к миру «по ту его сторону». Способом такого приобщения считались не знания, а вера (в том числе и формы чувственно-эмоциональной экзальтации, связывавшие человека с божественной первосущностью). И потому, например, Кассиодор глубоко уверен, что «не только неученые, но даже те, кто и читать не умеет, получают от Бога премудрость» *. Средневековье вере отдает предпочтение перед знанием.

* Кассиодор. Об изучении наук божественных и человеческих // Опыт тысячелетия. Средние века и эпоха Возрождения: быт, нравы, идеалы. М., 1996. С. 325.

4. 1.2. Отношение к познанию природы

Выделяя себя из природы, но не противопоставляя себя ей, средневековый человек не сформулировал еще своего отношения к природе как самостоятельной сущности. В качестве определяющего выступает у него отношение к Богу, а отношение к природе вторично и производно от отношения к Богу. Здесь знание природы подчинено чувству божества». Природа рассматривалась как сфера, созданная, зримая и поддерживаемая всемогущим и всевидящим божеством, абсолютно зависящая от него; своими предметами, их поведением реализующая его волю во всем (в том числе и в отношении воздействия на людей, их судьбу, социальный статус, жизнь и смерть). Приро­да — проводник воздействия на людей божьей воли, вплоть до того, чтo она есть и средство их наказания.

Для средневекового человека природа — это мир вещей, за кото­рыми надо стремиться видеть символы Бога. Поэтому и восприятие природы раздваивалось на предметную и символическую составляю­щие. Познавательный аспект средневекового сознания был направлен не столько на выявление объективных свойств предметов зримого мира, сколько на осмысление их символических значений, т.е. их отношения к божеству. Познавательная деятельность была по пре­имуществу герменевтической, толковательной, а значит, в конечном счете опиралась на иерархизированную и субординированную систему ценностей, на ценностное сознание.

Средневековое сознание не ориентировано на выявление объек­тивных закономерностей природы. Его главная функция — сохране­ние ценностного равновесия человека и мира, субъекта и объекта. В нем слабо развиты познавательные средства вообще и познавательные средства выражения нового в частности. Средневековое знание ориентировано на повторение, воспроизведение и обоснование некоторых исходных абстрактных образов общекультурной (в то время религиозной) значимости. Они заимствовались в основном из сюжетов Ветхого и Нового заветов — Бог, рай, ад, Христос, Страшный суд и др., которые передавались из поколения в поколение на основе авторитарности.

Деятельность такого рода была тем не менее системно организо­вана. Основа такой системы — набор (не связанных между собой логической необходимой связью) базовых чувственных первообра­зов, вокруг которых концентрируются производные чувственно-по­нятийные образования как средства детализации и конкретизации исходных образов, зачастую также не связанные между собой закономерными, логическими связями. Поэтому система средневекового сознания гетерогенна, рационализирована лишь частично. Вместе с тем она была некоторой целостной системой, а значит, жила по своим законам, функционировала, развивалась, претерпевала коли­чественные и качественные изменения. Качественные преобразова­ния состояли, во-первых, в подключении в такую систему новых эле­ментов, т.е. новых образов (иносказаний, символов, аллегорий и др.), во-вторых, в установлении между образами (как старыми, так и новы­ми, а так же между старыми и новыми) новых связей и отношений (классификация, схематизация, формализация, лежавшие в основе схоластики).

4.1.3. Особенности познавательной деятельности

Хотим мы этого или нет, но познание мира, производство нового знания — историческая необходимость. Поэтому и в консервативном средневековом феодальном обществе складываются традиции позна­вательной деятельности. Они соответствовали трем основным мо­ментам реального процесса познания: коллективный характер субъ­екта; предметно-преобразовательное отношение субъекта к объекту; чувственный контакт субъекта с объектом. Эти три закономерности познавательной деятельности определили формирование средневе­ковых традиций познания, опирающихся на принципы:

авторитета — авторитет, предание (схоластико-умозрительная традиция);

ритуала — предметно-преобразовательное, рецептурно-манипуляционное начало (герметическая традиция);

личного опыта — личный опыт выступал базисом эмпирической традиции.

Схоластическая традиция . Авторитарность (предание, умозре­ние) выступала опорой в таких формах познания, которые требовали для себя теоретико-рефлексивной деятельности, — в богословии, фи­лософии, математике и др. Авторитарность проявлялась в коммента­торском характере познания и обучения, выработке процедур простейшей систематизации и логической упорядоченности знаний, накопленных предшествующими поколениями. На такой основе скла­дывается схоластика, главным вопросом которой был вопрос о том, что в реальном бытии соответствует общим понятиям человеческого разума — добру, злу, истине, Богу, времени и др.

На начальных этапах своего развития схоластическая системати­зация, предполагавшая расчленение и определение множества поня­тий, безусловно сыграла определенную положительную роль. Она была в тот период необходимой формой развития знаний. Причем, основные положительные результаты были получены схоластикой в процессе исследования чисто теологических и космологических во­просов — смысл Троицы (трех ипостасей Бога), бессмертия души, конечности и бесконечности мира и др. То есть в тех областях, где предмет познания непосредственно, эмпирически не представлен или представлен лишь частично, и разум остается единственным средством анализа предмета в соответствии с некоторыми логичес­кими критериями. И лишь на закате средневековья схоластика стано­вится тормозом развития познания, за что и подвергается справедливой резкой критике основоположниками научной методологии, например, Р. Декартом и Ф. Бэконом.

Важнейшая проблема схоластики — отношение знания и веры. Именно в русле решения этого вопроса Фома Аквинский создает грандиозный теолого-философский синтез современного ему знания позиций установки на то, что теология выше философии. Но не потому, что вера выше разума, а потому, что существует различие между человеческим разумом и сверхразумом Бога. Истины Бога — не иррациональны, они — сверхразумны; их доказательство не под силу человеческому уму, они непознаваемы для него, но тем не менее носят рациональный характер. Естественные науки, по мнению Фомы Аквинского, имеют право на существование. Их задача состоит в том, чтобы подкреплять, детализировать, конкретизировать поло­жения, содержащиеся в Библии, но сами эти науки (астрономия, физика, математика и др.) — ни каждая в отдельности, ни все вместе — не могут постигнуть основных начал мира, такая задача им не под силу.

Герметическая традиция . В эпоху средневековья все формы человеческой деятельности и общения были пронизаны ритуалами. Все формы действий людей, включая коллективные, строго регламенти­ровались. Магические, обрядовые и ритуальные действия рассматри­вались как способ влияния на природные и божественные стихии. С ними связывались надежды на дополнительную сверхъестественную помощь со стороны «добрых» сил и ограждение от «злых». Точ­ное соблюдение ритуально-магических действий, обычаев, праздников, исполнение разного рода заклинаний, просьб, призывов — счи­талось необходимым условием благоприятного исхода деятельности, причем не только в хозяйственной области, но и в сфере общения людей, в сфере познания, политической и юридической практики и др. В ремесленном и мануфактурном производстве ритуалы сопро­вождали каждую технологическую процедуру, поскольку в их выпол­нении виделось условие полного раскрытия заложенных в предметах труда потенциальных возможностей.

На ритуальной основе возникает средневековая герметическая традиция *, воплощавшаяся в алхимии, астрологии, каббале и др. Ори­ентированная на предметное созидание качественно нового, эта тра­диция опиралась на своеобразные мировоззренческие представле­ния: взаимосвязь всего со всем; неразличимость взаимосвязи, взаимо­действия и взаимопревращения; тождество, взаимопревращение макрокосма и микрокосма; биологизация мира (т.е. мир рассматри­вался как живой организм, в котором части представляли и заменяли собой целое); безграничные возможности влияния на события по­сюстороннего мира со стороны не только Бога, но и некоторых из­бранных людей (с помощью Бога либо другой сверхъестественной силы); убеждение в том, что влиянием на часть можно изменить целое; сущность вещи усматривалась в ее производстве, как сущность земного мира в его творении Богом; познать вещь означало прежде всего ее создать.

* Герметический корпус — это свод трактатов, написанных на греческом языке во II—III вв. н.э. Большая часть трактатов представляет собой речи Гермеса Трисмегиста (Трижды Величайшего), некоторой легендарной личности, в которой, по-видимому, переплелись божественные и человеческие черты.

Герметическая традиция нашла свое яркое и контрастное вопло­щение прежде всего в алхимии, а также в медицине, астрологии и других формах средневековой культуры.

Опытно-эмпирическая традиция . Личный опыт был и точкой отсчета, и критерием истинности, и основой композиционной струк­туры текста, а также доверия аудитории в прагматически ориентированных сферах деятельности — в политике, производстве, праве, в стихийно-эмпирическом познании природы, некоторых жанрах ли­тературы (житиях святых, хрониках, записках паломников, купцов, апокрифических рассказах, исторических повествованиях и др.). Традиция стихийно-эмпирического познания природы, начиная с XIII в., постепенно развивается в систему естественно-научного по­знания, под влиянием, в частности, естественно-научных произведе­ний Аристотеля.

Одним из самых значительных представителей этой традиции называют Роберта Гроссетеста — автора трактатов, в которых естест­венно-научное содержание уже преобладало над теологическим и философским. Его интересы концентрировались вокруг вопросов оптики, математики, астрономии. Он рассуждал о свойствах звуко­вых колебаний, морских приливов, преломления света и др. В его работах содержатся зачаточные формы будущей методологии клас­сического естествознания. Так, например, он высказывал мысли о том, что изучение явлений должно начинаться с опыта, затем посред­ством анализа явлений устанавливается некоторое общее положе­ние, рассматриваемое как гипотеза; отправляясь от нее, уже дедуктивно выводятся следствия, которые должны быть подвергнуты опыт­ной проверке для определения их истинности или ложности.

Наиболее выдающиеся представители опытно-эмпирической традиции были нацелены на программу практического назначения зна­ния. В естественно-научном знании начинают видеть средство, с помощью которого человек может добиться расширения своего прак­тического могущества, улучшения своей жизни. Так, например, Роджер Бэкон высказывал идеи и мечты, которые намного опережали его время — о создании судов без гребцов, управляемых одним чело­веком; о быстрейших колесницах, передвигающихся без коней; о летательных аппаратах, созданных человеком и управляемых им; о приспособлениях, которые позволили бы человеку передвигаться по дну рек и морей; о создании зеркал, которые способны концентриро­вать солнечные лучи так, что они могут сжигать все на своем пути, и др. Есть сведения о том, что ему первому в Европе удалось создать порох. Р. Бэкон был уверен, что познание мира человеком бесконечно, как бесконечны и возможности возрастания практического могу­щества человека.

4.2. Естественно-научные достижения средневековой арабской культуры

По-разному сложились исторические судьбы Западной и Восточной Римской империи. Социально-экономический и культурный уровень стран Восточного Средиземноморья, Ближнего Востока (большее их число входило в состав Византийской империи) в эпоху раннего средневековья (вплоть до второй половины XII в.) был выше, чем стран Европы. В VII в. на обширных территориях Ближнего и Среднего Востока возникает централизованное арабское государство — Арабский Халифат. Формирование из ранее разрозненных областей единой политической системы на новой феодальной основе и бы­стрый рост экономики создали благоприятные условия для развития на средневековом Востоке науки и культуры.

Объединенные политически и экономически, связанные единст­вом религии и языка (арабский язык стал не только государственным, но и языком науки и культуры), народы Ближнего и Среднего Востока получили возможность более свободного обмена духовными ценнос­тями. Благодаря интенсивной переводческой деятельности уже в IX в. в арабоязычном мире были изданы все главные произведения научной мысли античности. К античному наследию арабы относи­лись с величайшим уважением. Так, в 823 г. халиф аль-Мамун потре­бовал от побежденного им византийского царя Михаила II передать ряд греческих рукописей или их копии. В их числе был получен и «Альмагест» К. Птолемея. Усвоение сложного комплекса местных культурных традиций и культурного наследия античности обеспечи­ло расцвет мусульманской культуры.

Особенно большое распространение на Востоке получили произ­ведения Аристотеля. Вершиной арабоязычного аристотелизма стало творчество Ибн-Рушда (в Европе его называли Аверроэсом), интер­претировавшего труды Аристотеля в духе материализма и пантеизма. Ибн-Рушд развивал и учение о вечности материального мира, являю­щегося, однако, как учил Аристотель, конечным в пространстве. Ибн-Рушд стремился утвердить полную независимость философии и науки от теологии, мусульманского богословия, минимизировать функции бога по отношению к миру, считая, что бог влияет только на общий ход мирового процесса, но не на его частности. В учении Ибн-Рушда природа максимально независима от бога и сама может творить свои частные, конечные формы. Подобное ограничение креационизма создавало мировоззренческую основу для утверждения идеалов естественно-научного познания.

Ибн-Рушд разработал также «теорию двух истин» — научно-фило­софской и теологической. Как наука (философия), так и религия (теология) размышляют прежде всего о Боге — первой и высшей причине всего существующего и познаваемого. Но они совершенно различны по способу своих разъяснений. Более совершенный способ дает наука (и философия), опирающаяся на логику и доказательства. Религия (и теология) дает образное, чувственное познание, представ­ление Бога, содержащее множество логических противоречий. В Ко­ране можно найти два смысла — буквальный и «внутренний»: первый постигается богословием, второй — наукой, философией. Теория «двух истин» способствовала утверждению философских предпосы­лок естественно-научного познания.

4.2.1. Математические достижения

Арабы существенно расширили античную систему математических знаний. Они заимствовали из Индии и широко использовали десятичную позиционную систему счисления. Она проникла по караван­ным путям на Ближний Восток в эпоху Сасанидов (224—641), когда Персия, Египет и Индия переживали период культурного взаимодействия. И уже из арифметического трактата аль-Хорезми «Об индийских числах», переведенного в XII в. на латынь, десятичная система стала известна в Европе.

Получила также значительное развитие (свойственная еще Древ­нему Востоку) традиция создания новых вычислительных приемов и специальных алгоритмов. Так, например, аль-Каши с помощью вписанных и описанных правильных многоугольников вычислил число π до 17 верных знаков.

Развивались методы приближенного извлечения корней. Напри­мер, такой известный в древности прием:

где Т— целое, был распространен на случай любого натурального показателя корня:

Известен им был и метод вычисления корней, который ныне называется методом Руффини — Горнера*: если

тo последовательное вычисление знаков корня связано с отысканием разностей

* См.: Рыбников К.А. История математики. М., 1974. С. 99.

Арабские математики умели также суммировать арифметические и геометрические прогрессии, включая нахождение сумм вида:

Не ограничиваясь методами геометрической алгебры, арабские математики смело переходят к операциям над алгебраическими иррациональностями. Они создали единую концепцию действительных чисел путем объединения рациональных чисел и отношений и постепенно стерли грань между рациональными числами и иррациональными. В Европе эту идею восприняли лишь в XVI в.

Арабские математики совершенствовали методы решения уравне­ний 2-й и 3-й степеней; решали отдельные типы уравнений 4-й степе­ни. В трактате аль-Хорезми «Книга об операциях джебр (восстанов­ление) и кабала (приведение)», по которому европейские ученые в XII в. начали знакомиться с алгеброй, содержались систематические решения уравнений 1-й и 2-й степени следующих типов:

Наиболее значительным достижением арабов в алгебре был «Трактат о доказательствах задач» Омара Хайяма, посвященный в основном кубическим уравнениям. Хайям построил теорию кубических уравнений, основанную на геометрических методах древних. Он классифицировал все кубические уравнения с положительными кор­нями на 14 видов; каждый вид уравнений он решал соответствующим построением. Хайям пытался найти правило решения кубических уравнений в общем виде, но безуспешно.

Если отдельные зачаточные элементы сферической тригономет­рии были известны еще древним грекам (например, Птолемей поль­зовался понятием «хорда угла»), то в систематическом виде тригонометрия создана арабскими математиками. Уже в работах аль-Баттани содержится значительная часть тригонометрии, включая таблицы значений котангенса для каждого градуса.

Историческая заслуга средневековых арабских математиков со­стояла и в том, что они начали глубокие исследования по основаниям геометрии. Так, в сочинениях О. Хайяма и Насирэддина ат-Туси пред­приняты попытки доказать постулат о параллельных, основанные на введении эквивалентных этому постулату допущений (сумма внутрен­ние углов треугольника равна двум прямым и др.).

4.2.2. Физика и астрономия

Из разделов механики наибольшее развитие получила статика , чему способствовали условия экономической жизни средневекового Вос­тока. Интенсивное денежное обращение и торговля, как внутренняя, так и международная, требовали постоянного совершенствования методов взвешивания, а также системы мер и весов. Это определило развитие учения о взвешивании и теоретической основы взвешива­ния — науки о равновесии, создание многочисленных конструкций различных видов весов. Необходимость совершенствования техни­ки перемещения грузов и ирригационной техники в свою очередь способствовала развитию науки о «простых машинах», конструиро­ванию устройств для нужд ирригации.

Арабские ученые широко использовали понятие удельного веса, совершенствуя методы определения удельных весов различных ме­таллов и минералов. Этим вопросом занимались аль-Бируни, О. Хайям, аль-Хазини (XII в.). Для определения удельного веса при­менялся закон Архимеда, грузы взвешивались не только в воздухе, но и воде. Полученные результаты были исключительно точны. Напри­мер, удельный вес ртути был определен аль-Хазини в 13,56 г/см3 (по современным данным —13,557); удельный вес серебра 10,30 г/см3 (по современным данным — 10,49), золота — 19,05 г/см3 (современные данные — 19,27), меди 8,86 г/см3 (современные данные — 8,94) и т.д. Столь точные данные позволяли решать ряд практических задач: отличать чистый металл и драгоценные камни от подделок, устанав­ливать истинную ценность монет, обнаружить различие удельного веса воды при разных температурах и др.

Динамика развивалась на основе комментирования и осмысления сочинений Аристотеля. Средневековыми арабскими учеными обсуж­дались проблема существования пустоты и возможности движения в пустоте, характер движения в сопротивляющейся среде, механизм передачи движения, свободное падение тел, движение тел, брошенных под углом к горизонту. В работах Ибн-Сины, известного в Европе под именем Авиценна, аль-Багдади и аль-Битруджи, по сути, была сформулирована «теория импетуса», которая в средневековой Евро­пе сыграла большую роль в качестве предпосылки возникновения принципа инерции.

Развитие кинематики было связано с потребностями астрономии в строгих методах для описания движения небесных тел. В этом направлении и развивается аппарат кинематико-геометрического моделирования движения небесных тел на основе «Альмагеста» К. Птолемея. Кроме того, в ряде работ изучалась кинематика «зем­ных» движений. В частности, понятие движения привлекается для непосредственного доказательства геометрических предложений (Ибн Корра Сабит, Насирэддин ат-Туси), механические движения используются для объяснения оптических явлений (Ибн аль-Хайсам), изучается параллелограмм движений и т.п. Одно из направле­ний средневековой арабской кинематики — разработки инфинитезимальных методов (т.е. рассмотрение бесконечных процессов, непре­рывности, предельных переходов и др.).

Существенный вклад внесен арабскими учеными и в астрономию . Они усовершенствовали технику астрономических измерений, зна­чительно дополнили и уточнили данные о движении небесных тел. Один из выдающихся астрономов-наблюдателей аз-Зеркали (Арзахель) из Кордовы, которого считали лучшим наблюдателем XI в., составил так называемые Толедские планетные таблицы (1080); они оказали значительное влияние на развитие тригонометрии в Запад­ной Европе.

Вершиной в области наблюдательной астрономии стала деятель­ность Улугбека, который был любимым внуком создателя огромной империи Тимура. Движимый страстью к науке, Улугбек построил в Самарканде по тем временам самую большую в мире астрономичес­кую обсерваторию, имевшую гигантский двойной квадрант и много других астрономических инструментов (азимутальный круг, астроля­бии, трикветры, армиллярные сферы и др.). В обсерватории был создан труд «Новые астрономические таблицы», который содержал изложение теоретических основ астрономии и каталог положений 1018 звезд, определенных впервые после Гиппарха с точностью, остававшейся непревзойденной вплоть до наблюдений Тихо Браге. Звездный каталог, планетные таблицы, уточнения наклона эклипти­ки к экватору, определения длины звездного года с ошибкой в одну минуту, годичной прецессии и продолжительности тропического года имели большое значение для развития астрономии. Результата­ми наблюдений в обсерватории Улугбека долгое время пользовались европейские ученые.

В теоретической астрономии основное внимание уделялось уточ­нению кинематико-геометрических моделей «Альмагеста», устране­нию противоречий в теории Птолемея (в том числе с помощью более совершенной тригонометрии) и поиску нептолемеевских методов моделирования движения небесных тел. Следует упомянуть попытки согласования «Альмагеста» с моделью гомоцентрических сфер (Ибн Баджжи, Ибн Рушд, аль-Битруджи) и моделью, предложенной марагинской школой (Насирэддин ат-Туси, аш-Ширази, аш-Шатир), со­гласно которой «земное» прямолинейное движение участвует в дви­жении небесных тел равноправно с равномерным круговым, что на­метило тенденцию к объединению «земной» и «небесной» механик.

4.3. Становление науки в средневековой Европе

К концу XII — началу XIII в. обозначился застой в социально-экономи­ческом и культурном развитии ближневосточных стран. Страны же Западной Европы, напротив, стали «обгонять» мусульманский Вос­ток и Византийскую империю. В основе такого «исторического рывка» лежало развитие производительных сил (как в сельском хо­зяйстве, так и в ремесле).

Происходит технологическая революция в агротехнике: появля­ется тяжелый колесный плуг, используется боронование, совершенствуется упряжь тягловых животных, что позволяет в 3—4 раза уве­личить нагрузки, внедряется трехпольная система земледелия, со­здается земельно-хозяйственная кооперация, осваиваются новые ис­точники энергии — сила воды и ветра (распространяются водяные и ветряные мельницы) и др. Благодаря изобретению кривошипа и маховика механизированы многие ручные операции. Рационализи­руется организация хозяйственной деятельности (особенно в монастырях).

Производство избыточной сельскохозяйственной продукции стимулирует развитие торговли, ремесла. Усиливается тенденция ур­банизации. Складываются центры мировой торговли (Венеция, Генуя), «миры-экономики». Формируется дух уважительного отноше­ния к физическому труду, к деятельности изобретателей, инженеров. Дух изобретательности и предприимчивости все в большей степени пронизывает культурную атмосферу общества. Превращение физического труда в ценность, в достойное занятие порождает необходимость его рационализации, так как тяжесть физического труда осоз­нается как нечто нежелательное.

В этих условиях происходит подъем в духовной сфере. Одним из наиболее ярких его выражений стало возникновение новых светских образовательных учреждений — университетов. Еще в XII в. был от­крыт университет в Болонье, а в 1200 г. 6ыл основан Парижский университет. В ХIII—XIV вв. появились университеты в других горо­дах Западной Европы: в Неаполе (1224), Тулузе (1229), Праге (1349), Вене (1365), Гейдельберге(1385) и т.д.

Средневековые университеты имели четыре факультета. Пер­вый — подготовительный; он был самым многочисленным и имено­вался факультетом «свободных искусств». Здесь преподавали семь «свободных искусств» — грамматику, риторику, диалектику (искусст­во вести диспуты), геометрию, арифметику, астрономию и музыку. Впоследствии этот факультет стали называть философским, а полученные знания подразделяли на философию натуральную, рациональную и моральную. Основными факультетами являлись медицинский, юридический и теологический. Теологический факультет считался высшим факультетом, но обычно он был наименее многочис­ленным.

4.4. Физические идеи средневековья

В период позднего средневековья (XIV—XV вв.) постепенно осуществляется пересмотр основных представлений античной естественно-­научной картины мира и складываются предпосылки для создания нового естествознания, новой физики, новой астрономии, возникно­вения научной биологии. Такой пересмотр связан, с одной стороны, с усилением критического отношения к аристотелизму, а с другой стороны, с трудностями в разрешении тех противоречий, с которы­ми столкнулась схоластика в логической интерпретации основных религиозных положений и догматов.

Одно из главных противоречий, попытки разрешения которого приводили к «разрушению» старой естественно-научной картины мира, состояло в следующем: как совместить аристотелевскую идею замкнутого космоса с христианской идеей бесконечности божественного всемогущества? Ссылки на божественное всемогущество служи­ли основанием для отказа от ряда ключевых аристотелевских положений и выработки качественно новых образов и представлений, которые способствовали формированию предпосылок новой меха­нистической картины мира. К таким представлениям и образам можно отнести следующие.

Во-первых, допущение существования пустоты, но пока не аб­страктной, а лишь как нематериальной пространственность, прони­занной божественностью (поскольку Бог не только всемогущ, но и вездесущ, как считали схоласты).

Во-вторых, изменение отношения к проблеме бесконечности природы. Бесконечность природы все чаще рассматривается как по­зитивное, допустимое и очень желательное (с точки зрения религи­озных ценностей) начало; оно как бы выражало такую атрибутивную характеристику Бога как его всемогущество.

В-третьих, возникает и представление о бесконечном прямо­линейном движении как следствие образа бесконечного прост­ранства.

В-четвертых, возникновение идеи о возможности существо­вания бесконечно большого тела. Образ пространственной беско­нечности постепенно перерастает в образ вещественно-телесной бесконечности. При этом рассуждали примерно так: «Бог может создать все, в чем не содержится противоречия; в допущении бес­конечно большого тела противоречия нет; значит, Бог может его создать».

В-пятых, допущение существования среди движений небесных тел не только идеальных (равномерных, по окружности), соизмери­мых между собой, но и несоизмеримых. Иррациональность перено­силась из земного мира в надлунный, божественный мир. В этом также виделись признаки творящей божественной силы: Бог спосо­бен творить новое повсюду и всегда. Исключение принципиального аристотелевского различия мира небесного и мира земного создава­ло предпосылки для интеграции физики, астрономии и математики.

Качественные сдвиги происходят как в кинематике, так и в дина­мике. В кинематике средневековые схоласты вводят понятия «сред­няя скорость», «мгновенная скорость», «равноускоренное движе­ние» (они его называли «униформно-дифформное»). Мгновенную скорость в данный момент они определяют как скорость, с какой стало бы двигаться тело, если бы с этого момента времени его движе­ние стало равномерным. Кроме того, постепенно вызревает понятие ускорения. Схоласты уже догадываются, что путь, пройденный телом при равноускоренном движении без начальной скорости за извест­ный промежуток времени, равен пути, который пройдет это же тело за то же время с постоянной скоростью, равной средней скорости равноускоренного движения.

В эпоху позднего средневековья значительное развитие получила динамическая «теория импетуса», которая была мостом, соединяв­шим динамику Аристотеля с динамикой Галилея. Французский философ-схоласт Жан Буридан (XIV в.) объяснял падение тел с точки зрения теории импетуса. Он считал, что при падении тел тяжесть запечатлевает в падающем теле импетус, поэтому и скорость его все время падения возрастает. Величина импетуса, по его мнению, опре­деляется и скоростью, сообщенной телу, и «качеством материи» этого тела. Импетус расходуется в процессе движения на преодоление трения; когда импетус растрачивается, тело останавливается.

Аристотель считал главным параметром для любого момента движения расстояние до конечной точки, а не расстояние от начальной точки движения. Благодаря теории импетуса исследовательская мысль постепенно сосредоточивалась на расстоянии движущегося тела от начала движения: тело, падающее под действием импетуса, накапливает его все больше и больше по мере того, как отдаляется от сходного пункта. Эти выводы стали предпосылками для перехода от снятия импетуса к понятию инерции.

Кроме того, теория импетуса способствовала развитию и уточне­нию понятия силы. Старое, античное и средневековое, понятие силы благодаря теории импетуса в дальнейшем развитии физики раздвои­лось на два понятия. Первое — то, что И. Ньютон называл «силой» (ma ), понимая под силой воздействие на тело, внешнее по отноше­нию к движению этого тела. Второе — то, что Р. Декарт называл количеством движения, т.е. факторы процесса движения (mv ), связанные с самим движущимся телом.

Все это постепенно готовило возникновение динамики Галилея *.

* См.: Гайденко В.П., Смирнов Г.А. Западноевропейская наука в средние века. Общие принципы и учение о движении. М., 1989. Разд. III.

4.5. Алхимия как феномен средневековой культуры

Алхимия складывалась в эпоху эллинизма на основе слияния приклад­ной химии египтян с греческой натурфилософией, мистикой и аст­рологией (золото соотносили с Солнцем, серебро — с Луной, медь — с Венерой и др.) (II—VI вв.) в александрийской культурной традиции, представляя собой форму ритуально-магического (герметического) искусства (см. 4.1.3). Алхимия — это самозабвенная попытка найти способ получения благородных металлов. Алхимики считали, что ртуть и сера разной чистоты, соединяясь в различных пропорциях, дают начало металлам, в том числе и благородным. В реализации алхимического рецепта предполагалось участие священных или мис­тических сил (частицы бога или дьявола, надъестественного бытия, в котором проявления человеческого мира теряют свою силу), а сред­ством обращения к этим силам было слово (заклинание, молитва) — необходимая сторона ритуала. Поэтому алхимический рецепт высту­пал одновременно и как действие, и как священнодействие *.

* Рабинович В.Л. Алхимия как феномен средневековой культуры. М. 1979. Ч. 1. Гл. 1.

В средневековой алхимии (ее расцвет пришелся на XIII—XV вв.) выделялись две тенденции. Первая — это мистифицированная алхи­мия, ориентированная на химические превращения (в частности, ртути в золото) и в конечном счете на доказательство возможности человеческими усилиями осуществлять космические превращения. В русле этой тенденции арабские алхимики сформулировали идею «философского камня» — гипотетического вещества, ускорявшего «созревание» золота в недрах земли; это вещество заодно трактова­лось и как элексир жизни, дающий бессмертие.

Вторая тенденция была больше ориентирована на конкретную практическую технохимию. В этой области достижения алхимии не­сомненны. К ним следует отнести: открытие способов получения серной, соляной, азотной кислот, «царской водки», селитры, сплавов ртути с металлами, многих лекарственных веществ, создание хими­ческой посуды и др.

Деятельность алхимика опиралась на некоторую совокупность «теоретических» представлений и образов. В их основе представле­ние о том, что исходное материальное начало — первичная материя — хаотична, бесформенна и потенциально содержит в себе все тела, все минералы и металлы. Порожденные первоматерией тела уже не ис­чезают, но зато могут быть превращены друг в друга. Между первома­терией и отдельными порожденными ею материальными телами есть два промежуточных «звена». Первое звено — всеобщие качественные принципы мужского (сера) и женского (ртуть) начал; в XV в. к ним добавили третье начало — «соль» (движение). Второе звено — это состояния, качества, свойства первоэлементов: земля (твердое состояние тела), огонь (лучистое состояние), вода (жидкое состоя­ние), воздух (газообразное состояние), квинтэссенция (эфирное состояние). Алхимики полагали, что в результате взаимодействия каче­ственных принципов (начал) и состояний первоэлементов можно осуществлять любые трансмутации веществ.

Среди алхимиков, наряду с шарлатанами и фальсификаторами, было немало искренне убежденных в реальности всеобщей взаимо-превращаемости веществ; в том числе и крупных мыслителей — Раймунд Луллий, Арнольдо да Вилланова, Альберт Великий, Фома Аквинский, Бонавентура и др. Почти невозможно в средневековье отде­лить друг от друга деятельность, связанную с химией, и деятельность, связанную с алхимией. Они переплетались самым теснейшим об­разом.

Особое отношение к алхимии складывалось в системах светской и церковной власти. С одной стороны, крупные феодалы рассчиты­вали с помощью алхимии поправить свое материальное положение и потому преклонялись перед алхимией и ее «возможностями». С дру­гой стороны, власть имущие к алхимии относились подозрительно. Так, римский император Диоклектиан в 296 г., опасаясь, что получе­ние алхимиками золота ослабит его казну и экономику, приказал уничтожить все алхимические рукописи. По тем же причинам в 1317г. папа Иоанн XXII предал алхимию анафеме. Но это не помогло, и еще много столетий (вплоть до середины XVIII в.) алхимия остава­лась элементом европейской духовной культуры.

4.6. Религиозная трактовка происхождения человека

В области биологии средневековье не дало новых идей. При этом многие античные достижения были либо утеряны, либо переинтерпретированы в религиозном духе. Особенно это касается таких миро­воззренческих проблем, как происхождение жизни и происхожде­ние человека. В рамках религиозного мировоззрения происхожде­ние жизни и человека рассматривались как прямое, непосредствен­ное творение их Богом. В той или иной форме этот взгляд характерен для всех трех мировых религий — христианства, мусульманства и буддизма.

«И создал Господь Бог человека из праха земного и вдунул в лицо его дыхание жизни; и стал человек душою живою», — написано в библейской книге Бытия. Примерно в таком же ключе трактует этот вопрос и ислам. Аллах (который согласно Корану имеет лицо, руки, глаза, восседает на престоле и др.) слепил тело человека из глины, а затем одухотворил его: «вдул в него от своего духа». «Бог создал вас и то, что вы делаете», — говорится в Коране.

В буддизме (с его сильной установкой на поиски путей нравствен­ного самосознания и самосовершенствования) вопрос о происхожде­нии человеческого общества так прямо не формулируется, поскольку материальный мир рассматривается как непрерывно творимый без­начальным абсолютным сознанием — драхмами. Поэтому страдания мира и людей в нем безначальны. Но зато отдельный человек форми­руется на всех этапах (ниданах) своего роста под непосредственным влиянием сверхъестественного духа. Божественное сознание прони­зывает душу человека еще на этапе его эмбрионального развития, а затем сопровождает его всю жизнь.

Религиозные представления о времени возникновения человека, а также о закономерностях развития человеческого общества были далеки от реальности. Так, христианская историософия относила начало существования человечества к 5509 г. до н.э.* Вся история человечества при этом делилась на два основных периода — «допо­топный» и «послепотопный». Согласно библейскому рассказу в допо­топную эпоху в последний, заключительный, шестой день творения Бог создал из праха земного Адама, а затем Еву из ребра его, дал им возможность беспечно жить в саду Эдема — райской обители. Новое, «послепотопное» человечество произошло от единственного из «божественных» людей «допотопной» эпохи (т.е. прямых предков Адама и Евы) — Ноя и его потомков, сохранившихся во время потопа в ковчеге, и т.д. и т.п.

* В России, например, вплоть до 1700 г. летоисчисление велось от дня «сотво­рения мира», которым считалось 21 марта 5509 г. до н.э.

Интересно, что в средневековье религиозные догматы о сотворении человека Богом вполне уживались с самыми невероятными вы­мыслами о прошлом людей и о народах неведомых стран. Так, средне­вековые географы и хронисты всерьез принимали легенды о собакоголовых людях (киноцефалах), фанезийцах (т.е. людях, закутывав­шихся в свои громадные уши, как в одеяла), кентаврах (людях с туловищем лошади), мантихорах (существах с лицом человека, туло­вищем льва и хвостом скорпиона) и др. Что касается вопроса о воз­никновении человечества и его первоначальной истории, то в сре­дневековье считалось, что об этом все уже сказано в библейской легенде. Попытки поставить под сомнение эту одну из основных догм христианства рассматривались как опаснейшая ересь и жестоко преследовались. Так, в 1450 г. на костре инквизиции был сожжен Самуил Capc, высказавший догадку, что человечество гораздо древнее, чем об этом говорится в Библии. Религиозная концепция происхождения человека была влиятельным элементом общественного сознания в европейских странах вплоть до середины XIX в. Так, например, даже в начале XIX в. такой видный французский палеонтолог, как Жорж Кювье из религиозных соображений отрицал существование ископа­емого человека.

4.7. Историческое значение средневекового познания

Историческая роль средневекового сознания состояла не в поиске новых рациональных форм знания, отражающих объективные законы природы, а в пролиферации, умножении связей и отношений чувственных образов. Существенные связи и отношения мира даны субъекту не только в абстрактных понятийных формах, но и в допонятийных формах отражения, в том числе и в перцептивных образах. В этом случае они как бы впаяны в содержание образов наряду с множеством случайных свойств объекта и должны быть отделены друг от друга. Для перехода к научному познанию природы сознание должно было сформировать структуры, позволяющие отбирать из множества связей и отношений чувственных образов такие, которые носят существенный, закономерный характер.

Реализация данной задачи возможна тогда, когда структурная часть (т.е. логические формы, категориальные структуры, операциональный состав мышления, символические элементы, математичес­кие формализмы и др.) приобретают ярко выраженную самостоя­тельность по отношению к субстратной части познавательных систем (т.е. чувственные, сенсорно-перцептивные образы, операнды мышления, абстракции и др.). Иначе говоря, логико-понятийное на­чало, выражавшее собой апробированные практикой всеобщие, уни­версальные связи и отношения мира, на определенном этапе истории познания должно подняться на уровень систематического прева­лирования над чувственно-образным началом. Такой революцион­ный качественный переход, затрагивающий самые глубины деятельности сознания, несла с собой эпоха Возрождения.

5. ПОЗНАНИЕ ПРИРОДЫ В ЭПОХУ ВОЗРОЖДЕНИЯ

Новый величайший переворот в системе культуры происходит в эпоху Возрождения, которая охватывает XIV — начало XVII в. Эпоха Возрождения — эпоха становления капиталистических отношений, первоначального накопления капитала, восхождения социально-политической роли города, буржуазных классов, складывания абсолютист­ских монархий и национальных государств, эпоха глубоких социальных конфликтов, религиозных войн, ранних буржуазных революций, возрождения античной культуры, возникновения книгопечатания, эпоха титанов мысли и духа.

Социально-исторической предпосылкой культуры Возрождения явилось станов­ление буржуазного индивидуализма, который приходил на смену сословно-иерархической структуре феодальных отношений. Средневековье завершает тот длительный период истории человечества, в ходе которого человек был еще привязан прямыми либо опосредованными узами к коллективу определенного типа. Этот отрыв оконча­тельно осуществился именно в эпоху Возрождения. «Не терпеть нужды и не иметь излишка, не командовать другими и не быть в подчинении — вот моя цель», — писал Ф. Петрарка, выражая этим не только свои личные цели, но и жизнеощущение эпохи*. В социально-психологическом плане ренессансный индивидуализм порождал такую особенность образа жизни, которую великий русский мыслитель А.Ф. Лосев называл «субъективистически-индивидуалистической жаждой жизненных ощущений незави­симо от их религиозных или моральных ценностей»**. Жизнь на свой страх и риск, предполагающая индивидуализм и самоутверждение личности, возможна только в условиях активно-деятельного отношения к миру.

* Петрарка Ф. Автобиография. Исповедь. Сонеты. М., 1915. С. 128.

** Лосев А.Ф. Эстетика Возрождения. М., 1978. С. 57.

Именно такое отношение характеризует систему новых ценностей буржуазной городской культуры свободных и независимых ремесленников, торговцев, мастеров, средневековой интеллигенции. Среди этих ценностей: высокая работоспособность; умение трудиться; инициативность, стремление побольше успеть, свершить; умение ценить время, дорожить им (время — это такой «божий дар» человеку, который нельзя никому передать, но вместе с тем его можно потерять в ничегонеделании); и наконец, личная ответственность за результаты своей деятельности. Правда, есть вещи, кото­рые неподвластны времени, и это делает их божественными: личная доблесть, знание и семья; их реализация приводит к утверждению вечных ценностей и исторически значимых дел, которые по достоинству смогут оценить лишь потомки.

5.1. Ренессанская мировоззренческая революция

В эпоху Возрождения была проведена основная мыслительная рабо­та, подготовившая возникновение классического естествознания. Это стало возможным благодаря мировоззренческой революции, свершившейся в эпоху Ренессанса и состоявшей в изменении систе­мы человек—мир человека. Эта система распалась на три относитель­но самостоятельных отношения: отношение Человека к Природе, к Богу и к самому себе.

В эпоху средневековья определяющим отношением к миру было отношение человека к Богу как высшей ценности. Отношение чело­века к природе, которая рассматривалась как символ Бога, и к самому себе как смиренному рабу божьему были производными от этого основного отношения. На основе индивидуализации личности, фор­мирования новых ценностей и установок в эпоху Ренессанса проис­ходит мировоззренческая переориентация субъекта. На первый план постепенно выдвигается отношение человека к природе, а отноше­ния же человека к Богу и к самому себе выступают как производные. В логике такого идейного движения Ренессанс преодолел дуализм темного и небесного миров («двух градов» Августина). В ренессансном сознании эти два мира сближаются вплоть до пронизывания друг друга, слияния, превращения в некую амбивалентную тотальность. В человеке на первый план выдвигается то, что есть в нем божественного: один человек сам способен превращаться для другого в некото­рое божество.

Поскольку все связано со всем и все взаимопроникает во все, постольку все (а не только Бог) достойно быть предметом познания. В этом смысле предмет познания один - богоприрода или природобог. Философско-рационалистическое преодоление теизма с необхо­димостью проходит через стадию пантеизма. А ренессансный онто­логический пантеизм, в свою очередь, повлек за собой гносеологи­ческий плюрализм: не только все может быть предметом познания, но и все точки зрения о предмете имеют право на существование, каждая культура имеет право на свое мировоззрение. В условиях эволюционного развития познания такой плюрализм привел бы к эклектизму. В революционную ренессансную эпоху гносеологичес­кий плюрализм ведет к релятивизму, который воплощает субъектив­но-творческий прорыв к будущим целостным формам теоретическо­го синтеза, смыслового многообразия и вселенской гармонии. Имен­но новаторством, переходностью, сложностью и многообразием эпоха Возрождения глубоко созвучна нашей эпохе.

Право на существование имеют все точки зрения, а значит, и те из них, которые содержат инновации. Более того, именно содержащая новизну позиция наиболее предпочтительна. С этого начинается формирование исторического мышления, ощущение культурно-ис­торической дистанции, постепенное формирование духа новаторст­ва. Противоречивость ренессансной культуры в этом отношении со­стояла в том, что ренессансное сознание это новое искало в... анти­чном прошлом.

Творчески-новаторское отношение к миру выдвигает на первый план познавательную составляющую сознания, разум выходит «из изгнания», куда он заточен средневековой установкой на первенство веры над чувствами, а чувств над разумом. Уже у Н. Кузанского позна­ние мира бесконечно и ведущим средством познания является разум. Мир для него — это богоприрода или природобог. Мир, Вселенная — бесконечны. Бесконечность мира познается разумом путем «совпаде­ния противоположностей».

Николай Кузанский принадлежит зрелому Возрождению. А в пе­риод позднего Возрождения Н. Коперник, создавая гелиоцентричес­кую систему мира, на деле показывает творческие возможности разу­ма, позволяющего через выделение и исследование противоречий в сфере явления проникать в сущность вещей, которая может быть полностью противоположной явлению.

Теоретическая мысль Возрождения еще не поднялась до уровня постановки и решения проблемы метода научного познания приро­ды, однако предварила ее формулированием ряда принципиальных идей: гуманизма, рационализма, познаваемости мира, историзма и социально-исторического оптимизма. Но в ренессансном типе позна­ния мыслительное и образно-чувственное не вполне разграничива­лись, часто выступая в синкретическом единстве. Это не позволяло создать методологический инструментарий для конкретно-научного познания природы. Созданием основ методологии конкретно-науч­ного познания занялись мыслители Нового времени, прежде всего Ф. Бэкон и Р. Декарт.

Не дала эпоха Возрождения и сложных, логически непротиворе­чивых фундаментальных теорий. Она решала другую задачу: посред­ством глубокого синтеза имевшегося мыслительного материала, но­вого способа функционирования культуры, новой системы ценнос­тей осуществить объективистскую перестройку сознания, сформиро­вать его новый исторический тип, в котором бы познавательная составляющая сознания доминировала над ценностной. В культуре Возрождения главной ценностью становится бескорыстное объективное по­знание мира . На основе этой важнейшей мировоззренческой ценнос­ти складываются непосредственные предпосылки возникновения классического естествознания.

5.2. Зарождение научной биологии

Стихийно-эмпирическое накопление знаний о мире органических явлений длилось тысячелетиями. Но долгое время знания о биологических явлениях не выделялись из общей совокупности знаний о природе в самостоятельную отрасль. Биологические знания излага­лись вперемешку со знаниями о химических, физических, географи­ческих, климатических, метеорологических, социально-историчес­ких явлениях. Специфика биологического объекта просто не фиксировалась, стихийно-эмпирически накапливаясь в основном как побочный продукт деятельности ремесленников, крестьян, путешественников, алхимиков, паломников, купцов, фармацевтов, лекарей и др. Природа выступала как нерасчлененное целое.

В эпоху Возрождения ситуация в сфере познания живого измени­лась. Здесь особое место принадлежит XVI в. В истории биологии этот период выделяется как начало глубокого перелома в способах познания живого. Ренессансный гуманизм, пересмотрев представление о месте человека в природе, возвысил роль человека в мире, вплоть до того, что божественность стали рассматривать как один из атрибутов человечности. В человеке видели венец, светоч природы, пололагая, что уже в силу одного этого он достоин самого тщательного изучения, внимания и заботы. Отражением главной ориентации той эпохи — ориентации на человека, на совокупность его ближайших потребностей и прежде всего на решение наиболее близких ему ме­дицинских проблем — было быстрое развитие биологического позна­ния. Известный историк естествознания П. Таннери, характеризуя «данный период развития биологии, писал: «...История науки в пер­овой половине XVI столетия была в сущности только историей медицины» *. В сторону человека развернулась даже алхимия; результатом слияния алхимии с медициной стала ятрохимия. Основоположник ятрохимии Парацельс утверждал, что «настоящие цели алхимии за­ключаются не в изготовлении золота, а в приготовлении лекарств».

* Таннери П. Исторический очерк развития естествознания в Европе. М., 1934. С. 48.

Особенности развития биологии в XVI—XVII вв. во многом опре­делялись практическими потребностями развивавшегося капиталис­тического хозяйства, прежде всего его аграрного сектора, социаль­но-классовыми потрясениями, ростом влияния материалистической философии на естествознание в целом и биологию в частности, институционализацией научной деятельности. На смену средневековой феодальной упрощенной культурно-бытовой сфере жизнедеятельности приходит буржуазный образ жизни, сформировавшийся в среде городской бюргерской культуры. Его важнейшими атрибутами были, в частности, цветоводство и садоводство. В XV—XVI вв. потреб­ности медицины обусловили появление разного рода травников, а затем и создание «аптекарских садов», которые впоследствии превра­тились в ботанические сады; широко развивалась практика сбора гербариев. Мир животных тоже становится объектом интереса. В эпоху Возрождения значительно совершенствуется организация коневодства и конных заводов. А при дворах многих европейских правителей создаются даже настоящие зоопарки. На таком фоне по­вышается интерес к растению и животному как таковому. Как совер­шенно справедливо отмечал первооткрыватель итальянского Возрождения Я. Буркхард, «всем этим была... создана... благоприятная почва для развития научной зоологии, как и ботаники» *.

* Буркхард Я. Культура Возрождения в Италии. Опыт-исследования. М., 1996. С.192.

Значительные изменения происходят в способе биологического познания — вырабатываются стандарты, критерии и нормы исследо­вания органического мира. На смену стихийности, спекулятивным домыслам, фантазиям и суевериям постепенно приходит установка на объективное, доказательное, эмпирически обоснованное знание. Благодаря коллективным усилиям ученых многих европейских стран такая установка обеспечила постепенное накопление колоссального фактического материала. Значительную роль в этом процессе сыгра­ли Великие географические открытия, эпоха которых раздвинула мировоззренческий горизонт европейцев — они узнали множество новых биологических, геологических, географических и других явле­ний. Фауна и флора вновь открытых стран и континентов не только значительно расширили эмпирический базис биологии, но и поста­вили вопрос о его систематизации.

Огромная описательная накопительная работа, проведенная в XVI—XVII вв. в биологии, имела важные последствия. Во-первых, она вскрыла реальное многообразие растительных и животных форм и наметила общие пути их систематизации. Если в ранних ботаничес­ких описаниях (О. Брунфельса, И. Бока, К. Клузиуса и др.) еще отме­чается множество непоследовательностей и отсутствуют четкие принципы систематизации и классификации, то уже М. Лобеллий, К. Баугин и особенно А. Цезальпино закладывают программу созда­ния искусственной систематики (получившую свое развитие в рабо­тах Ж.Л. Турнефора, искусственная система которого была общепри­нятой в конце XVII—первой половине XVIII в.), а И. Юнг дает теоретический ориентир на развитие естественной систематики расте­ний, получивший развитие в трудах Р. Моррисона и Дж. Рэя.

В это же время осуществляется и систематизация зоологического материала, прежде всего такими учеными-энциклопедистами, как К. Геснер и У. Альдрованди. Закладываются основы частных отраслей зоологии — энтомологии (Т. Моуфет), орнитологии (П. Белон), Этиологии (Г. Рондель). Сильнейший импульс развитию зоологии был дан изобретением микроскопа. Обнаружение мира микроорга­низмов А. ван Левенгуком оказало поистине революционизирующее влияние на развитие биологии, а Ф. Стелутти одним из первых при­менил микроскоп для изучения анатомии животных, в частности насекомых.

Во-вторых, накопительная биологическая работа в XVI— XVII вв. значительно расширила сведения о морфологических и ана­томических характеристиках организмов. В трудах Р. Гука, Н. Грю, Я. Гельмонта, М. Мальпиги и др. получила развитие анатомия растений, были открыты клеточный и тканевый уровни организации растений, сформулированы первые догадки о роли листьев и солнечного света в питании растений. Установление пола у растений и внедрение экспериментального метода в ботанику — заслуга Р.Я. Камерариуса; садовод Т. Ферчайльд (не позже 1717 г.) создал первый искусственный растительный гибрид (двух видов гвоздики). На основе искусственной гибридизации совершенствовались методы искус­ственного опыления, закладывались отдаленные предпосылки генетики.

Важной вехой в развитии анатомии стало, творчество А. Везалия, исправившего ряд крупных ошибок, укоренившихся в биологии и медицине со времен античности. М. Сервет, павший жертвой протес­тантского религиозного фанатизма, и У. Гарвей исследовали проблему кровообращения. У. Альдрованди обратился к традиции античной эмбриологии, а его ученик В. Койтер, систематически изучая разви­тие куриного зародыша, заложил основы методологии эксперимен­тального эмбриологического исследования. Г. Фаллопий и Б. Евстахий проводят сравнение структуры человеческого зародыша и взрослого человека, соединяя тем самым анатомию с эмбриологией. На аристотелевско-телеологической основе формировались первые теоретические концепции в эмбриологии (Фабриций из Аквапенденте). В XVII в. складывается синтез анатомии и физиологии, возникают предпосылки структурно-функционального подхода (Г. Азелли, К. Покэ, Ф. Глиссон, Р. де Грааф и др.)

В-третьих, важным следствием развития биологии явилось нормирование научной методологии и методики исследования живого. Поиски рациональной, эффективной методологии привели к стремлению использовать в биологии методы точных наук — матема­тики, механики, физики и химии. Сформировались даже целые на­правления в биологии — иатромеханика, иатрофизика и иатрохимия. В русле этих направлений были получены отдельные конструктив­ные результаты. Так, например, Дж. Борелли подчеркивал важную роль нервов в осуществлении движения, а Дж. Майов одним из пер­вых провел аналогию между дыханием и горением. Значительный вклад в совершенствование тонкой методики анатомического иссле­дования внес Я. Сваммердам.

В-четвертых, следствием накопительной работы является развитие теоретического компонента биологического познания — выработка понятий, категорий, методологических установок, созда­ние первых теоретических концепций, призванных объяснить фун­даментальные характеристики живого. Прежде всего это касалось природы индивидуального развития организма, в объяснении кото­рой сложилось два противоположных направления — преформизм и эпигенез .

Преформисты (Дж. Ароматари, Я.Сваммердам, А. ван Левенгук, Г.В. Лейбниц, Н. Мальбранш и др.) исходили из того, что в зароды­шевой клетке уже содержатся все структуры взрослого многоклеточ­ного организма, потому процесс онтогенеза сводится лишь к количе­ственному росту всех предобразованных зачатков органов и тканей. Преформизм существовал в двух разновидностях: овистической , в со­ответствии с которой будущий взрослый организм предобразован в яйце (Я. Сваммердам, А. Валлисниери и др.), и анималькулистской , сторонники которой полагали, что будущий взрослый организм предобразован в сперматозоидах (А. ван Левенгук, Н. Гартсекер, И. Либеркюн и др.).

Уходящая своими корнями в аристотелизм, теория эпигенеза (У. Гарвей, Р. Декарт, пытавшийся построить эмбриологию, изло­женную и доказанную геометрическим путем, и др.) полностью отрицала какую бы то ни было предопределенность развития организма и отстаивала точку зрения, в соответствии с которой развитие струк­тур и функций организма определяется воздействием внешних фак­торов на непреформированную зародышевую клетку. Борьба между этими направлениями была острой, длительной, велась с перемен­ным успехом. Каждое направление обосновывало свою позицию не только эмпирическими, но и философскими соображениями (так, преформизм хорошо согласовывался с креационизмом: Бог создал мир со всеми населяющими его существами, как теми, которые были и есть, так и теми, которые еще только появятся в будущем).

В целом же биология в XVI—XVII вв. была в зачаточном состоянии; растительный и животный миры были исследованы лишь в самых грубых чертах, биологические объяснения носили чисто механичес­кий и поверхностный характер. Биологическое познание еще не вы­работало в это время своей собственной системы методологических установок.

5.3. Коперниканская революция

5.3.1. Гелиоцентрическая система мира

В эпоху раннего средневековья в Европе безраздельно господствовалa библейская картина мира. Затем она сменилась догматизирован­ным аристотелизмом и геоцентрической системой Птолемея. Посте­пенно накапливавшиеся данные астрономических наблюдений под­качивали основы этой картины мира. Несовершенство, сложность и запутанность птолемеевской системы становились очевидными. Многочисленные попытки увеличения точности системы Птолемея лишь усложняли ее. (Общее число вспомогательных кругов возросло почти до 80.) Еще в XIII в. кастильский король Альфонсо Х высказался в том смысле, что если бы он мог давать Богу советы, то посоветовал бы при создании мира устроить его проще.

Птолемеевская система не только не позволяла давать точные предсказания; она также страдала явной несистематичностью, отсут­ствием внутреннего единства и целостности; каждая планета рассмат­ривалась сама по себе, имела отдельную от остальных эпициклическую систему, собственные законы движения. В геоцентрических сис­темах движение планет представлялось с помощью нескольких рав­ноправных независимых математических моделей. Для объяснения петель движения данной планеты предполагалось помимо движения по деференту движение по своей группе эпициклов, никак не связан­ных, вообще говоря, с эпициклами и деферентами других планет. Строго говоря, геоцентрическая теория не обосновала геоцентрической системы, так как объектом этой теории система планет (или планетная система) не являлась; в ней речь шла об отдельных движе­ниях небесных тел, не связанных в некоторое системное целое. Гео­центрические теории позволяли предвычислять лишь направления нa небесные светила, но не определить истинную удаленность и рас­положение их в пространстве. Птолемей считал эти задачи вообще неразрешимыми. Установка на поиск внутреннего единства и систем­ности была той основой, вокруг которой концентрировались предпо­сылки создания гелиоцентрической системы.

Создание гелиоцентрической теории было связано и с необходи­мостью реформы юлианского календаря, в котором две основные точки — равноденствие и полнолуние — потеряли связь с реальными астрономическими событиями. Календарная дата весеннего равно­денствия, приходившаяся в IV в. н.э. на 21 марта и закрепленная за этим числом Никейским собором в 325 г. как важная отправная дата при расчете основного христианского праздника Пасхи, к XVI в. отставала от действительной даты равноденствия на 10 дней. Еще с VIII в. юлианский календарь пытались совершенствовать, но безус­пешно. Латеранский собор, проходивший в 1512—1517 гг. в Риме, отметил чрезвычайную остроту проблемы календаря и предложил ее решить ряду известных астрономов, среди которых был и Н. Копер­ник. Но он ответил отказом, так как считал недостаточно развитой и точной теорию движения Солнца и Луны, которые и лежат в основе календаря. Однако это предложение стало для Н. Коперника одним из мотивов совершенствования геоцентрической теории.

Другая общественная потребность, стимулировавшая поиски новой теории планет, была связана с мореходной практикой. Новые, более точные таблицы движения небесных тел, прежде всего Луны и Солнца, требовались для вычисления положений Луны для данного места и момента времени. Определяя разницу во времени одного и того же положения Луны на небе — по таблицам и по часам, установ­ленным по Солнцу во время плавания, вычисляли долготу места на море. Долгое время это был единственный способ нахождения долго­ты во время длительных морских плаваний.

Совершенствование теории планетной системы стимулирова­лось также и нуждами все еще популярной тогда астрологии.

Существенно упростивший астрономические вычисления с помо­щью тригонометрии немецкий астроном и математик Региомонтан (его «Эфемериды» вышли в свет в 1474 г.) выдвинул идею о том, что в птолемеевской теории можно освободиться от эпициклов и дефе­рентов, если заменить описания пяти планет (исключая Землю), вращающихся вблизи Солнца по эпициклам и деферентам, эквивалентной системой планет, вращающихся вокруг Солнца по эксцентричес­ким окружностям. Это был прямой путь к созданию геогелиоцентри­ческой системы, от которой оставался лишь один шаг до «чистого» гелиоцентризма. К другим предпосылкам гелиоцентризма следует отнести, по мнению известного историка науки Т. Куна, «достиже­ния в химическом анализе «падающих камней», имевшие место в средневековье, возрождение в эпоху Ренессанса древнемистической неоплатонистской философии, которая учила, что Солнце — это образ бога, и атлантические путешествия, которые расширили тер­риториальный горизонт человека эпохи Ренессанса» *.

* Kuhn T. The Copernican Revolution: Planetary Astronomy in the Development of Western Thought. Cambridge, 1957. P. VIII.

Величайшим мыслителем, которому суждено было начать вели­кую революцию в астрономии, повлекшую за собой революцию во всем естествознании, был гениальный польский астроном Николай Коперник. Еще в конце XV в., после знакомства и глубокого изучения «Альмагеста», восхищение математическим гением Птолемея сменилось у Коперника сначала сомнениями в истинности этой теории, а затем и убеждением в существовании глубоких противоречий в гео­центризме. Он начал поиск других фундаментальных астрономичес­ких идей, изучал сохранившиеся сочинения или изложения учений древнегреческих математиков и философов, в том числе и первого гелиоцентриста Аристарха Самосского, и мыслителей, утверждав­ших подвижность Земли *.

* В древности кроме Аристарха Самосского негеоцентрические идеи высказы­вались пифагорейцами Филолаем (считавшим, что все планеты и Солнце враща­ются вокруг некоего «центрального огня»), Экфантом (учение о вращении Земли вокруг своей оси), Гераклидом Понтийским (в его учении Земля находилась в центре мира, вращалась вокруг своей оси, а Меркурий и Венера вращались вокруг Солнца) и др. Кроме того, в эпохи античности и средневековья в различных мистических, эзотерических учениях духовный центр мира (Единое, Благо, Логос, Абсолют и др.) олицетворялся с Солнцем как источником «духовного» света. Такое олицетворение получило название «духовного гелиоцентризма».

Коперник первым взглянул на весь тысячелетний опыт развития астрономии глазами человека эпохи Возрождения: смелого, уверенного, творческого, новатора. Предшественники Коперника не имели смелости отказаться от самого геоцентрического принципа и пыта­лись либо совершенствовать мелкие детали птолемеевской системы, либо обращаться к еще более древней схеме гомоцентрических сфер. Коперник сумел разорвать с этой тысячелетней консервативной аст­рономической традицией, преодолеть преклонение перед древними авторитетами. Он был движим идеей внутреннего единства и систем­ности астрономического знания, искал простоту и гармонию в при­роде, ключ к объяснению единой сущности многих, кажущихся раз­личными явлений. Результатом этих поисков и стала гелиоцентри­ческая система мира.

Между 1505—1507 гг. Коперник в «Малом комментарии» изложил принципиальные основы гелиоцентрической астрономии. Теорети­ческая обработка астрономических данных была завершена к 1530 г. Но только в 1543 г. увидело свет одно из величайших творений в истории человеческой мысли — «О вращениях небесных сфер», где изложена математическая теория сложных видимых движений Со­лнца, Луны, пяти планет и сферы звезд с соответствующими матема­тическими таблицами и приложением каталога звезд.

В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого дви­жутся планеты, и среди них впервые зачисленная в ранг «подвижных звезд» Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы находится сфера звезд. Его вывод о чудовищной удаленности этой сферы диктовался гелиоцентрическим принци­пом; только так мог Коперник согласовать его с видимым отсутствием у звезд смещений за счет движения самого наблюдателя вместе с Землей (т.е. отсутствием у них параллаксов).

Система Коперника была проще и точнее системы Птолемея, и ее сразу же использовали в практических целях. На ее основе составили «Прусские таблицы», уточнили длину тропического года и провели в 1582 г. давно назревшую реформу календаря — был введен новый, или григорианский, стиль*.

* Он был введен 5 октября (которое стало 15-м) 1582 г. по инициативе папы Григория XIII на основе проекта, предложенного Луиджи Лиллио.

Меньшая сложность теории Коперника и получавшаяся, но лишь на первых порах, большая точность вычислений положений планет по гелиоцентрическим таблицам были не самыми главными достоинствами его теории. Более того, теория Коперника при расчетах ока­залась не намного проще птолемеевской, а по точности предвычислений положений планет на длительный промежуток времени прак­тически не отличалась от нее. Несколько более высокая точность, дававшаяся на первых порах «Прусскими таблицами», объяснялась не только введением нового гелиоцентрического принципа, а и более развитым математическим аппаратом вычислений *. Но и «Прусские таблицы» также вскоре разошлись с данными наблюде­ний. Это даже охладило первоначальное восторженное отношение к теории Коперника у тех, кто ожидал от нее немедленного практичес­кого эффекта. Кроме того, с момента своего возникновения и до открытия Галилеем в 1616 г. фаз Венеры, т.е. более полувека, вообще отсутствовали прямые наблюдательные подтверждения движения планет вокруг Солнца, которые свидетельствовали бы об истинности гелиоцентрической системы. В чем же действительное достоинство, привлекательность и истинная сила теории Коперника? Почему она вызвала революционное преобразование всего естествознания?

* См.: Клайн М. Математика. Поиск истины. М., 1988. С. 84.

Любое новое всегда возникает на базе и в системе старого. Копер­ник в этом отношении не был исключением. Он разделял многие представления старой, аристотелевской космологии. Так, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным сфе­рой неподвижных звезд. Он не отступал от аристотелевской догмы, в соответствии с которой истинные движения небесных тел могут быть только равномерными и круговыми. В этом он был даже больший консерватор и приверженец аристотелизма, чем Птолемей, ко­торый ввел понятие экванта и допускал неравномерное движение центра эпицикла по деференту. Стремление восстановить аристоте­левские принципы движения небесных тел, нарушавшиеся в ходе развития геоцентрической системы, кстати сказать, и стало для Коперника одним из мотивов поисков иных, негеоцентрических похо­дов к описанию движений планет.

Но, в отличие от своих предшественников, Коперник пытался создать логически простую и стройную планетную теорию. В отсут­ствие простоты, стройности, системности Коперник увидел корен­ную несостоятельность теории Птолемея, в которой не было единого стержневого принципа, объясняющего системные закономерности в движениях планет. Н. Коперник писал:

«...Я ничем иным не был приведен к мысли придумать иной способ вычисления движений небесных тел, как только тем обстоятельством, что относительно исследований этих движений математики не согласны между собой. Начать с того, что движения Солнца и Луны столь мало им известны, что они не в состоянии даже доказать и определить продолжительность года. Затем, при определении движений не только этиx, но и других пяти блуждающих светил, они не употребляют ни одних и тех же одинаковых начал, ни одних и тех же предположений, ни известных доказательств... Даже главного — вида мироздания и известную симметрию между частями его — они не в состоянии вывести на основании этой теории» * .

* Коперник Н. О вращении небесных сфер. М., 1964. С. 12.

Коперник был уверен, что представление движений небесных тел как единой системы позволит определить реальные физические ха­рактеристики небесных тел, т.е. то, о чем в геоцентрической модели вовсе не было и речи. Поэтому свою теорию он рассматривал как теорию реального устройства Вселенной.

Возможность перехода к гелиоцентризму (подвижности Земли, обращающейся вокруг реального тела — неподвижного Солнца, рас­положенного в центре мира) Коперник совершенно справедливо усмотрел в представлении об относительном характере движения, известном еще древним грекам, но забытом в средние века. Неравно­мерное петлеобразное движение планет, неравномерное движение Солнца Коперник, как и Птолемей, считал кажущимся эффектом. Но он представил этот эффект не как результат подбора и комбинации движений по условным вспомогательным окружностям, а как результат перемещения самого наблюдателя. Иначе говоря, этот, эффект объяснялся тем, что наблюдение ведется с движущейся Земли. Допу­щение подвижности Земли было главным новым принципом в систе­ме Коперника.

Обоснование введения принципа гелиоцентризма Коперник ус­матривал в особой роли Солнца, отразившейся уже в птолемеевской схеме. В этой схеме планеты по свойствам их движений как бы разде­лялись Солнцем на две группы — нижние (ближе к Земле, чем Солнце) и верхние. Среди тех кругов, которые применялись для описания ви­димого движения планет, обязательно был один круг с годичным, как у Солнца, периодом движения по нему. Для верхних планет — это был первый, или главный эпицикл, для нижних — деферент. Кроме того, Меркурий и Венера (нижние планеты) вообще все время сопровожда­ли Солнце, совершая около него лишь колебательные движения.

Революционное значение гелиоцентрического принципа состоя­ло в том, что он представил движения всех планет как единую систе­му, объяснил многие ранее непонятные эффекты. Так, с помощью представления о годичном и суточном движениях Земли теория Ко­перника сразу же объяснила все главные особенности запутанных видимых движений планет (попятные движения, стояния, петли) и раскрыла причину суточного движения небосвода. Петлеобразные движения планет теперь объяснялись годичным движением Земли вокруг Солнца. В различии же размеров петель (и, следовательно, радиусов соответствующих эпициклов) Коперник правильно увидел отображение орбитального движения Земли: наблюдаемая с Земли планета должна описывать видимую петлю тем меньшую, чем дальше она от Земли. В системе Коперника впервые получила объяснение загадочная прежде последовательность размеров первых эпициклов у верхних планет, введенных Птолемеем. Размеры их оказались убы­вающими с удалением планеты от Земли. Движение по этим эпицик­лам, равно как и движение по деферентам для нижних планет, совер­шалось с одним периодом, равным периоду обращения Солнца во­круг Земли. Все эти годичные круги геоцентрической системы оказались излишними в системе Коперника.

Впервые получила объяснение смена времен года: Земля движет­ся вокруг Солнца, сохраняя неизменным в пространстве положение оси своего суточного вращения.

Более того, это глубокое объяснение видимых явлений позволило Копернику впервые в истории астрономии поставить вопрос об оп­ределении действительных расстояний планет от Солнца. Коперник понял, что этими расстояниями планет были величины, обратные радиусам первых эпициклов для внешних планет и совпадающие с радиусами деферентов — для внутренних *. Таким образом он получает весьма точные относительные расстояния планет от Солнца (в а.е.), (в скобках — современные данные):

Меркурий 0,375 (0,387) Марс 1.52 (1,52)

Венера 0,720 (0,723) Юпитер 5,21 (5,20)

Земля 1,000 (1,000) Сатурн 9,18 (9,54)

* Объявляя задачу определения расстояний до тел Солнечной системы нераз­решимой, Птолемей не догадывался, что на самом деле решение этой задачи уже содержалось в скрытом виде в его системе.

Теория Коперника логически стройная, четкая и простая. Она способна рационально объяснить то, что раньше либо не объясня­лось вовсе, либо объяснялось искусственно, связать в единое то, что ранее считалось совершенно различными явлениями. Это — ее несо­мненные достоинства; они свидетельствовали о истинности гелио­центризма. Наиболее проницательные мыслители поняли это сразу. И уже не столь важным было то, что Коперник отдал дань анти­чным и средневековым традициям: он принял круговые равномерные движения небесных тел, центральное положение Солнца во Bсeленной, конечность Вселенной, ограничивал мир единственной планетной системой. Допуская лишь круговые равномерные движения пo окружностям, Коперник отверг эквант — быть может, наиболее остроумную находку Птолемея. Этим он сделал даже некоторый принципиальный шаг назад. Коперник сохранил и эпициклы, и деференты. Принцип круговых равномерных движений вынудил его для достаточно точного описания движения планет сохранить свыше «трех десятков эпициклов (правда, всего 34 вместо почти 80 в геоцент­рической системе).

И тем не менее теория Коперника содержала в себе колоссальный творческий, мировоззренческий и теоретико-методологический потенциал. Ее историческое значение трудно переоценить.

· Она подорвала ядро (геоцентрическую систему) религиозно-феодального мировоззрения, основания старой (первой) научной картины мира.

· Она стала базой революционного становления нового научно­го мировоззрения, новой (второй) механистической картины мира.

· Она явилась одной из важнейших предпосылок революции в физике (так называемой ньютонианской революции) и созда­ния первой естественно-научной фундаментальной теории — классической механики.

· Она определила разработку новой, научной методологии по­знания природы. Схоластическая традиция исходила из того, что для познания сущности объекта нет необходимости деталь­но изучать внешнюю сторону объекта, сущность может непосредственно постигаться разумом. Коперник же впервые в истории познания на деле показал, что сущность может быть понята только после тщательного изучения явления, его зако­номерностей и противоречий; познание сущности всегда опос­редовано познанием явления, которое по своему содержанию может быть совершенно противоположным сущности.

5.3.2. Дж. Бруно: мировоззренческие выводы из коперниканизма

В течение нескольких десятилетий после выхода в свет труда «Об обращении небесных сфер» коперниканские идеи не привлекали особого внимания широкой научной общественности. Это было свя­зано с бурными политическими событиями того времени: религиоз­ные войны, Реформация, обострение борьбы католицизма и протес­тантизма, становление национальных государств, отодвинули на вто­рой план проблемы мироздания, космологии и астрономии. Задача сравнения птолемеевской и коперниканской теорий актуализирова­лась лишь в 70-е гг. XVI в., когда два знаменитых астрономических события (вспышка сверхновой в 1572 г. и яркая комета 1577 г.) в очередной раз поставили под сомнение основы аристотелевской кос­мологии. Мировоззренческие и теоретические выводы из гелиоцент­ризма, его развитие и совершенствование — заслуга ученых следую­щего поколения: Т. Браге, Дж. Бруно, И. Кеплер, Г. Галилей, Дж. Борелли и др.

Прежде всего не замедлили проявиться мировоззренческие выво­ды из коперниканизма. Признав подвижность, планетарность, не­уникальность Земли, теория Коперника тем самым устраняла веко­вое представление об уникальности центра вращения во Вселенной. Центром вращения стало Солнце, но оно не было уникальным телом. О его тождественности звездам догадывались еще в античное время. Следующий шаг в мировоззренческих выводах был вполне закономе­рен. Он был сделан бывшим монахом одного из неаполитанских мо­настырей Джордано Бруно, личности исключительно яркой, смелой, способной на бескомпромиссное стремление к истине. Познакомив­шись в 60-е гг. XVI в. с гелиоцентрической теорией Коперника, Бруно поначалу отнесся к ней с недоверием. Чтобы выработать свое собст­венное отношение к проблеме устройства Космоса, он обратился к изучению системы Птолемея и материалистических учений древне­греческих мыслителей, в первую очередь атомистов, о бесконечнос­ти Вселенной. Большую роль в формировании взглядов Бруно сыгра­ло его знакомство с идеями Николая Кузанского, который утверждал, что ни одно тело не может быть центром Вселенной в силу ее беско­нечности. Объединив гелиоцентризм Н. Коперника с идеями Н. Ку­занского об изотропности, однородности и безграничности Вселенной, Бруно пришел к концепции множественности планетных сис­тем в бесконечной Вселенной.

Бруно отвергал замкнутую сферу звезд, центральное положение Солнца во Вселенной и провозглашал тождество Солнца и звезд, множественность «солнечных систем» в бесконечной Вселенной, множественную населенность Вселенной. Указывая на колоссальные различия расстояний до разных звезд, он сделал вывод, что поэтому соотношение их видимого блеска может быть обманчивым. Он раз­делял небесные тела на самосветящиеся — звезды, солнца, и на тем­ные, которые лишь отражают солнечный свет. Бруно утверждал, во-первых, изменяемость всех небесных тел, полагая, что существует непрерывный обмен между ними и космическим веществом, во-вторых, общность элементов, составляющих Землю и все другие небесные тела, и считал, что в основе всех вещей лежит неизменная, неисчезающая первичная материальная субстанция.

Именно Бруно принадлежит первый и достаточно четкий эскиз современной картины вечной, никем не сотворенной, вещественной единой бесконечной развивающейся Вселенной с бесконечным числом очагов Разума в ней. В свете учения Бруно теория Коперника снижает свой ранг: она оказывается не теорией Вселенной, а теорией лишь одной из множества планетных систем Вселенной и, возможно, не самой выдающейся такой системы.

Новое, ошеломляюще смелое учение Бруно, открыто провозгла­шавшееся им в бурных диспутах с представителями церковных кругов, определило дальнейшую трагическую судьбу ученого. К тому же дерзость его научных выступлений была предлогом, чтобы распра­виться с ним и за его откровенную критику непомерного обогащения монастырей и церкви. Великий мыслитель был сожжен на площади Цветов в Риме 17 февраля 1600 г. А спустя почти три столетия на месте казни Бруно, где некогда был зажжен костер, был воздвигнут памятник с посвящением, начинающимся словами: «От столетия, которое он предвидел...»

К середине XVII в. гелиоцентрическая теория окончательно победила геоцентризм. Коперниканизм был признан научной общественностью и стал рассматриваться как теория действительного строения Вселенной. На повестке дня оказалась проблема физического обоснования гелиоцентризма, и в середине XVII в. астрономическая революция закономерно перерастает в физическую революцию.

6. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ XVII в.: ВОЗНИКНОВЕНИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

Капитализм качественно преобразовывал как характер деятельности, так и тип обще­ния людей. Изменения характера деятельности состояли в появлении принципиаль­ной отчужденности в капиталистическом производстве субъективного мотива дея­тельности и ее объективного результата. В этих условиях складывается полное господ­ство абстрактного труда, товарно-денежных отношений, общественные отношения превалируют над межличностными, происходит «овеществление» личных связей и отношений, всех видов деятельности, их обезличивание. Кардинально изменяется и тип общения. Индивид вырывается из системы корпоративно-сословной принадлеж­ности и непосредственно включается в функционирование общественных связей, прежде всего экономических. На смену индивидуальной ценности личности произво­дителя приходит ценность произведенных им вещей; посредником отношений между людьми становятся товары, формируется «товарный фетишизм», отношения личной зависимости сменяются зависимостью субъекта от продуктов собственной деятель­ности.

Создание единого мирового рынка, универсальных общественных связей - дости­жения буржуазной эпохи. Только при капитализме история становится всемирной, складываются предпосылки универсализации личности, ее индивидуальный опыт обо­гащается социально-историческим опытом не только своей страны, региона, но и всего человечества; человек включается в ансамбль универсальных социальных отно­шений, становится носителем всемирно-исторического опыта. Высвобождая человека из системы личностной зависимости, атомизируя личность, капитализм делает эти прогрессивные шаги за счет доведения до крайности отчуждения личности от обще­ства: на смену единству коллектива и индивида приходит их противопоставление, отчуждение человека от человека, а значит, и общества от природы. В этих условиях складывается такой тип сознания, в котором на первый план выдвигается потребность в накоплении не столько релятивизированных ценностей, сколько объективного зна­ния о мире.

Получение объективного знания о мире - задача мышления, разума. Не случайно, что именно в это время формируются идеалы рационализма, провозглашается господ­ство «века Разума» и соответственно изменяются (по сравнению с античностью и средневековьем) представления о целях, задачах, методах естественно-научного по­знания. Формируется убеждение, что предметом естественно-научного познания являются природные явления, полностью подчиняющиеся механическим закономерностям. Природа при этом предстает как своеобразная громадная машина, взаимодействие между частями которой осуществляется на основе причинно-следственных связей. Задачей естество­знания становится определение лишь количественно измеримых параметров природных явлений и установление между ними функциональных зависимостей, которые могут (и должны быть) выражены строгим математическим языком. В этих условиях механика выходит на первое место среди естественных наук.

6.1. И. Кеплер: от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит

После работ Коперника дальнейшее развитие астрономии требовало значительного расширения и уточнения эмпирического материала, наблюдательных данных о небесных телах. Европейские астрономы продолжали пользоваться старыми античными результатами наблю­дений. Но они устарели и часто были неточны. Проводимые же в ту пopy европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями.

Кардинальные изменения наметились только в последней четверти XVI в., когда в 1580 г. в Дании на островке Вен (в 20 км от Копен­гагена) построили невиданную еще астрономическую обсерваторию, названную Небесным замком (Ураниборгом). Инициатором и орга­низатором строительства обсерватории и новых огромных инстру­ментов для астрономических наблюдений (квадранта радиусом 2 м, точность которого доходила до 1/6', сектанта для измерения угловых расстояний между звездами, большого небесного глобуса и др.) был Тихо Браге, датский дворянин, посвятивший свою жизнь не воин­ским подвигам, а служению богине Неба — Урании.

Первое выдающееся открытие Тихо Браге сделал еще в 1572 г., когда, наблюдая за вспыхнувшей яркой звездой в созвездии Кассиопеи, показал, что это вовсе не атмосферное явление (как это следова­ло из аристотелевой картины мира), а удивительное изменение в Сфере звезд *. Более двух десятков лет провел Браге в Ураниборге, определяя положение небесных объектов. Удивляет точность его данных, если помнить, что тогда еще не знали телескопов и других оптических инструментов. Так, при сравнении с современными дан­ными оказалось, что средние ошибки при определении положений звезд у него не превышали 1, а для 21 опорной звезды — даже 40".

* Это была вспышка сверхновой звезды.

Тихо Браге был блестящим астрономом-наблюдателем, но не тео­ретиком. Это мешало ему в полной мере оценить учение Коперника. Однако Браге тоже ощущал недостатки птолемеевской геоцентрической системы и разработал систему, занимавшую промежуточное место между геоцентрической и гелиоцентрической. В этой системе Солнце движется по эксцентрической окружности вокруг неподвиж­ной Земли, а планеты обращаются вокруг Солнца.

К счастью, на своем жизненном пути Т. Браге встретил Иоганна Кеплера. На смертном одре Тихо Браге завещал Кеплеру все свои рукописи, содержавшие результаты многолетних астрономических наблюдений, с тем чтобы Кеплер доказал справедливость его, Браге, гипотезы о строении планетной системы. Это завещание не было и не могло быть исполнено. Но Кеплер сделал несравненно более вели­кое открытие — он раскрыл главную тайну планетных орбит. Этот великий немецкий ученый (с удивительной судьбой, жизнь которого была полна невзгод и лишений) совершил величайший научный под­виг — заложил фундамент новой теоретической астрономии и учения о гравитации. Он показал, что законы надо искать в природе, а не выдумывать их как искусственные схемы и подгонять под них явле­ния природы.

Будучи глубоко религиозным человеком и увлекаясь в молодости астрологией, Кеплер поставил перед собой великую жизненную цель — проникнуть в божественные планы творения мира, постичь тайны строения Вселенной. Считая, что Бог как высшее творческое начало при сотворении мира должен был руководствоваться идеаль­ными, математически совершенными числовыми отношениями и геометрическими формами, Кеплер пытался объяснить существова­ние только шести планет Солнечной системы существованием всего пяти правильных многогранников *. Кеплер пытается математически связать орбиты планет со сферами, вписанными в многогранники и описанными вокруг них. Затем закономерно возникает и вопрос об отношениях радиусов орбит планет между собой, решение которого, в свою очередь, подводит Кеплера к поиску точных законов гелиоцентрического планетного мира и превращает эту задачу в главное дело жизни.

* Во времена Кеплера было известно только шесть планет Солнечной системы, наблюдаемых невооруженным глазом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. Планета Уран была открыта В. Гершелем в 1781 г., Нептун открыт астро­номом Галле и математиком Леверье в 1846., Плутон был обнаружен только в 1930г.

В ходе длительной напряженной, колоссальной исследователь­ской работы проявились его гениальность как астронома и математи­ка, смелость мысли, свобода духа, благодаря которым он сумел пре­одолеть тысячелетние традиции и предрассудки. Многолетние поис­ки числовой гармонии Вселенной, простых числовых отношений в мире завершились открытием действительных законов планетных движений, которые Кеплер изложил в сочинениях «Новая, изыскивающая причины астрономия, или Физика неба» (1609) и «Гармония мира» (1619).

В начале XVII в. основные космологические идеи древних греков уже утратили свое научное значение, но тем не менее некоторые из них за столетия приобрели характер абсолютных истин, отказаться от которых не хватало смелости духа. К ним, в частности, относилось представление о том, что только круговое, равномерное, «естествен­ное» движение единственно допустимо для небесных тел. Даже Коперник и Галилей остались во власти этого убеждения, считая древ­ний космологический принцип незыблемым. Против этой научной догмы и выступил Кеплер. После пяти лет трудоемкой математичес­кой обработки огромного материала наблюдений Т. Браге за движе­нием Марса Кеплер в 1605 г. открыл и в 1609 г. опубликовал первые два закона планетных движений (сначала для Марса, затем распространил их на другие планеты и их спутники).

Первый утверждал эллиптическую форму орбит и тем разрушал принцип круговых движений в космосе; второй показывал, что планеты нe только движутся по эллиптическим орбитам, но и движутся по ним неравномерно. Скорость планет изменяется таким образом, что площади, описываемые радиусом-вектором в равные промежутки времени, равны между собой (закон постоянства площадей). Так рухнул и принцип равномерности небесных движений. Кеплер ввел пять параметров, определяющих гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплеровы эле­менты) и нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени (уравнение Кеплера). Таким образом, открытые им законы стали рабочим инструментом для наблюдателей.

Далее Кеплер поставил вопрос о динамике движения планет. До Кеплера планетная космология, опиравшаяся на аристотелевский принцип «естественности» движений небесных тел, была кинемати­ческой. Авторы планетных теорий ограничивались разработкой кинематико-геометрических моделей мира, не пытаясь определить причины, вызывавшие движения небесных тел. Даже у Коперника схема орбитальных движений планет оставалась старой, кинемати­ческой. И только Кеплер увидел в гелиоцентрической картине дви­жений планет действие единой физической силы и поставил вопрос о ее природе.

Уже в 1596 г. в своем первом сочинении «Космографическая тайна» он обратил внимание на то, что с удалением от Солнца перио­ды обращения планет увеличиваются быстрее, чем радиусы их орбит, т.е. уменьшается скорость движения планет. Здесь возможны два объяснения: первое — движущая сила сосредоточена в каждой плане­те, и у далеких планет она почему-то меньше, чем у близких (так думал Т. Браге); второе — движущая сила едина для всей системы и сосредоточена в ее центре — Солнце, которое действует сильнее на близкие и слабее на далекие планеты. Кеплер остановился на втором, посколь­ку эта идея лучше объясняла первые два закона планетных движений. Через десять лет после опубликования первых двух законов Кеплер установил (1619) универсальную зависимость между периодами обра­щения планет и средними расстояниями их от Солнца: третий закон Кеплера — квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы, средних расстояний этих планет от Солнца. Это окончательно убедило его в том, что движением планет управляет именно Солнце.

Поэтому Кеплер впервые поставил вопрос о физической природе и точном математическом законе действия силы, движущей планеты. Действие Солнца на планеты Кеплер сравнивал с действием магнита. Такое сравнение было вполне в духе времени, для которого характер­но особое увлечение магнитными явлениями. В 1600 г. английский врач и физик У. Гильберт, справедливо считая Землю большим маг­нитом, выдвинул идею универсальности магнетизма и сводил к нему силу тяжести. Магнитным влиянием Луны пытались объяснить мор­ские приливы и отливы. Опираясь на эти идеи, Кеплер в 1609 г. развил представление о механизме действия силы, движущей плане­ты, как о вихре, возникающем в эфирной среде от вращения магнит­ного Солнца. Кеплер полагал, что сила действовала на планету непо­средственно вдоль орбиты. Недостаточное развитие основ механики привело его к ошибочному выводу, что эта сила обратно пропорцио­нальна расстоянию (а не его квадрату) от Солнца. Эксцентричность орбит он объяснял тем, что планеты — это большие круглые магниты с постоянным направлением магнитной оси, которые в зависимости от расположения магнитных полюсов то притягиваются, то отталки­ваются от Солнца.

Для установления истинного сложного характера причин орби­тального движения планеты требовались уточнение основных физи­ческих понятий и создание основ механики. Это было делом будуще­го. Таким образом, в исследованиях механики неба Кеплер до преде­ла исчерпал возможности современной ему физики.

6.2. Формирование непосредственных предпосылок классической механики как первой фундаментальной естественно-научной теории

6.2.1. Г. Галилей: разработка понятий и принципов «земной динамики»

В формировании классической механики и утверждении нового ми­ровоззрения велика заслуга Г. Галилея. Год рождения Галилея — это год смерти Микеланджело и год рождения Шекспира. Галилей — выдающаяся личность переходной эпохи от Возрождения к Новому времени. С прошлым его сближает еще многое: неопределенная трак­товка проблемы бесконечности мира; он не принимает Кеплеровых эллиптических орбит * и ускорений планет; у него нет еще представ­ления о том, что тела движутся в «плоском» однородном пространст­ве благодаря их взаимодействиям; он еще не освободился от чувствен­ных образов и качественных противопоставлений и др. Но в то же время он весь устремлен в будущее — он открывает дорогу математи­ческому естествознанию. Он был уверен, что «законы природы написаны на языке математики»; его стихия — мысленные кинематические динамические эксперименты, логические конструкции; главный пафос его творчества — возможность математического постижения мира; смысл своего творчества он видит в физическом обосновании гелиоцентризма, учения Коперника. Галилей заклады­вает основы экспериментального естествознания: показывает, что естествознание требует умения делать научные обобщения из опыта, а эксперимент — важнейший метод научного познания.

* Галилей считал их простым воскрешением древней пифагорейской идеи о роли числа во Вселенной, несовместимой с новым экспериментальным естество­знанием, за которое он боролся. Поэтому он не обратил внимания и на Кеплеровы законы (возможно, он и не ознакомился с ними, хотя Кеплер послал ему свое сочинение 1609 г.).

Еще будучи студентом (университета г. Пиза), Галилей делает открытие большой научной и практической значимости — открывает закон изотропности колебаний маятника, который сразу же нашел применение в медицине, астрономии, географии, прикладной меха­нике. После изобретения зрительной трубы (1608) он усовершенст­вовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным приближением, с помощью которого совершил ряд выдающихся астрономических открытий: спутников Юпитера, Сатурна, фаз Венеры, солнечных пятен, обнаружение того, что Млечный Путь представляет собой скопление бесконечного множества звезд, и др.

За признание своих открытий Галилею пришлось вести борьбу с церковной ортодоксией. Ведь его деятельность происходила в атмосфере Контрреформации, усиления католической реакции. Это был трагический для естествознания период истории. Речь шла о сувере­нитете разума в поисках истины. В 1616 г. учение Коперника было запрещено, а его книга внесена в инквизиционный «Индекс запрещенных книг». После выхода в свет декрета начались сумерки ита­льянской науки, в научных кругах воцарилось мрачное безмолвие.

Церковь дважды вела процессы против Галилея. После первого процесса в 1616 г. Галилей был вынужден перейти к методам «нелегальной борьбы» за коперниканизм. Но он продолжал исследование законов движения тел под действием сил в земных условиях. Основ­ные итоги этих исследований он изложил в книге «Диалог о двух системах мира», которая была опубликована во Флоренции в 1632 г.

Книга Галилея вызвала восторг в научных кругах всех стран и бурю негодования среди церковников. Иезуиты немедленно начали кампанию против Галилея, которая привела ко второму процессу инквизиции в 1633 г. Инквизиция пригрозила Галилею не только осудить его как еретика, но и уничтожить все его рукописи и книги. От него требовали признания ложности учения Коперника. Галилей вынужден был уступить. Ценой тягчайшей моральной пытки, неверо­ятных унижений перед теми, кого он так страстно бичевал в своих произведениях, Галилей купил возможность завершения своего дела.

Существует легенда, что 22 июня 1633 г. в церкви Святой Марии после прочтения текста формального отречения Галилей произнес фразу «Eppur si muove!» (И все-таки она движется!). Эта легенда вдохновила многих художников, писателей, поэтов. На самом деле эта фраза не была произнесена ни в этот день, ни позже. Но тем не менее эта непроизнесенная фраза выражает действительный смысл жизни и творчества Галилея после приговора. В годы, последовав­шие за процессом, Галилей продолжал разработку рациональной ди­намики.

Историческая заслуга Галилея перед естествознанием состоит в следующем:

· он разграничил понятия равномерного и неравномерного, ус­коренного движения;

· сформулировал понятие ускорения (скорость изменения ско­рости);

· показал, что результатом действия силы на движущееся тело является не скорость, а ускорение;

· вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время:

S= 1/2 аt2 ;

· сформулировал принцип инерции («если на тело не действует сила, то тело находится либо в состоянии покоя, либо в состо­янии прямолинейного равномерного движения»);

· выработал понятие инерциальной системы;

· сформулировал принцип относительности движения (все сис­темы, которые движутся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (т.е. инерциальные системы) равноправ­ны между собой в отношении описания механических процес­сов);

· открыл закон независимости действия сил (принцип суперпо­зиции).

На основании этих законов появилась возможность решения простейших динамических задач. Так, например, X. Гюйгенс получил решения задач об ударе упругих шаров, о колебаниях физического маятника, нашел выражение для определения центробежной силы.

Исследования Галилея заложили надежный фундамент динамики, а также методологии классического естествознания. Дальнейшие исследования лишь углубляли и укрепляли этот фундамент. С полным основанием Галилея называют «отцом современного естетвознания».

6.2.2. Картезианская физика

Огромное влияние на развитие теоретической мысли в физике ХVII в. оказал великий французский мыслитель и ученый Рене Де­карт (Картезий). Критически пересмотрев старую схоластическую философию, он разработал рационалистическую методологию тео­ретического естествознания. («Оставим книги, посоветуемся с разу­мом!» — говорил Декарт.) Революционное значение для развития ес­тествознания имело его знаменитое «Рассуждение о методе» (1637), где провозглашены новые принципы научного мышления и новые средства математического анализа в геометрии и оптике.

Требование простоты и ясности — основной принцип методоло­гии Декарта. Поэтому в научной системе Декарта первостепенную роль играют простота и очевидность математических аксиом и принципов. Выводы из аксиом (простых, очевидных положений) получа­ются логическим путем, путем математических рассуждений. В про­верке результатов важную роль играет опыт.

Рационалистическая методология вполне естественно приводит Декарта к аналитической геометрии и геометризации физики. От­влеченные числовые соотношения проще и абстрактнее геометри­ческих; отсюда вытекает задача сведения геометрических характе­ристик (положение точки в пространстве, расстояние между точка­ми и др.) к числовым отношениям. Решая эту задачу, Декарт создает аналитическую геометрию.

Декарт закладывает основы механистического мировоззрения, центральная идея которого — идея тождества материальности и про­тяженности. Мир Декарта — это однородное пространство, или, что то же самое, протяженная материя. «...Мир, или протяженная мате­рия, составляющая универсум, не имеет никаких границ» *. Все изме­нения, которые наблюдаются в этом пространстве, сводятся к единственному простейшему изменению — механическому перемещению тел. «Дайте мне материю и движение, и я построю мир» — таков лейтмотив, идейное знамя картезианской физики.

* Декарт Р. Первоначала философии // Соч.: В 2 т. М.. 1989. Т. 1. С. 359.

Декарт — основоположник научной космогонии. Он автор первой новоевропейской теории происхождения мира, Вселенной. Хотя мир создан Богом, Бог не принимает участия в его дальнейшем раз­витии. Мир развивается по естественным законам. Законы природы достаточны для того, чтобы понять не только совершающиеся в при­роде явления, но и ее эволюцию. Декарт допускает, что природа была создана Богом в виде первоначального хаоса ее частей и их движе­ний. По Декарту, однородная материя дробима на части, имеющие различные формы и размеры. В процессе дробления и взаимодейст­вия формируются три группы элементов материи — легкие и разно­образной формы (огонь); отшлифованные частицы круглой формы (воздух); крупные, медленно движущиеся частицы (земля). Все эти частицы вначале двигались хаотически и были хаотически перемеша­ны. Однако, по мнению Декарта, законы природы таковы, что они достаточны, чтобы заставить части материи расположиться в весьма стройном порядке. Благодаря этим законам материя принимает форму нашего «весьма совершенного мира». Среди этих законов при­роды — принцип инерции * и закон сохранения количества движения. Из первоначального хаоса благодаря взаимодействиям частиц обра­зовались вихри, каждый из которых имеет свой центр. Непрерывное трение частиц друг о друга шлифует их и дробит. Отшлифованные круглые частицы, находясь в непрерывном круговом движении, об­разуют материю «неба», раздробленные части выпираются к центру, образуя материю «огня». Этот огонь из тонких частиц, находящихся в бурном движении, формирует звезды и Солнце. Более массивные частицы вытесняются к периферии, сцепливаются и образуют тела планет. Каждая планета вовлекается своим вихрем в круговое движе­ние около центрального светила.

* Декарт следующим образом формулирует принцип инерции: «...Каждая час­тица материи в отдельности продолжает находиться в одном и том же состоянии до тех пор, пока столкновение с другими частицами не вынуждает ее изменить это состояние» (Декарт Р. Мир, или Трактат о свете // Соч.: В 2 т. Т. 1. С. 200).

Космогоническая теория Декарта объясняла суточное движение Земли вокруг своей оси и ее годовое движение вокруг Солнца. Но объяснить не могла других особенностей Солнечной системы, в том числе законов Кеплера. Это была умозрительная космогония, натур­философская схема, не обоснованная математически. И тем не менее ей присуще великое достоинство — идея развития, поразительно сме­лая для той эпохи.

Эволюционная картина мира быстро распространялась в науке. Величием открывавшихся горизонтов учение Декарта захватило луч­шие умы и надолго определило дальнейшее развитие физики и всего естествознания. Большая часть XVIII в. в истории естествознания прошла под знаком борьбы картезианства и ньютонианства. Несмот­ря на то что Ньютоново направление на том этапе развития науки было более прогрессивным, общие идеи Декарта продолжали оказы­вать серьезное влияние на формирование научных взглядов XVIII в. и даже XIX в., а разработанная им идея космического вихревого движения не раз возрождалась в астрономии и космогонии вплоть до ХХв.

Великий Ньютон имел все основания заявить: «Если я вижу дальше Декарта, то это потому, что я стою на плечах гиганта».

6.2.3. Новые идеи в динамике Солнечной системы

Ученые XVII в. внесли свой вклад в развитие предпосылок классичес­кой механики. Весьма значительной была роль парижского астроно­ма Ж.Б. Буйо, который высказал в своей книге (1645) мысль о том, что поскольку сила, распространяемая вращающимся Солнцем, о которой писал И. Кеплер, действует не только в плоскости вращения планет, а от всей поверхности Солнца ко всей поверхности планеты, то она, следовательно, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Ньютон был знаком с этой книгой и упоминает ее автора в качестве одного из своих предшественников.

Важную роль в становлении классической механики сыграло творчество итальянского астронома Дж. Борелли, которого Ньютон также числит в ряду своих предшественников. Разрабатывая теорию спутников Юпитера, Борелли в 1666 г. выдвинул идею о том, что если некоторая сила притягивает спутники к планете, а планеты — к Солнцу, то эта сила должна быть уравновешена противоположно направленной центробежной силой, возникающей при круговом дви­жении. Таким образом он объясняет эллиптическое движение планет вокруг Солнца. У Борелли, в сущности, уже содержатся основные моменты понимания динамики Солнечной системы, но пока без ее математического описания.

1666 г. был весьма урожайным на идеи в области теории тяготе­ния. В этом году Р. Гук на заседаниях Лондонского королевского общества дважды выступал с докладами о природе тяжести и пришел к выводу, что криволинейность планетных орбит порождена некоторой постоянно действующей силой. В этом же году у И. Ньютона возникает идея всемирного тяготения и идея о том, как можно вычислить силу тяготения.

6.3. Ньютонианская революция

Результаты естествознания XVII в. обобщил Исаак Ньютон. Именно он завершил постройку фундамента нового классического естество­знания. Вразрез с многовековыми традициями в науке Ньютон впе­рвые сознательно отказался от поисков «конечных причин» явлений и законов и ограничился, в противоположность картезианцам, изучением точных количественных проявлений этих закономерностей в природе.

Обобщив существовавшие независимо друг от друга результаты своих предшественников в стройную теоретическую систему знания (ньютоновскую механику), Ньютон стал родоначальником класси­ческой теоретической физики. Он сформулировал ее цели, разрабо­тал ее методы и программу развития, которую он сформулировал следующим образом: «Было бы желательно вывести из начал механи­ки и остальные явления природы». В основе ньютоновского метода лежит экспериментальное установление точных количественных за­кономерных связей между явлениями и выведение из них общих законов природы методом индукции.

Родился И. Ньютон в небольшой деревушке Вульсторп в графстве Линкольн 5 января 1643 г. в семье мелкого фермера. Детские и отро­ческие годы прошли в среде фермеров и сельских пасторов. В детстве Исаак жил в основном на попечении бабушки. Склонный к одиноче­ству, размышлениям, упорный в учебе мальчик закончил школу пер­вым и в 1660 г. поступил в Кембриджский университет. Все свои великие открытия он сделал или подготовил в молодые годы, в 1665— 1667 гг., спасаясь в родном Вульсторпе от чумы, свирепствовавшей в городах Англии. (К этому периоду относится известный анекдот об упавшем яблоке, наведшем Ньютона на мысль о тяготении.) Среди этих открытий: законы динамики, закон всемирного тяготения, со­здание (одновременно с Г. Лейбницем) новых математических мето­дов — дифференциального и интегрального исчислений, ставших фундаментом высшей математики; изобретение телескопа-рефлекто­ра, открытие спектрального состава белого света и др.

6.3.1. Создание теории тяготения

С именем Ньютона связано открытие или окончательная формули­ровка основных законов динамики: закона инерции; пропорциональ­ности между количеством движения mv и движущей силой

равенства по величине и противоположности по направлению сил при центральном характере взаимодействия. Вершиной научного творчества Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение первого действительно универсального закона природы — закона всемирного тяготения.

В 1666 г. у Ньютона возникает идея всемирного тяготения, его родства с силой тяжести на Земле и идея о том, каким образом можно вычислить силу тяготения. Доказательство тождества силы тяготения и силы тяжести на Земле Ньютон проводит на основе вычисле­ния центростремительного ускорения Луны в ее обращении вокруг Земли; уменьшив это ускорение пропорционально квадрату расстояния Луны от Земли, он устанавливает, что оно равно ускорению силы тяжести у земной поверхности. Обобщая эти результаты, Ньютон сделал вывод, что для всех планет имеет место притяжение к Солнцу, что все планеты тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорцио­нальной квадрату расстояния между ними. Далее Ньютон выдвинул тезис, в соответствии с которым сила тяжести пропорциональна лишь количеству материи (массе) и не зависит от формы материала и других свойств тела. Развивая это положение, Ньютон формулирует закон всемирного тяготения в общем виде:

Древняя идея взаимного стремления тел друг к другу («любви») благодаря Ньютону освободилась от антропоморфности и таинст­венности. В теории Ньютона тяготение предстало как универсальная сила, которая проявляется между любыми материальными частица­ми независимо от их конкретных качеств и состава, всегда пропорци­ональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон показал неразрывную связь, взаимообусловлен­ность законов Кеплера и закона изменения действия силы тяготения обратно пропорционально квадрату расстояния. Законы движения планет предстали как следствия закона всемирного тяготения. При­чину и природу тяготения Ньютон не считал возможным обсуждать, не имея на этот счет достаточного количества фактов («Гипотез не измышляю!»).

Не будет преувеличением сказать, что 28 апреля 1686 г. — одна из величайших дат в истории человечества. В этот день Ньютон пред­ставил Лондонскому королевскому обществу свою новую всеобщую теорию — механику земных и небесных процессов. В систематичес­кой форме изложение классической механики было дано Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии», которая вышла в свет в 1687 г. Современники Ньютона высоко оценили этот уникальный труд.

Разработанный Ньютоном способ изучения явлений природы оказался исключительно плодотворным. Его учение о тяготении — не общее натурфилософское рассуждение и умозрительная схема, а ло­гически строгая, точная (и более чем на два века единственная) фун­даментальная теория, которая стала рабочим инструментом исследо­вания окружающего мира, прежде всего движения небесных тел. Фи­зический фундамент небесной механики — закон всемирного тяготе­ния. Из этого закона Ньютон вывел в качестве простых следствий (и уточнил при этом) Кеплеровы законы эллиптического движения пла­нет, показал, что в общем случае движение тел Солнечной системы может происходить по любому коническому сечению, включая пара­болу и гиперболу; он сделал вывод о единстве законов движения комет и планет и впервые включил кометы в состав Солнечной сис­темы; дал математический метод вычисления истинной орбиты комет * по их наблюдениям; четко объяснил приливы и отливы, сжа­тие планет (уже обнаруженное тогда у Юпитера), прецессию; сфор­мулировал вывод о сплюснутой у полюсов форме Земли. Ньютону принадлежит и великая заслуга объяснения возмущенного движения в Солнечной системе как неизбежного следствия ее устройства.

* Это вскоре позволило английскому астроному Э. Галлею открыть первую периодическую комету (комета Галлея).

Формирование основ классической механики — величайшее до­стижение естествознания XVII в. Классическая механика была пер­вой фундаментальной естественно-научной теорией. В течение трех столетий (с XVII в. по начало XX в.) она выступала единственным теоретическим основанием физического познания, а также ядром второй естественно-научной картины мира — механистической.

Нельзя не сказать о математических достижениях Ньютона, без которых не было бы и его гениальной теории тяготения. Свой метод расчета механических движений на основе бесконечно малых прира­щений величин — характеристик исследуемых движений Ньютон назвал «методом флюксий» и описал его в сочинении «Метод флюк­сий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых» (закончено в 1671 г., полностью опубликовано в 1736 г.). Вместе с методом Г. Лейбница он составил основу дифференциального и ин­тегрального исчислений. В математике Ньютону принадлежат также важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геомет­рии и др.

6.3.2. Корпускулярная теория света

Оптика — важнейшая часть физики, более «молодая», чем механика. Начало научной оптики связано с открытием законов отражения и преломления света в начале XVII в. (В. Снеллиус, Р. Декарт). Большую трудность для зарождающейся оптики представляло объяснение цве­тов. Поэтому по праву вторым великим достижением Ньютона было открытие (1666) того, что белый свет состоит из света различных цветов и, следовательно, цветной свет имеет более простую природу, чем белый.

Значительная часть необъятного научного наследия Ньютона стала фундаментом создания физической оптики и дальнейшего раз­вития наблюдательной астрономии. Ньютон был тонким экспериментатором-универсалом: металлургом, химиком, но главным обра­зом оптиком. Он, как и многие его современники, занимался шлифов­кой линз для рефракторов и упорно искал форму объектива, свободного от аберраций, особенно ахроматической.

После открытия сложного состава белого света Ньютон присту­пил к исследованиям преломления монохроматических лучей, котоpoe оказалось зависящим от цвета луча. Последнее открыло Ньютону причину хроматической аберрации линзовых объективов. Сделав вывод о принципиальной неустранимости этого дефекта стеклянных объективов (что было верно для однолинзовых объективов), он в поисках ахроматического объектива изобрел в 1668 г. отражательный зеркальный телескоп — рефлектор. В 1672 г. он построил первый в мире рефлектор. Это был по нынешним меркам очень маленький инструмент: с трубой длиной всего 15 см и объективом диаметром 2,5 см. Но он тем не менее позволил наблюдать спутники Юпитера и стал прародителем будущих могучих орудий зондирования глубин Вселенной.

В 1672 г. Ньютон изложил перед членами Лондонского королевского общества и свою новую корпускулярную концепцию света. В соответствии с этой концепцией свет представляет собой поток «световых частиц», наделенных изначальными неизменными свойствами и взаимодействующих с телами на расстоянии. Корпускулярная теория хорошо объясняла, аберрацию и дисперсию света, но плохо объясняла интерференцию, дифракцию и поляризацию света.

Вместе с тем Ньютон со вниманием относился и к высказанной нидерландским ученым X. Гюйгенсом волновой теории света (1690), в соответствии с которой свет — это волновое движение в эфире. Некоторое время он даже сам пытался развивать следствия из этой теории, но в конечном счете все-таки склонился к мысли о ее несо­стоятельности.

В XVII в. широко обсуждался и вопрос о том, конечна или беско­нечна скорость света. Долгое время для эмпирического обоснования ответа на этот вопрос не было достаточных фактов. Большое значе­ние для развития физических идей имело открытие О. Ремера, сде­ланное им на основе наблюдений затмения одного из спутников Юпи­тера в 1676 г., что скорость света в пустом пространстве конечна и равна 300 000 км/с.

6.3.3. Космология Ньютона

Несмотря на свой знаменитый девиз «Гипотез не измышляю!», Нью­тон как мыслитель крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над общими проблемами мироздания. Так, в частности, он распространил свою теорию тяготения на проблемы космологии.

Но и здесь он был не склонен давать волю фантазии и стремился анализировать прямые логические следствия из уже установленных законов. Распространив закон тяготения, подтвержденный тогда лишь для Солнечной системы, на всю Вселенную, Ньютон рассмот­рел главную космологическую проблему: конечна или бесконечна Вселенная. Вопрос выглядел так: в каком случае возможна гравитирующая Вселенная, когда она конечна или когда она бесконечна? Он пришел к выводу, что лишь в случае бесконечности Вселенной мате­рия может существовать в виде множества космических объектов — центров гравитации. В конечной Вселенной материальные тела рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Это было первое строгое физико-теоретическое обоснование бесконечности мира.

Ньютон задумывался и над проблемой происхождения упорядо­ченной Вселенной. Однако здесь он столкнулся с задачей, для реше­ние которой еще не располагал научными фактами. Он первым отчетливо осознал, что одних только механических свойств материи для этого недостаточно. Ньютон критиковал концепции атомистов и картезианцев, справедливо утверждая, что только из одних неупорядоченных механических движений частиц не могла возникнуть вся сложная организация мира. Он считал, что материя сама по себе косна, пассивна и не способна к движению. И потому, например, для него тайной являлось начало орбитального движения планет. Для раскрытия этой тайны оставалось прибегнуть лишь к некоей более могучей, чем тяготение, силе — к Богу. Поэтому Ньютон вынужден был допустить божественный «первый толчок», благодаря которому планеты приобрели орбитальное движение, а не упали на Солнце (см. 7.2.3).

Понадобилось всего полвека для того, чтобы в естествознании сформировалась идея естественной эволюции материи, опровергаю­щая божественный «первотолчок». Заслуга формирования этой идеи принадлежит И. Канту.

6.4. Изучение магнитных и электрических явлений в XVII в.

Но XVII в. — это не только время радикальных революционных преобразований в механике и астрономии. В XVII в. начинается сис­тематическое изучение магнитных и электрических явлений, резуль­таты которого, как мы видели в творчестве Кеплера, также влияли на развитие механических и астрономических концепций.

Первые сведения об электрических и магнитных явлениях были накоплены еще в древности. Так, античные ученые знали свойство натертого янтаря притягивать легкие предметы *, а также о существовании особого минерала — железной руды (магнитный железняк), способной притягивать железные предметы **. В древности магнит уподоблялся живому существу. Но уже тогда предпринимались по­пытки научного объяснения магнитных явлений. Наиболее удачные из таких объяснений принадлежали атомистам; например, Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей» объяснял действие магнита существованием потоков мельчайших атомов, вытекающих из него.

* Само слово «электричество» происходит от греческого слова «электрон», что значит янтарь.

** Залежи этого минерала находились возле греческого города Магнесии, назва­нию которого и обязано происхождение слова «магнит».

Главное практическое применение магнитных явлений было свя­зано с компасом и явилось результатом наблюдений направляющего действия земного магнетизма на естественные магниты. Первое до­шедшее до нас описание водяного китайского компаса относится к XI в. Как компас попал в Европу, неизвестно до сих пор. Но в одном из сказаний XII в. уже есть ссылка на него, как на нечто хорошо известное. В XIII в. появилось сочинение «Письмо о магнитах» фран­цуза Пьера Пилигрима (из Мерикура), посвященное описанию маг­нитных явлений. Автор описывает изготовленный им шарообраз­ный магнит, действие его на магнитную стрелку, способ намагничи­вания железа и т.д. Это первая дошедшая до нас оригинальная науч­ная работа западного христианского мира.

Развитие мореплавания делает все более и более важным изуче­ние магнитного поля Земли, а вместе с тем и магнитных явлений вообще. Видимо, уже в XV в. было известно магнитное склонение, во всяком случае Колумб уже понимал важность знания магнитного склонения для дальних океанических странствий. Потребности мо­реплавания стимулируют изучение земного магнетизма, составление карт магнитных склонений и т.д. С развитием навигационной техни­ки возникает ряд практических задач, относящихся к магнетизму: изготовление искусственных магнитов, устранение влияния желез­ных частей корабля на компас и т.д. Все это не могло не оказать сильного влияния на изучение магнитных явлений вообще.

Существенным шагом вперед в исследовании магнетизма была книга английского ученого, врача королевы Елизаветы У. Гильберта «О магните, магнитных телах и великом магните Земли», вышедшая в 1600 г. В книге изложены экспериментально установленные свойст­ва магнитных явлений: магнитные свойства присущи только магнит­ной руде, железу и стали; магнит всегда имеет два полюса и одноимен­ные полюса отталкиваются, а разнополюсные — притягиваются; опи­сывается явление магнитной индукции. Гильберт высказывал также гипотезу о земном магнетизме: Земля представляет собой большой шарообразный магнит, полюса которого расположены возле геогра­фических полюсов. Свою гипотезу он обосновывал следующим опы­том: если приближать магнитную стрелку к поверхности большого шара, изготовленного из естественного магнита, то она всегда уста­навливается в определенном направлении, подобно стрелке компаса на Земле.

В своей работе Гильберт уделил внимание исследованию электри­ческих явлений и показал, что электрические явления следует отли­чать от магнитных. Электрические свойства в отличие от магнитных присущи многим веществам: янтарю, алмазу, хрусталю, стеклу, сере и др. Тот факт, что Гильберт, исследуя магнитные явления, затронул и электрические явления, не случайно. Электрические и магнитные явления, даже если не знать о их внутреннем единстве, схожи. Их сначала даже путали между собой. Поэтому исследования в области магнетизма вызывали исследования электрических явлений, и на­оборот. После работ Гильберта в течение всего XVII в. в учении об электричестве и магнетизме было получено мало новых результатов.

7. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ XVIII -ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЫ XIX в.

XVIII в. — век Просвещения. Его называют также «золотым веком истории культуры». Это век расцвета материалистического мировоззрения, идеалов рационализма, выдающихся успехов классического естествознания.

7.1. Общая характеристика развития физики

7.1.1. Становление основных отраслей классической физики

На развитие физики в XVIII в. существенное влияние оказало насле­дие предыдущего, XVII в. и особенно учение Ньютона. Ньютонианство окончательно побеждает картезианство. Развитие физики в XVIII в. предстает именно как развитие идей Ньютона, выполнение завещанной им программы распространения основных положений механики на всю физику.

Особенно быстрыми темпами развивается механика. Трудами так называемых континентальных математиков закладываются ос­новы аналитической механики. Работами Л. Эйлера, Ж. Д'Аламбера, Ж. Лагранжа и др. создается аналитический аппарат механики, раз­вивается аналитическая механика. На развитие физики существен­ное влияние оказывает и технический прогресс. Развитие производительных сил определяет потребность в разработке теории машин и механизмов, механики твердого тела. Исследование законов теплоты — одна из центральных тем физики XVIII в. Термометрия, калориметрия, плавление, испарение, горение — все эти вопросы становятся особенно актуальными. Проводятся серьезные исследо­вания по теплофизике, электричеству и магнетизму. Эти разделы физики оформляются в самостоятельные области физической науки и достигают первых успехов. Таким образом, в XVIII в. в качестве самостоятельных складываются все основные разделы классической физики.

В меньшей мере развивается оптика. Но и здесь получены от­дельные важные результаты: зарождается фотометрия; изучается люминесценция. В связи с открытием аберрации света английским астрономом Дж. Брадлеем в 1728 г. впервые возникает вопрос о влиянии движения источников света и приемников, регистрирую­щих световые сигналы, на оптические явления. Наблюдая за непо­движными звездами, Брадлей заметил, что они с Земли кажутся не совсем неподвижными, а описывают в течение года малые замкну­тые траектории на небесной сфере. Придерживаясь господствовав­шей тогда корпускулярной теории света, Брадлей очень просто объяснил это явление. Причиной его является движение телескопа вместе с Землей, в результате которого за то время, пока световая частица движется внутри трубы телескопа, весь телескоп (с окуля­ром) перемещается вместе с движением Земли. В простейшем слу­чае, когда направление движения световой частицы и направление движения Земли составляют прямой угол, угол аберрации вычисля­ется по простой формуле

tgδ=v/c ,

гдеv - скорость движения Земли по орбите, с — скорость света. Измерив величину аберрации (изменение угла аберрации в течение года) и зная скорость движения Земли по орбите, Брадлей подсчитал скорость света с и получил значение, близкое к полученному ранее О. Ремером из наблюдений за движением спутников Юпитера.

Характерной особенностью физики на этом этапе является обо­собленность механики, оптики, тепловых, электрических и магнит­ных явлений. Перед физикой еще не встал вопрос об исследовании закономерностей превращений различных физических форм движе­ния. Пока еще физика, выделившись из натурфилософии, не стре­мится к построению единой физической картины мира. Она нацеле­на главным образом на количественные исследования отдельных яв­лений, установление отдельных экспериментальных фактов, выявле­ние частных закономерностей.

Огромные успехи небесной механики, достигнутые благодаря введению понятия силы (тяготения), способствовали распростра­нению такой постановки вопроса и в других разделах физики. Не только движение планет, но и другие физические явления пытались представить как результат движения материальных тел под дейст­вием сил. Последователи Ньютона пытались объяснить различные физические явления, введя понятия о различного рода силах: маг­нитных, электрических, химических и др., которые действуют на расстоянии так же, как и сила тяготения. Носители сил — тонкие невесомые «материи», определяющие те или иные свойства тел. Так появляется характерное для физики XVIII в. учение о «неве­сомых».

7.1.2. Принцип дальнодействия

Но как это обычно бывает, большинство последователей Ньютона нередко отходили от его подлинно глубоких идей, забыв или вовсе не зная о его осторожных и тонких замечаниях. В XVIII в. они крайне упростили ту физическую картину мира, которая проступала перед мысленным взором Ньютона. Так, например, утвердилось представ­ление о существовании бесконечного пустого межпланетного и меж­звездного мирового пространства, между тем как Ньютон склонялся к идее крайней разреженности мировой материи, не вызывающей заметного торможения планет. Утвердился также и жесткий прин­цип дальнодействия как передачи действия тяготения через пустоту и мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью. Принцип дальнодействия гласит, что если тело А, находящееся в точке а, действует на другое тело В, то тело В, находящееся в точке b , испытывает это воздействие в тот же момент.

Ньютон же считал необходимым наличие некоего передатчика этого действия, «агента», правда, допуская его, быть может, немате­риальную природу. Но подобные тонкости уже не вдохновляли физи­ков века Просвещения, когда научная революция закончилась и набирало темпы развития экспериментальное естествознание. Крите­рии к результатам научных исследований на эволюционном этапе развития физики (по сравнению со временем ньютонианской революции) изменились — они стали более упрощенными, стандартизованными; при этом были нужны немедленный эффект и простейшее обоснование.

Принцип дальнодействия утвердился в физике еще и потому, что гравитационное взаимодействие макроскопических объектов незаметно, поскольку притяжение слишком слабо, чтобы его ощутить. Лишь высокочувствительные устройства в состоянии уловить грави­тационные эффекты. Только в 1774 г. английский ученый Н. Маскелайн обнаружил незначительное отклонение отвеса от вертикали, вызванное гравитационным притяжением находящейся поблизости горы. В 1797 г. Г. Кавендиш поставил знаменитый эксперимент по измерению едва уловимой силы притяжения между двумя шариками, прикрепленными на концах горизонтально подвешенного деревян­ного стержня, и двумя большими свинцовыми шарами; это было первое лабораторное наблюдение гравитационного притяжения между двумя телами.

7.1.3. Теория теплорода

Если силы тяготения действуют между всеми материальными телами, то магнитными силами обладает только железо в намагниченном состоянии, а электрические силы присущи многим телам, но только в наэлектризованном состоянии. Поэтому физики стали приписы­вать эти силы не частицам вещества, а якобы находящимся в порах обычных материальных тел неким тонким жидкостям, или «матери­ям». Между этими жидкостями и частицами вещества действуют оп­ределенного рода силы.

Так объясняли и природу теплоты. Нагревание тела связывали с присутствием некой жидкости — теплорода, частицам которого также присущи определенные силы. Например, между частицами теплорода действуют отталкивающие силы, а между частицами теп­лорода и частицами материальных тел — силы притяжения.

Тепловые явления изучали вне связи с другими физическими яв­лениями, не затрагивая процессы превращения теплоты в работу. Физики имели дело главным образом с явлениями перераспределе­ния теплоты и ее передачей, когда общее количество теплоты оста­ется неизменным. Они полагали, что теплота переходит от одного тела к другому, сохраняя свое общее количество, подобно жидкости, переливаемой из одного сосуда в другой. Они также считали, что теплота «перетекает» по телу, например стержню, без потерь, подоб­но воде по трубам. Это хорошо укладывалось в представление о теп­лоте как о веществе. С помощью вещественной теории теплоты объ­яснялось наличие теплового баланса при калориметрических изме­рениях, явление теплопроводности и т.п.

Первые серьезные сомнения в теории теплорода принадлежат американцу Румфорду. Он обратил внимание на выделение тепла при свержении пушек и пришел к выводу (1798), что количество выделяе­мой теплоты не зависит от объема вещества, из ограниченного коли­чества материи может быть получено неограниченное количество теплоты. Это опровергало теорию теплорода (теплота как субстан­ция, вещество) и прокладывало дорогу для понимания теплоты как формы движения.

Теория теплорода, будучи весьма простой, удовлетворяла эмпи­рическим и формалистическим тенденциям физиков и химиков, общей направленности ньютонианской физики и была исторически необходимым этапом в развитии физики. Она сыграла и положитель­ную роль, объединив целый ряд накопленных фактов и частных тео­рий, и позволила их систематизировать с единой точки зрения. Хотя и в искаженной форме, эта теория отражала некоторые действитель­ные закономерности тепловых явлений. Поэтому она продержалась более столетия, так как не тормозила развитие физической науки и не сразу пришла в противоречие с действительностью.

7.1.4. Развитие учения об электричестве и магнетизме в XVIII в.

В первой половине XVIII в. были получены качественно новые ре­зультаты в области изучения электрических явлений. Так, в 1729 г. англичанин С. Грей открыл явление электрической проводимости. Он обнаружил, что электричество способно передаваться некоторы­ми телами, и все тела разделил на проводники и непроводники. Француз Ш.Ф. Дюфе открыл существование отрицательного и положительного электричества и обнаружил, что «однородные электричест­ва отталкиваются, а разнородные притягиваются». Важным шагом в изучении электрических явлений стало изобретение в 1745 г. лейден­ской банки, благодаря которому физики могли получать значитель­ные электрические заряды и экспериментировать с ними. Это усилило интерес к изучению электрических явлений и способствовало утверждению представления о возможности практического приме­нения электричества, в том числе в лечебных целях.

Опыты с электричеством стали модными: их проводили и в лабораториях ученых, и в аристократических гостиных, и даже в королевских дворцах, где они превратились в забаву. Известно, например, французский король Людовик XV и его двор забавлялись, пропуская разряд электричества через цепь солдат.

Появляется мысль, что электричество играет важную роль в жиз­недеятельности живого организма. Многие ученые, врачи занялись изучением действия электричества на человеческий организм. Появились трактаты об «электричестве человеческого тела», об «электрической лечебной материи» и т.п.* И хотя широкое использование свойств электрических (и магнитных) явлений в медицине (физиотерапия, например) пришло гораздо позже, тем не менее зарождение в ХVIII в. идей о возможных способах такого применения стимулиро­вало развитие исследований электрических явлений.

* В качестве примера можно назвать сочинение одного из вождей Великой Французской революции Ж.П. Марата, врача по образованию. В 1738 г. он написал сочинение по электротерапии и представил его на конкурс, объявленный Руанской академией на тему «Насколько и в каких условиях можно рассчитывать на электричество как на положительное в лечении болезней».

Изобретение лейденской банки способствовало и открытию электрической природы молнии. Известный ученый, общественный деятель, активный участник войны за независимость Североамериканских колоний Б. Франклин, много занимавшийся исследованием электрических явлений, предложил гипотезу об электрической при­роде молнии и экспериментальный метод ее проверки, а также идею громоотвода. В работах Франклина, который рассматривал электри­ческие явления как проявление некоторой «электрической мате­рии», формулируется понятие электрического заряда и закон его сохранения. В России исследования атмосферного электричества проводили М.В. Ломоносов и Г. Рихман, который, проводя экспери­менты во время грозы 26 июля 1753 г., был убит шаровой молнией.

Во второй половине XVIII в. учение об электричестве и магнетиз­ме развивается более быстрыми темпами. Среди многих ярких от­крытий этого времени — изобретение А. Вольта источника постоянного тока («Вольтов столб»). В это же время намечаются две основ­ные концепции в понимании электрических и магнитных явлений — дальнодействия и близкодействия.

Новый этап в истории учения об электричестве и магнетизме начинается с непосредственного измерения в 80-х гг. французским физиком Ш.О. Кулоном величины сил, действующих между электри­ческими зарядами, и установления основного закона электростати­ки — закона Кулона, который гласит, что электрические силы ослабе­вают обратно пропорционально квадрату расстояния, т.е. так же, как гравитационная сила. Но по величине электрические силы намного превосходят гравитационные. В отличие от слабого гравитационно­го взаимодействия, наличие которого Г. Кавендишу удалось проде­монстрировать только с помощью специального прибора, электри­ческие силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать.

Таким образом, к рубежу XVIII-XIX вв. природа электричества частично прояснилась.

7.1.5. Физика первой половины XIX в.: общая характеристика

Первая половина XIX в. — время бурного развития капиталистичес­кого способа производства в Европе и Америке. Французская револю­ция, а затем наполеоновские войны способствовали разложению фе­одализма и открывали простор росту капитализма в странах Европы. В первой половине XIX в. в передовых странах Европы происходит промышленный переворот — переход от мануфактурного к машинно­му производству.

Промышленный переворот стимулирует развитие крупной ма­шинной индустрии. Еще более высокими темпами, чем в XVIII в., развиваются металлургическая, горнодобывающая, химическая, ме­таллообрабатывающая и другие отрасли промышленности. Машин­ная индустрия требует постоянного совершенствования техники — внедрения новых технологических методов, улучшения организации производства и т.д., а это в свою очередь требует применения и постоянного развития естественно-научных знаний. Естествознание все в большей степени становится элементом производительных сил, его развитие теснейшим образом связывается с развитием практики, промышленного и сельскохозяйственного производства. Все чаще развитие практики, ее потребности определяют цели и задачи есте­ствознания. В этих условиях физическая наука развивается более быстрыми темпами. Производство непрерывно ставит перед ней все новые и новые проблемы, доставляя одновременно и новый эмпири­ческий материал.

В тесном единстве с естествознанием происходит становление прикладных наук, прежде всего технических. Например, значитель­ное развитие получает новая отрасль—теплотехника. Ее возникнове­ние было непосредственной реакцией на промышленный перево­рот, энергетической основой которого являлась паровая машина. Изобретенная еще в XVIII в. паровая машина становится универсаль­ным двигателем и применяется не только на промышленных пред­приятиях, но и на транспорте *.

* В 1807 г. в Америке Р. Фултоном был построен первый пассажирский колес­ный пароход. Интересно, что на первых порах Р. Фултону пришлось затратить немало усилий для убеждения людей в практической возможности парохода. Даже Наполеон не поверил изобретателю и выгнал его из своего кабинета со словами: «Он уверял меня, что можно двигать суда с помощью кипятка». В 30-е гг. налажива­ются регулярные речные, морские и океанские пароходные сообщения.

Паровую машину используют в качестве двигателя и на сухопутном транспорте. Первая железная дорога (с локомотивом Дж. Стефенсона) была открыта в 1825 г. в Англии. В течение короткого времени сеть железных дорог покрыла территорию Европы и Север­ной Америки. В России пассажирское железнодорожное сообщение (на линии Петербург— Царское село) было открыто в 1837 г. В первой половине XIX в. теплотехника своими обобщениями и потребностя­ми оказывала значительное влияние на развитие физики.

Зарождающаяся электротехника изучает закономерности приме­нения электричества в технике. Прежде всего электричество исполь­зуют для связи. Вскоре после открытия Х.К. Эрстедом в 1819 г. дейст­вия электрического тока на магнитную стрелку возникает идея по­строить электромагнитный телеграф *. Были предприняты первые попытки использовать электричество в качестве двигательной силы. Возникает новая область электротехники — гальванопластика, изо­бретателем которой был русский академик Б.С. Якоби.

* В 1832 г. в Петербурге уже демонстрировался первый практически действую­щий телеграф русского изобретателя П.Л. Шиллинга. Вскоре появляются другие конструкции телеграфа. В 1844 г. в Америке была построена первая телеграфная линия, а в конце 40-х гг. их там было уже несколько десятков. В середине века телеграфные линии начинают появляться и в Европе.

Говоря о технике первой половины XIX в., следует упомянуть о фотографии. Первый практически применимый метод получения фотографических снимков (так называемый метод дагеротипий) был разработан французом Л. Дагером в 1839 г. Позитивное изо­бражение получалось на стеклянной пластинке, покрытой светочув­ствительной пленкой. Несмотря на несовершенство, метод Дагера быстро получил распространение. В 50-х гг. его заменяет обычный метод фотографирования. Изобретение фотографии и ее совершен­ствование оказали несомненное влияние на развитие оптики, а в дальнейшем и других разделов физики, особенно после того как фотографию стали широко применять в экспериментальных иссле­дованиях.

В первой половине XIX в. быстро развиваются все разделы физи­ки, но особенно оптика, а также учение об электричестве и магнетиз­ме, возникает новый, быстро развивающийся раздел — учение об электромагнетизме. В этот период складываются основы волновой оптики, теории дифракции, интерференции и поляризации. Резуль­таты развития технических наук (например, теплоэнергетики в связи с усовершенствованием парового двигателя, электротехники и др.) ставят на повестку дня проблему исследования не просто отдель­ных форм движения, а их взаимных превращений и переходов. Фи­зика ориентируется на изучение не только отдельных типов физичес­ких явлений, но и связей между ними (превращение теплоты в меха­ническое движение, и наоборот, связь между электричеством и магнетизмом, между химическими и электрическими процессами и т.д.). Выясняется, что электрические и магнитные явления связаны между собой, а теплота есть движение, и для ее производства необходимы затраты механической или электрической, или, наконец, химичес­кой энергии. Постепенно отмирает взгляд на физические явления, основанный на представлении о невесомых. Сначала исключают световую материю, затем — магнитную жидкость.

В 40-х гг. XIX в. весь ход развития физических наук по пути изуче­ния связей между различными физическими явлениями, взаимных превращений различных форм энергии завершается установлением закона сохранения и превращения энергии.

7.1.6. Волновая теория света

Интерес к оптическим проблемам в начале XIX в. был продиктован развитием учения об электричестве, химии и паротехнике. Казалось очень вероятным, что в природе теплоты, света и электричества есть нечто общее. Открытие и изучение фотохимических реакций, хими­ческих реакций с выделением теплоты и света, тепловых и химичес­ких действий электричества — все это заставляло думать, что изуче­ние света окажется полезным для решения важных научных и прак­тических задач.

В XVIII в. подавляющее большинство ученых придерживалось корпускулярной теории света, которая хорошо объясняла многие, но не все оптические явления. В начале XIX в. в поле зрения физиков попадают вопросы интерференции, дифракции и поляризации света, которые неудовлетворительно объяснялись корпускулярной теорией. Это приводит к возрождению, казалось, забытых идей вол­новой оптики. В оптике происходит настоящая научная революция, закончившаяся победой волновой теории света над корпускулярной.

Первым в защиту волновой теории света выступил в 1799 г. врач Т. Юнг, разносторонне образованный человек, занимавшийся иссле­дованиями в области математики, физики, механики, ботаники и т.д., обладавший обширными знаниями в литературе, истории, многое сделавший для расшифровки египетских иероглифов. Юнг критиковал корпускулярную теорию света, указывая на явления, ко­торые нельзя объяснить с ее позиций, в частности, одинаковые ско­рости световых корпускул, выбрасываемых слабыми и сильными ис­точниками, а также то обстоятельство, что при переходе из одной среды в другую одна часть лучей постоянно отражается, а другая постоянно преломляется.

Т. Юнг предложил рассматривать свет как колеблющееся движе­ние частиц эфира: «...Светоносный эфир, в высокой степени разре­женный и упругий, заполняет Вселенную... Колебательные движения возбуждаются в этом эфире каждый раз, как тело начинает светить­ся». Он поставил опыт, демонстрирующий явление интерференции света от двух источников и состоящий в следующем. В экране прока­лывают два маленьких отверстия на близком расстоянии друг от друга и освещают его солнечным светом, проходящим через отверс­тие в окне. За этим экраном помещают второй экран, на который падают два световых конуса, образовавшиеся за первым экраном. В том месте, где эти конусы перекрываются, на втором экране видны полосы интерференции. Если закрыть одно отверстие, то полосы пропадают, а на экране видны только дифракционные кольца. Изме­ряя расстояние между кольцами, Юнг определил длины волн красного, фиолетового и некоторых других цветов. Он рассмотрел и неко­торые случаи дифракции света. Появление дифракционных полос он объяснял интерференцией двух волн: прошедшей прямо и отражен­ной от края препятствия.

Хотя работы Юнга свидетельствовали в пользу волновой теории света, они тем не менее не поколебали корпускулярную теорию, ко­торая еще господствовала в оптике.

В 1815 г. против корпускулярной теории выступил французский ученый О. Френель. После окончания Политехнической школы в Париже он работал в провинции инженером по прокладке и ремонту дорог, а в свободное время занимался научными исследованиями. Заинтересовавшись вопросами оптики, он сделал ряд открытий и самостоятельно пришел к убеждению, что справедлива не корпуску­лярная, а волновая теория света. В 1818 г. Френель объединил по­лученные результаты и изложил их в работе о дифракции света, представленной на конкурс, объявленный Французской академией наук. Работу Френеля рассматривала специальная комиссия в соста­ве Ж.Б. Био, Д.Ф. Араго, П.С. Лапласа, Ж.Л. Гей-Люссака и С.Д. Пу­ассона. Члены комиссии были сторонниками корпускулярной тео­рии и не могли испытывать симпатий к работе Френеля. Но ре­зультаты работы настолько соответствовали эксперименту, что про­сто отвергнуть ее было невозможно. Пуассон заметил, что из теории Френеля можно вывести следствие, противоречащее здравому смыс­лу: как будто в центре тени от круглого экрана должно наблюдаться светлое пятно. Эту «несообразность» подтвердил опыт: возражение превратилось в свою противоположность. Комиссия в конце концов признала правильность результатов волновой теории Френеля и присудила ему премию. Однако теория Френеля еще не стала об­щепринятой, и большинство физиков продолжало придерживаться старых взглядов.

Заключительным аккордом в борьбе корпускулярной и волновой теорий света явились результаты измерения скорости света в воде. Согласно корпускулярной теории, скорость света в оптически более плотной среде должна быть больше, чем в оптически менее плотной, а по волновой теории — наоборот. В 1850 г. французский физик Ж.Б. Фуко, измеряя скорость света с помощью вращающегося зерка­ла, показал, что скорость света в воде меньше, чем в воздухе, и тем самым окончательно подтвердил волновую теорию света. Правда, к середине XIX в. приверженцев корпускулярной теории света оста­лось уже мало.

7.1.7. Проблема эфира

Любая новая теория, решая одни проблемы, вместе с тем ставит и ряд новых. Так случилось и с волновой теорией света. В отличие от корпускулярной волновая теория света должна была решить вопрос о свойствах среды — носителя световой волны. Такую среду назвали эфиром. Ответ на вопрос, каковы свойства эфира, предполагал решение двух фундаментальных проблем:

во-первых, какую волну представляют собой световые колебания — продольную или поперечную. Если бы световые волны были продольными, как звуковые колебания, то теорию эфира следовало строить по аналогии с акустикой и теорией газов. Теория попере­чных колебаний гораздо сложнее, поскольку такие колебания рас­пространяются только в твердых (не газообразных) средах;

во-вторых, каким образом эфир взаимодействует с движущимся источником света. Иначе говоря, может ли эфир служить абсолютной системой отсчета для механического движения, поиск ко­торой считал необходимым для обоснования физического знания И. Ньютон.

Для ответа на первый вопрос решающим оказалось объяснение (поляризации света, которое было возможным только на основе гипотезы поперечных колебаний. Теорию поляризации света также разработал Френель. Согласно этой теории свет, испускаемый све­тящимся телом, не является поляризованным. Хотя каждая молекула тела в каждый момент времени излучает плоскополяризованный свет, но вследствие хаотичности движения каждой молекулы они колеблются в разных направлениях, причем направление колебаний каждой молекулы непрерывно изменяется в результате беспорядоч­ных толчков, которые испытывает молекула нагретого тела. Скла­дываясь, волны, испускаемые молекулами светящегося тела, дают одну волну, которая колеблется непрерывно и хаотично, меняя на­правление колебаний. Это и есть естественный свет. Поляризация света в кристалле объясняется разложением колебаний естествен­ного света по двум взаимно перпендикулярным направлениям. А из того, что поляризованные лучи не интерферируют, не влияют друг на друга, Френель сделал правильный вывод о поперечности све­товых колебаний.

Работы по поляризации и двойному лучепреломлению Френеля, представленные во Французскую академию наук в начале 20-х гг., были встречены настороженно, как и предыдущие работы по интерференции и дифракции. Даже Араго, который уже встал на точку зрения волновой теории света, не решился защитить идею о поперечности световых волн. Тем не менее результаты работ Френеля нель­зя было не признать.

Но выявление поперечного характера световых колебаний при­вело к ряду новых затруднений: с одной стороны, эфир как носитель поперечных колебаний должен быть чрезвычайно твердым веществом, а с другой стороны, он не должен оказывать заметного препят­ствия прохождению через него небесных тел. Объяснить это проти­воречие было очень сложно. Выдвигалось множество (в том числе и очень остроумных) гипотез по поводу свойств эфира, но ни одна из них не удержалась в науке.

В волной теории света возникает еще одна кардинальная пробле­ма — определение характера взаимодействия между движущейся Зем­лей и эфиром как носителем световых волн; более широко — пробле­ма взаимодействия между эфиром и веществом. Конкретно она выра­жалась в вопросе: увлекается или не увлекается эфир Землей при ее движении в Космосе. Если эфир не увлекается движущимися телами, значит, он является абсолютной системой отсчета, и тогда механи­ческие, электрические, магнитные и оптические процессы можно связать в единое целое. Если эфир увлекается движущимися телами, то он не является абсолютной системой отсчета, значит, существует взаимодействие между эфиром и веществом в оптических явлениях, но такое взаимодействие отсутствует в механических явлениях, сле­довательно, необходимо было по-разному объяснять явление аберра­ции, эффект Допплера и др. Эта проблема в течение всего XIX в., вплоть до возникновения специальной теории относительности, оп­ределяла развитие фундаментальных проблем теоретической физи­ки. Особенно она обострилась после создания Дж.К. Максвеллом теории электромагнитного поля.

7.1.8. Возникновение полевой концепции

Для физика начала XIX в. не существовало понятия о поле как реаль­ной среде, являющейся носителем определенных сил. Но в первой половине XIX в. началось становление континуальной, полевой фи­зики. Одновременно с возникновением волновой теории света фор­мировалась совершенно новая парадигма физического исследова­ния — полевая концепция в физике. Здесь особая заслуга принадле­жит великому английскому физику М. Фарадею.

Даже в плеяде величайших физиков последних трех столетий М. Фарадей особенно выделяется. Его взгляды на проблемы физичес­кой науки, на материю, движение, на метод исследования в области физики и ее задачи были необычными. То, что научные взгляды Фарадея сильно отличались от воззрений его современников, не слу­чайно. Это определялось своеобразием его пути в науку. Выходец из предместья Лондона, из семьи кузнеца, он не получил систематичес­кого образования, был гениальным самоучкой, самостоятельно под­нялся до вершин физического знания. Те пути в науке, которые он выбирал, не были скованы традициями и предрассудками.

Получив лишь начальное образование, в 13 лет он был отдан в обучение к книготорговцу и переплетчику. Работая в книжной лавке, Фарадей пристрастился к чтению. Он познакомился с сочинениями видных ученых и философов XVIII — начала XIX в., а особенный интерес проявил к химии. Это пробудило у Фарадея стремление за­няться наукой, которое укрепилось после посещения публичных лек­ций Г. Дэви. В 1812 г. по просьбе Фарадея Дэви взял его к себе пере­писчиком. Затем Фарадей получил место лаборанта, а в 1815 г. — ассистента. С 1816 г. Фарадей занимается самостоятельными научны­ми исследованиями. Первоначально его интересует химия, однако, узнав об открытии датского физика Х.К. Эрстеда, он сосредоточился на исследовании электрических и магнитных явлений.

В начале XIX в. выяснилось, что между электричеством и магнетизмом существует глубокая связь. Эрстед обнаружил, что электри­ческий ток создает вокруг себя магнитное поле. Мысль о тесной двусторонней связи электричества и магнетизма кажется Фарадею совершенно очевидной, и уже в 1821 г. он ставит перед собой задачу «превратить магнетизм в электричество». Но только в 1831 г. М. Фарадей показал, что переменное магнитное поле индуцирует в проводнике электрический ток. Эти открытия легли в основу разработки электродвигателя и электрогенератора, играющих ныне столь важную роль в технике.

Фарадей придерживался оригинальных взглядов на природу мате­рии. Он полагал, что материя активна и немыслима без движения, и возражал против атомистического взгляда на строение вещества: наличие атомов и пустого пространства между ними. Если пустота — проводник, то все тела должны быть проводниками, а если пустота — непроводник, то все тела должны быть изоляторами. Но ни того, ни другого не наблюдается. Фарадей создает новую теорию структуры вещества: исходным материальным образованием являются не атомы, а поле; атомы — лишь сгустки силовых линий поля.

Материя, по Фарадею, занимает все пространство. Ее основными характеристиками являются силы притяжения и отталкивания. Под силой Фарадей подразумевает характеристику активности тела или материи вообще, т.е. его понятие силы скорее ближе к понятию движения, чем собственно силы *. Атомы, по Фарадею, являются лишь центрами этих сил притяжения и отталкивания **. Они проницаемы и простираются на бесконечно большое пространство. Таким образом, в концепции Фарадея среда между зарядами выступает не просто передатчиком взаимодействия одного заряда с другим, а явля­ется носителем сил; заряды же он низводит до ранга вторичных образований, продуктов такого реального силового поля.

* Не случайно Фарадей наряду со словом «force» употреблял часто и слово «power», что значит еще и способность, мощность, энергия.

** См.: Фарадей М . Экспериментальные исследования по электричеству. М.; Л., 1951. Т. II. С. 400.

Общие взгляды Фарадея на материю нашли конкретное выраже­ние в его понимании электромагнитных явлений, основанном на представлении о поле. В основе его теории электричества и магне­тизма лежит представление об электрических и магнитных силовых линиях. Фарадей тем не менее не конкретизировал, что представля­ют собой эти силовые линии. Он писал: «Те, кто в какой-нибудь мере придерживаются гипотезы эфира, могут рассматривать эти линии как потоки, или как распространяющиеся колебания, или как стаци­онарные волнообразные движения, или как состояние напряжения». В любом случае, силовые линии для него — это не просто математи­ческий прием, а физическое понятие, имеющее реальный аналог в природе. Силовые линии есть характеристики поля — некоторого особого вида материи, носителя и передатчика энергии. Возникнове­ние полевой концепции стало началом становления континуальной физики.

Экспериментальные открытия Фарадея были хорошо известны, и он еще при жизни приобрел огромный авторитет и славу. Однако к его теоретическим взглядам современники в лучшем случае остава­лись безразличными. Первым обратил на них серьезное внимание Дж.К. Максвелл. Он воспринял эти представления, развил их и по­строил теорию электромагнитного поля. Выработанное в оптике по­нятие «эфир» и сформулированное в теории электрических и магнит­ных явлений понятие «электромагнитное поле» сначала сближают­ся, а затем, уже в начале XX в., с созданием специальной теории относительности, полностью отождествляются.

Таким образом, понятие поля оказалось очень полезным. Будучи вначале лишь вспомогательной моделью, это понятие становится в физике XIX в. все более и более конструктивной абстракцией. Она позволяла понять многие факты, уже известные в области электри­ческих и магнитных явлений, и предсказывать новые явления. Со временем становилось все более очевидным, что этой абстракции соответствует некоторая реальность. Постепенно понятие поля за­воевало центральное место в физике и сохранилось в качестве одного из основных физических понятий.

7.1.9. Закон сохранения и превращения энергии

В первой половине XIX в. постепенно вызревает и утверждается идея единства различных типов физических процессов, их взаимного пре­вращения. Изучение процесса превращения теплоты в работу и об­ратно, установление механического эквивалента теплоты сыграли основную роль в открытии закона сохранения и превращения энер­гии. Все большее и большее место в физических исследованиях зани­мали исследования явлений, в которых имело место взаимопревра­щение различных форм движения. Исследования химических, тепло­вых, световых действий электрического тока, изучение его моторно­го действия, процессов превращения теплоты в работу и т.д. — все это способствовало возникновению и развитию идеи о взаимопревращаемости «сил» природы. Энергия не возникает из ничего и не уничто­жается, она лишь переходит из одного вида в другой — так гласит закон сохранения и превращения энергии.

Эту идею в первой половине XIX в. все чаще высказывали ученые, и нужен был один шаг, чтобы эта идея оформилась в физический закон. Этот шаг в 40-х гг. был сделан многими учеными. Основную роль в установлении закона сохранения и превращения энергии сыграли: немецкий врач Р. Майер, немецкий ученый Г. Гельмгольц и англичанин Дж. Джоуль — манчестерский пивовар, занимавшийся изобретательством и физическими исследованиями.

Значение этого закона выходило далеко за пределы физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоз­зрения естествоиспытателей. Логическим его развитием и обобще­нием выступал принцип материального единства мира.

Закон сохранения энергии и в настоящее время является важней­шим принципом физической науки. Новая форма действия этого закона основана, в частности, на учете взаимосвязи массы и энергии (Е= m с2 ): закон сохранения массы применяется в современной физике совместно с законом сохранения энергии.

7.1.10. Концепции пространства и времени

В обосновании классической механики большую роль играли введен­ные И. Ньютоном понятия абсолютного пространства и абсолютно­го времени. Эти понятия лежат в основании субстанциальной кон­цепции пространства и времени, в соответствии с которой материя, абсолютное пространство и абсолютное время — три независимые друг от друга субстанции, начала мира.

Абсолютное пространство — это чистое и неподвижное вместили­ще тел; абсолютное время — чистая длительность, абсолютная равно­мерность событий. Ньютон считал, что вполне возможно допустить существование мира, в котором есть только одно абсолютное про­странство и нет ни материи, ни абсолютного времени; либо же суще­ствование мира, в котором есть пространство и время, но нет мате­рии; либо же существование мира, в котором есть только время, но нет ни пространства, ни материи. По мнению Ньютона, абсолютное пространство и абсолютное время — это реальные физические харак­теристики мира, но они не даны непосредственно органам чувств, и их свойства могут быть постигнуты лишь в абстракции; возможно, только в будущем физика сумеет найти реальные системы, соответст­вующие абсолютному пространству и абсолютному времени. В своей же повседневной действительности человек имеет дело с относитель­ными движениями, связывая системы отсчета с теми или иными конкретными телами, т.е. имеет дело с относительным пространст­вом и относительным временем.

Физики долгое время полностью придерживались субстанциаль­ной концепции Ньютона, повторяли его определения понятий абсо­лютного пространства и времени. Только некоторые философы критиковали понятия абсолютного пространства и абсолютного време­ни. Так, Г.В. Лейбниц, «вечный оппонент» Ньютона, выступил с кри­тикой субстанциальной концепции и отстаивал принципы реляционной теории пространства и времени , считая «пространство , так же как и время, чем-то чисто относительным: пространство — поряд­ком существований , а время — порядком последовательностей. Ибо про­странство... обозначает порядок одновременных вещей, поскольку они существуют совместно, не касаясь их специфического способа бытия» *. Однако в XVIII в. критика субстанциальной концепции Нью­тона и философская разработка реляционной теории пространства и времени не оказали существенного воздействия на физику. Естест­воиспытатели продолжали пользоваться представлениями Ньютона об абсолютном пространстве и времени, различаясь между собой лишь признанием или непризнанием наличия пустого пространства.

* Лейбниц Г.В. Переписка с Кларком // Соч.: В 4 т. М., 1982. Т. 1. С. 441.

Проблема пространства — особая проблема, объединяющая физи­ку и геометрию. Долгое время молчаливо предполагалось, что свой­ства физического пространства являются свойствами евклидового пространства. Для многих это была само собой разумеющаяся исти­на. «Здравый смысл» был философски воплощен И. Кантом в его взглядах на пространство и время как неизменные априорные «формы чувственного созерцания». Из этого взгляда следовало, что те представления о пространстве и времени, которые выражены в геометрии Евклида и механике Ньютона, вообще являются единст­венно возможными.

Впервые по-новому вопрос о свойствах пространства был постав­лен в связи с открытием неевклидовой геометрии. Безуспешность попыток ряда ученых многих поколений доказать пятый постулат Евклида привела к мысли о его недоказуемости, а вместе с тем и о возможности построения геометрии, основанной на других постула­тах. Одним из первых пришел к этой мысли К.Ф. Гаусс, который еще в начале XIX в. начал размышлять над вопросом о возможности создания другой, неевклидовой, геометрии. Гаусс высказал мысль, что представления о свойствах пространства не являются априорными, а имеют опытное происхождение. Однако он не пожелал втягиваться в острую дискуссию и скрывал от современников свои идеи о возмож­ности неевклидовых геометрий.

Родиной неевклидовых геометрий стала Россия. В 1826 г. на засе­дании физико-математического факультета Казанского университета Н.И. Лобачевский сделал сообщение об открытии им неевклидовой геометрии, а в 1829 г. опубликовал работу «Начала геометрии», в которой показал, что можно построить непротиворечивую геомет­рию, отличную от всем известной и казавшейся единственно возмож­ной геометрии Евклида *. При этом Лобачевский считал, что вопрос о том, законам какой геометрии подчиняется реальное пространст­во — евклидовой или неевклидовой геометрии — должен решить опыт, и прежде всего астрономические наблюдения. Он полагал, что свойства пространства определяются свойствами материи и ее дви­жения, и считал вполне возможным, что «некоторые силы в природе следуют одной, другие своей особой геометрии» **, а вопрос о выборе той или иной геометрии должен решать астрономический опыт.

* В 1832 г. венгерский математик Я. Больяй опубликовал работу, в которой (независимо от Лобачевского) также развил основные идеи неевклидовой геомет­рии.

** Лобачевский Н.И. Полн. собр. соч. М.; Л., 1949. Т. 2. С. 159.

Спустя почти 40 лет после работ Лобачевского, в 1867 г. была опубликована работа Б. Римана «О гипотезах, лежащих в основании геометрии». Опираясь на идею о возможности геометрии, отличной от евклидовой, Риман подошел к этому вопросу с несколько иных позиций, чем Лобачевский. Он вводит обобщенное понятие про­странства как непрерывного многообразия п -го порядка или совокуп­ности однородных объектов — точек, определяемых системой чисел (x1 , х2 ,..., х n ). Используя работы Гаусса по геометрии поверхностей в обычном трехмерном пространстве, Риман вводит для характеристи­ки многообразия n -го порядка понятие расстояния между бесконечно близкими точкамиds и понятие кривизны для каждой точки этого многообразия. В искривленном пространстве нет прямых линий, а свойства геометрических фигур другие, чем на плоскости. Прямая заменена здесь линиями, которые являются кратчайшими расстоя­ниями между точками. С точки зрения Римана, вопрос о том, являет­ся ли геометрия нашего физического пространства евклидовой, что соответствует его нулевой кривизне, или эта кривизна не равна нулю, должен решить эксперимент. При этом он допускает, что свойства пространства должны зависеть от материальных тел и процессов, которые в нем происходят.

Кроме того, Риман высказал новое понимание бесконечности пространства. По его мнению, пространство нужно признать неогра­ниченным; однако если оно может иметь положительную постоян­ную кривизну, то оно уже не бесконечно, подобно тому как поверх­ность сферы хотя и не ограничена, но тем не менее ее размеры не являются бесконечными. Так зарождалось представление о разграни­чении бесконечности и безграничности пространства (и времени).

Идеи неевклидовых геометрий первое время имели весьма мало сторонников, так как противоречили «здравому смыслу» и устояв­шимся в течение многих веков воззрениям. Перелом наступил только во второй половине XIX в. Окончательные сомнения в логической правильности неевклидовой геометрии Лобачевского были развея­ны в работах итальянского математика Э. Бельтрами, который, раз­вивая идеи К. Гаусса в области дифференциальной геометрии для решения задач картографии, показал, что на поверхностях постоян­ной отрицательной кривизны (псевдосферы) осуществляется имен­но неевклидова геометрия. Интерес к работам Лобачевского и Рима­на вновь ожил и вызвал многочисленные исследования в области неевклидовых геометрий и оснований геометрии. Здесь следует упо­мянуть «Эрлангенскую программу Ф. Клейна» (1872), которая вплоть до настоящего времени является руководящей не только для постро­ения новых систем геометрии, но и для теоретической физики. По Ф. Клейну, для построения геометрии необходимо задать: некоторое многообразие элементов; группу преобразований, дающую возможность отображать элементы заданного многообразия друг на друга. А геометрия должна изучать те отношения элементов, которые инва­риантны при всех преобразованиях данной группы. С этих позиций геометрические теории могут быть типологизированы следующим образом: геометрия Евклида, изучающая инварианты перемещений; аффинная геометрия; проективная геометрия (геометрия Лобачев­ского трактуется как часть проективной геометрии); конформная геометрия; топология (геометрия групп непрерывных преобразова­ний, т.е. таких, при которых сохраняется бесконечная близость точек), играющая большую роль в современной космологии, кванто­вой теории гравитации и др.

Развитие теории неевклидовых пространств привело в свою оче­редь к задаче построения механики в таких пространствах: не проти­воречат ли неевклидовы геометрии принципам механики? Если механику невозможно построить в неевклидовом пространстве, то зна­чит реальное неевклидово пространство невозможно. Однако иссле­дования показали, что механика может быть построена в неевклидовом пространстве.

И тем не менее появление неевклидовых геометрий, а затем «не­евклидовой механики» на первых порах не оказало влияния на физи­ку. В классической физике пространство оставалось евклидовым, и большинство физиков не видели никакой необходимости рассматри­вать физические явления в неевклидовом пространстве.

7.1.11. Методологические установки классической физики (конец XVII - начало XX вв.)

К середине XIX в. в основном завершилось становление системы методологических установок классической физики — того теорети­ко-методологического каркаса, в рамках которого получали свое обо­снование и понимание основные понятия, категории, принципы и допущения классической теоретической физики. Смена этой систе­мы установок происходит только в ходе научных революций.

К методологическим установкам классической физики относятся следующие представления.

· Важнейшей исходной предпосылкой классической физики (как и всей науки) является признание объективного существова­ния физического мира , т.е. признание того, что физический мир (как совокупность устойчивых явлений, вещей, процессов, расположенных в определенном порядке в пространственно-временном континууме) существует до и независимо от челове­ка и его сознания.

· Каждая вещь, находясь в определенном месте пространства, сущест­вует в определенный промежуток времени независимо (в пространст­венно-временном отношении) от других вещей . Хотя вещи и способ­ны в принципе взаимодействовать друг с другом, это не приво­дит к существенному изменению структуры взаимодействую­щих тел, а если и приводит, то всегда можно уточнить характер происшедших изменений и ввести соответствующую поправ­ку, восстановив тем самым идеальный образ первоначального состояния.

· Все элементы физического мира, заполняя пространственно-временной континуум, связаны между собой причинно-следст­венными связями таким образом, что, зная в определенный момент времени координаты каждого элемента, можно в прин­ципе абсолютно точно, однозначно предсказать положение этого элемента через любой промежуток времени.

· Для классической физики свойственна уверенность в том, что на основе знания о существующем состоянии элементов физи­ческой системы в принципе возможно однозначно и абсолют­но точно предсказать поведение элементов системы через любой промежуток времени (лапласовский детерминизм ).

· Материальный мир познаваем , на основе имеющихся в наличии исследователя познаваемых средств (теоретических и эмпири­ческих) возможно в принципе объективно описать и объяс­нить все исследуемые физические явления.

· Основой физического познания и критерием его истинности является эксперимент, ибо только в эксперименте исследова­тель через средства исследования непосредственно взаимо­действует с объектом; при этом исследователь свободен в выборе условий проведения эксперимента.

· В процессе исследования физический объект по существу остается неизменным, он не зависит от условий познания . Если же прибор и оказывает какое-либо воздействие на объект, то это воздейст­вие всегда можно учесть, внеся соответствующую поправку. В процессе исследования всегда можно четко разграничить по­ведение объекта и поведение средств исследования, средств наблюдения, экспериментирования. Поэтому описание пове­дения объектов и описание поведения приборов осуществля­ются одинаковыми средствами научного языка.

· Возможно обособление элементов физического мира : в принципе воз­можно экспериментальными средствами неограниченное (по отношению к атому) разложение физических объектов на мно­жество независимых вещей и элементов.

· Все свойства исследуемого объекта могут экспериментально определяться с помощью одной установки одновременно . Нет принципи­альных препятствий для того, чтобы полученные таким путем данные могли быть объединены в одну картину объекта.

· В принципе возможно получение абсолютно объективного знания, т.е. такого знания, которое не содержит ссылок на познающего субъекта (на условия познания). При этом основными критериями объективности считались:

отсутствие в содержании физического знания ссылок на субъект дознания;

однозначное применение понятий и системы понятий для описа­ния физических явлений;

наглядное моделирование — эквивалент объективности зна­ния.

· Данные о состоянии исследуемых явлений выражаются через величины, имеющие количественную меру . Через измеримые величины выражаются также и физические законы, которые должны быть сформулированы на языке математики (программа Галилея). При этом динамические закономерности поведения элементов физического мира исчерпывающим образом описываются системой дифференциальных уравнений (т.е. на континуальной основе). Физические системы, как правило, замкнуты, обратимы (направленность времени для них не важна) и линейны.

· Возможность пренебречь атомным, строением измерительных приборов — одна из общих черт классического, релятивистского и квантового способов описания.

· Уверенность в том, что структура познания в области физики, так же как и структура мира физических элементов, не претерпевает существенных качественных изменений , что классический способ описания вечен и неизменен. Как качественно неизменен фи­зический мир, движение элементов которого сводится к непре­рывному механическому перемещению частиц материи, неиз­менны физические закономерности, так же неизменен и метод познания этого мира и его законов.

· Теоретическое описание мира осуществляется с помощью трех видов логических форм: понятий, теорий и картины мира . Различие между физической теорией и физической картиной мира — количественное (по степени обобщения), но не качественное; фундаментальная физическая теория и есть (в силу нагляднос­ти ее понятий) физическая картина мира.

Кардинальные изменения в понимании природы физического по­знания, структуры его познавательных средств произошли в методологии физики в начале XX в. и были одним из следствий физической революции, которая перевела физику на уровень ее «неклассическо­го» развития.

7.2. Развитие астрономической картины мира

7.2.1. Создание внегалактической астрономии

В течение столетий астрономия развивалась как наука о Солнечной системе, а мир звезд оставался целиком загадочным. Только в XVIII в. обозначился переход астрономии к изучению мира звезд и галактик. Начальные шаги на этом пути были связаны с первыми оценками межзвездных расстояний. Основой для этого служили измерения О. Ремером скорости света и открытие И. Кеплером закона ослабле­ния силы света с расстоянием. Опираясь на эти данные, X. Гюйгенс показал, что свет от Сириуса до нас идет несколько лет, а в 1761 г. И. Ламберт уточнил эти данные и показал, что от Сириуса свет до нас идет 8 световых лет. Постепенно осознавалась колоссальность меж­звездных расстояний. Важным достижением астрономии XVIII в. было и открытие собственных движений звезд (Э. Галлей, 1718).

В XVIII в. по мере увеличения возможностей телескопов удалось выявить новый тип космических объектов — туманности, большинст­во из которых оказались колоссальными, удаленными от нас на огромные расстояния скоплениями звезд — галактиками *. Астрономия постепенно становилась внегалактической. Выдающаяся роль в со­здании внегалактической астрономии принадлежит В. Гершелю, ко­торый был конструктором уникальных для его времени телескопов (с зеркалом диаметром 1,5 м), выдающимся наблюдателем, основателем звездной и внегалактической астрономии.

* Мы пишем слово «Галактика» с прописной буквы, когда речь идет о той галактической системе, к которой принадлежит наше Солнце. Когда же идет о других галактических системах или об общем понятии такой системы употребляем слово «галактика» (со строчной буквы). То же относится и к термину «вселенная»: мы пишем «Вселенная» с прописной буквы там, где речь идет о наблюдаемой нами Вселенной, в которой мы реально живем; если мы говорим о модельных (возмож­ных, иных) вселенных, мы пишем «вселенная» (со строчной буквы).

Мировую славу Гершелю принесли его открытия в Солнечной системе: открытие планеты Уран (1781), нескольких спутников Урана и Сатурна, сезонных изменений полярных «шапок» Марса, периода вращения кольца Сатурна, движения всей Солнечной систе­мы в пространстве в направлении к созвездию Геркулеса и др. Гершель установил существование двойных и кратных звезд как физических систем, уточнил оценки блеска у 3 тыс. звезд, обнаружил пере­менность в некоторых из них, первым отметил различное распреде­ление энергии в спектрах звезд в зависимости от их света и др.

Совершенно особой заслугой Гершеля являются его исследования туманностей. Он открыл свыше 2,5 тыс. новых туманностей. Хотя к его времени их было известно уже около 150, о природе этих объек­тов высказывались лишь смутные и противоречивые догадки. Гершель стал первым изучать мир туманностей, увидев в этом путь к познанию не только строения, но и истории Вселенной. Он впервые попытался измерить Галактику и оценить размеры и расстояния до других туманностей, допуская их сходство с нашей Галактикой. Гершель впервые отметил закономерности крупномасштабной структуры мира туманностей в целом, тенденцию туманностей к скаплива­нию, стремление их объединяться в крупные протяженные «плас­ты» , состоящие как из отдельных туманностей, так и из их скоплений.

Исследования Гершеля способствовали становлению теории ост­ровной Вселенной: расстояния между туманностями сильно превос­ходили размеры объектов (туманностей). Эта теория была высказана Т. Райтом и оказала большое влияние на формирование И. Кантом его космогонической гипотезы.

Важным элементом астрономической картины мира XVIII в. явилась высказанная Э. Сведенборгом, И.Г. Ламбертом и независимо от них И. Кантом идея космической иерархии — субординированное отношение космических систем разной степени организации, вклю­ченность систем низших порядков в системы высших порядков. Так, например, Ламберт утверждал, что существуют во Вселенной систе­мы нескольких порядков: планеты со спутниками; Солнце (равно как и другие звезды) с планетами; большие звездные сгущения в Млечном Пути; Млечный Путь и другие подобные ему скопления звезд, видимые из-за огромных расстояний как туманности; гипотетические системы высших порядков, включающие в себя туманности. Все эти системы Ламберт считал находящимися в непрерывном движении — каждая вокруг своего центра тяжести, т.е. подчиняющимися закону всемирного тяготения.

7.2.2. Формирование идеи развития природы

Идея развития природы — это представление о том, что природа в ходе непрерывного движения и изменения своих форм с течением времени образует (либо сама, либо с помощью надприродных, сверхъестественных сил, бога, например) из простейших, низших, мало организованных форм качественно новые, высшие, более сложные, более организованные формы (уровни, системы). Такая направ­ленность развития от низшего к высшему называется прогрессом.

Эта идея созревала долго и сложно. Так, в античной культуре еще не было понятий о развитии и прогрессе. Движение природы и обще­ства во времени трактовалось античными мыслителями как чередо­вание неизменных в своей основе событий — как круговорот, цикли­ческое возвращение к старому (например, учение Гераклита о пери­одическом мировом пожаре и др.).

На этапе феодально-религиозной культуры складывались лишь отдельные предпосылки идеи развития (образ качественной проти­воположности материального и духовного миров и др.). Но форми­рования самой идеи развития не произошло, поскольку для феодализ­ма, как и для всех обществ с простым воспроизводством, свойствен­ны апология старины, установка на незыблемость традиций, неиз­менность сложившихся общественных и природных форм, недоверие ко всему новому. Феодальная культура консервативна, ско­вывает творческие возможности человека, для нее характерна бо­язнь исторической перспективы.

Только в условиях зарождения капиталистических, товарно-де­нежных отношений, с утверждением в общественном сознании атмо­сферы исторического оптимизма формируется идея развития, про­гресса природы и общества. В XVII в. идея прогресса возникает как механистически трактуемая идея эволюции природы (в трудах Р. Де­карта по космогонии и др.). Под влиянием результатов Нидерланд­ской (XVI в.) и Английской (XVII в.) буржуазных революций идея прогресса природы постепенно перерастает в идею неограниченно­го социального прогресса, прогресса общества, науки и культуры. Их объединение завершилось в середине XVIII в., и с этого времени идеи прогресса природы, общества и культуры (науки) оказались тесно связанными между собой.

Но одно дело идея развития, а совсем другое дело — теория развития, которая не просто констатирует существование развития, а объясняет его, указывает на его предпосылки, условия, факторы, закономерности, вскрывает направление развития, определяет его типы и т.д. В настоящее время существуют разные теории развития: метафизические, диалектические, эмерджентные, системно-синергетические и др. В XVII—XVIII вв. существовали лишь метафизичес­кие теории развития. Согласно этим теориям развитие — это простое количественное изменение (без скачков, перерывов постепенности, переходов количества в качество, борьбы противоположностей и др.), в котором возможно участие нематериальных (сверхъестест­венных, божественных) сил.

Ведущая тенденция в естествознании XVII—XVIII вв. состояла в том, чтобы свести до минимума участие божественных факторов в объяснении развития природы и общества, а в лучшем случае — и вовсе избавиться от них *. Наиболее ярко, контрастно эта тенденция проявилась в астрономии.

* Так, великий французский ученый П. Лаплас, отвечая на вопрос Наполеона, какое место в созданной им космогонической теории отведено Богу, гордо отве­тил: «Я не нуждаюсь в этой гипотезе!»

7.2.3. Идея развития в астрономии

Идею развития природы внес в новоевропейскую науку Р. Декарт в своей космогонии (см. 6.2.2). Декарт отвергал библейскую догму о происхождении мира в шесть дней и создал теоретическую модель о происхождения мира естественным образом, поставив тем самым деосмогонию на почву науки. Богу здесь отводилась лишь роль творца материи и движения; все последующее развитие материи было есте­ственным и в божественном участии не нуждалось.

Качественно новая ситуация в космогонии сложилась с созданием классической механики. И. Ньютон теоретически обосновал идею бесконечности Вселенной и таким образом в космологии (науке о структуре Вселенной как целого) сделал шаг вперед по сравнению с Декартом. Сложнее обстояло дело в космогонии (учении о происхож­дении Вселенной, мира) (см. 6.3.3).

Ньютон ясно понимал, что закономерностей гравитационного взаимодействия масс недостаточно для последовательно механисти­ческого объяснения структуры Вселенной. Во-первых, ему была непонятна сущность тангенциальной составляющей орбитального движе­ния планет (закон всемирного тяготения объясняет центростреми­тельное ускорение планет, но не объясняет, откуда взялось движение планет, которое стремится удалить планету по касательной к орбите). Ньютон делает вывод, что, по-видимому, нужно допустить существование божественного «первого толчка», благодаря которому планета приобретает орбитальное движение и не падает на Солнце. Во-вто­рых, в движении планет и спутников существуют возмущения, кото­рые могут нарастать со временем. Значит, сделал вывод Ньютон, Бог должен время от времени «подправлять» движения небесных тел, возвращать их на свои орбиты. Эти два обстоятельства вынудили Ньютона отказаться от попыток научного объяснения происхожде­ния Вселенной и отдать его на откуп теологии.

Первая всеобъемлющая теория развития Вселенной на основе теории гравитации была создана Иммануилом Кантом, великим немецким мыслителем, философом, ученым-естествоиспытателем. Теория Канта не была чисто умозрительным построением (как тео­рия Р. Декарта); она опиралась на конкретные геометрические, кине­матические и динамические параметры, данные наблюдений, физические закономерности.

7.2.4. Космогония И. Канта

Исходная позиция Канта — несогласие с выводом Ньютона о необхо­димости божественного «первотолчка» для возникновения орби­тального движения планет. По Канту, происхождение тангенциаль­ной составляющей непонятно до тех пор, пока Солнечная система рассматривается как неизменная, данная, вне ее истории. Но доста­точно допустить, что межпланетное пространство в отдаленные вре­мена было заполнено разреженной материей, простейшими элемен­тарными частицами, определенным образом взаимодействующими между собой, то появляется реальная возможность на основе физи­ческих закономерностей объяснить, не прибегая к помощи божест­венных сил, происхождение и строение Солнечной системы. «Дайте мне только материю, и я построю вам из нее целый мир!» — любил повторять И. Кант.

Однако И. Кант — не атеист, он признает существование Бога, но отводит ему только одну роль — создание материи в виде первона­чального хаоса с присущими ей (механистическими) закономерностями. Все дальнейшее развитие материи осуществляется естествен­ным образом, без вмешательства Бога. Основные силы, привлекае­мые Кантом для объяснения развития материи: притяжение (грави­тационное тяготение); отталкивание (по аналогии с газами); химическое соединение (различие частиц по плотности). В результа­те действия этих трех фундаментальных сил осуществлялось, по мне­нию Канта, развитие материи, создавались начальные неоднород­ности в распределении плотности материи.

Различие частиц по плотности обусловило возникновение сгуще­ний, которые стали центрами притяжения более легких элементов, притягиваясь в то же время к более плотным сгущениям. Но благода­ря наличию силы отталкивания, этот процесс сгущения не привел к концентрации материи в одном месте. Взаимодействие, борьба силы отталкивания и силы притяжения определяют возможность длитель­ного развития мира. Движения частиц, направленные к центрально­му сгущению, наталкиваясь на действие силы отталкивания, превра­щались в вихревые движения вокруг этих сгущений. В процессе вра­щения вихрей большое количество частиц падало на центр сгущения, увеличивая его массу, сообщая ему взаимное движение и нагревая его. Так Кант объясняет возникновение Солнца и звезд.

Не упавшие на Солнце частицы вращаются вокруг Солнца и посте­пенно концентрируются в плоскости солнечного экватора, образуя пояс, кольцо частиц. В этом поясе в силу неоднородности различий плотности его частей возникают новые центры тяготения, которые постепенно сгущаются, в них концентрируется масса частиц и посте­пенно образовываются планеты. Аналогичным образом формируют­ся спутники планет. В своей концепции Кант дает объяснение следу­ющим особенностям Солнечной системы: эллиптической форме орбит; отклонению орбитальных плоскостей планет от плоскости солнечного экватора; обратной зависимости масс и объемов планет от степени их удаления от Солнца; неодинаковому числу спутников у различных планет, наличию колец у Сатурна и др.

Кант не ограничился построением модели развития лишь Солнеч­ной системы. Он распространяет свои принципы на объяснение раз­вития Вселенной в целом, понимаемой им как иерархически организованная сверхсистема галактик. Развитие Вселенной, по Канту, это процесс, который имеет начало, но не имеет конца. В каждый момент времени происходит образование новых космических систем на все более далеких расстояниях от центра — места, где этот процесс начался (предположительно в районе Сириуса). В старых областях Вселен­ной космические системы постепенно разрушаются и гибнут. Прав­да, на месте погибших систем могут возникнуть новые: на потухшие солнца падают замедлившиеся планеты и кометы, и вновь нагревают их. Кант сформулировал много пророческих идей: о существовании двойных звезд, о существовании за Сатурном планет Солнечной системы, идею непрерывного перехода от планет к кометам, идею случайной флуктуации плотности, о метеорном составе кольца Сатурна, о существовании колец, подобных кольцу Сатурна, у близких планет и др.

Вместе с тем концепции Канта присущи и принципиальные недо­статки. Первый из них — представление о самопроизвольном возникновении вращения изолированной системы, первоначально нахо­дившейся в покое. Это представление противоречит закону сохранения момента количества движения в изолированной системе. Поэтому П. Лаплас, разрабатывавший космогоническую концепцию (1796), во многом похожую на теорию Канта и опиравшуюся на строгие математические и механические закономерности, был вынужден исходить из вращающегося облака материи как начального пункта.

Второй недостаток — противоречие с закономерностью распреде­ления в Солнечной системе момента количества движения (mvr ). На единицу массы вещества планет приходится в десятки тысяч раз больше лишнего количества движения, чем на такую же массу Солнца. Этого противоречия не избежал и Лаплас в своей космогони­ческой модели Вселенной.

Кантовская теория происхождения Вселенной была величайшим достижением астрономии со времен Коперника. Как Коперник раз­рушил геоцентризм — ядро аристотелевской картины мира, так Кант разрушил ядро метафизического мировоззрения — представления о том, что природа не имеет истории во времени. Кант впервые убеди­тельно показал, что понять настоящее состояние природных систем можно только через знание истории развития этих систем.

Сформулированная в космогонии идея развития природы во вто­рой половине XVIII — первой половине XIX в. постепенно переходит в геологию и биологию.

7.2.5. Методологические установки классической астрономии

Методологические установки классической физики стали принципи­альной методологической базой всего классического естествозна­ния. Методологические установки других естественных наук выступали в роли особенного по отношению к такому общему, как опреде­ленные модификации, учитывающие своеобразие объекта и процес­са познания в данной науке. В полной мере это относится к астрономии.

Методологические установки классической астрономии состоят в следующем.

· Признание объективного существования предмета познания астрономической науки — космических тел, их систем и Все­ленной в целом, т.е. признание того, что мир астрономических объектов существует до и независимо от человека и его сознания . В рамках метафизического мировоззрения XVII—XIX вв. такая материалистическая установка не дополнялась последователь­ным материалистическим решением проблемы происхожде­ния мира. В качестве компромисса не исключалась деистичес­кая трактовка происхождения мира. Вместе с тем проблемы космогонии не играли значительной методологической роли в классической астрономии. Как писал Дж. Гершель, «начало вещей и умозрение о творении не составляет задачи естество­испытателя» *.

Гершель Дж. Философия естествознания. СПб., 1868. С. 38.

· Объективно существующая Вселенная (как объект астрономического познания) единственна, вечна во времени, бесконечна и безгранична в пространстве . Она представляет собой некую механическую систему множества миров (при этом не исключалась возмож­ность их населенности), подобных нашей Солнечной системе (Дж. Бруно). Исходными составляющими космических тел являются атомы, движущиеся в пустоте.

· Мир космических образований (в том числе Вселенная в целом) обла­дает определенной объективной структурой , изучение которой яв­ляется главной задачей астрономии. Но классическая астроно­мия не доводит идею структурности до представления о це­лостной организации структурных компонентов Вселенной. Кроме того, структура космических объектов рассматривалась как неизменная (пусть даже и ставшая во времени), что обосно­вывалось постоянством силы тяготения.

Эта установка классической астрономии уточнялась в ряде более конкретных допущений: во-первых, Вселенная в целом и в отдельных час­тях макроскопична (структурные закономерности астрономических объектов разных масштабов качественно не отличаются от законо­мерностей, присущих окружающим нас на Земле телам); во-вторых, Вселенная однородна и изотропная в ней нет привилегированных точек или направлений (космологический постулат в «узком» смысле, впе­рвые четко сформулированный Дж. Бруно); в-третьих , Вселенная ста­ционарна . Это не значит, что во Вселенной не происходят определен­ные процессы, изменения состояний космических тел и их систем. Но со временем не изменяются такие ее статистические характерис­тики, как распределение и яркость астрономических объектов (звезд, галактик), их средняя плотность (не равная нулю) в простран­стве и др.

· Начиная с И. Канта, впервые показавшего действительную возможность научно обоснованного изучения истории станов­ления Вселенной, одной из фундаментальных установок клас­сической астрономии было представление о том, что Вселенная имеет свою историю, ее нынешнее состояние есть результат опреде­ленной эволюции. При этом считалось, что развитие космичес­ких тел есть постепенное очень медленное количественное эволюционирование, без скачков, перерывов постепенности, переходов количества в качество. Такое понимание дополня­лось представлением о том, что эволюция Вселенной не нару­шает ее структурную организацию и стационарность.

Эта общая установка конкретизировалась в ряде положений: во-первых , факторы, которые вызывают изменение космических тел, сами остаются неизменными (в качестве таких факторов, как прави­ло, рассматривались две силы — притяжения и отталкивания); во-вто­рых , эволюция космических объектов протекает на фоне неизмен­ных (абсолютных) пространства (евклидов трехмерный континуум) и времени; в-третьих , основное направление эволюции космических тел — сгущение и конденсация межзвездного газа, диффузных обра­зований, агрегация космического вещества (идея космогонии Канта—Лапласа— Гершеля); в-четвертых , важное гносеологическое следствие: поскольку эволюционирование Вселенной не оказывает существенного влияния на ее структурную организацию, то в ходе описания структуры Вселенной ее историческим развитием можно пренебречь или свести его к нулю, внеся соответствующую поправку (космологический постулат в «широком» смысле: Вселенная одно­родна и изотропна не только в пространстве, но и во времени). Иначе говоря, допускалось, что учет исторического аспекта не является необхо­димым для решения всех астрономических проблем, прежде всего, для позна­ния наличной структуры Вселенной . Отсюда следовала недооценка роли космогонического аспекта в астрономических исследованиях, про­тивопоставление космогонического аспекта и решения частных аст­рономических проблем, наличие разрыва между космогонией и на­блюдательной астрономией в XVIII—XIX вв.

· Мир астрономических объектов познаваем . Основой и критерием познания в астрономии является наблюдение (в оптическом диапазоне). Познаваем не только структурный, но и генетичес­кий (исторический) аспект астрономической реальности (хотя способы их познания существенно отличаются).

Гносеологические установки материалистического эмпиризма (в соответствии с которыми единственным источником и критерием нашего знания является опыт) в применении к астрономическому познанию конкретизировались в представлениях, во-первых, о том, что эмпирической базой астрономии выступал не эксперимент (как в физике), а наблюдение; во-вторых, что недостаточность наблю­дения компенсируется тем, что астрономическое наблюдение (в от­личие от физического эксперимента) может осуществляться непре­рывно.

· Одной из характерных особенностей астрономического по­знания (как классического, так и современного) является то, что в астрономии нет свободы выбора условий наблюдения .

Необходимость учета условий познания была осознана в класси­ческой астрономии в большей степени, чем в классической физике, но в конечном счете принципиально решалась так же, как в меха­нике. Иначе говоря, методология классической астрономии исхо­дила из того, что влиянием условий познания хотя и нельзя прене­бречь, но его можно свести к нулю, введя соответствующие поправ­ки в окончательный результат исследования. Такие поправки учи­тывали трансформацию картины объекта с учетом места и времени наблюдения, а также непрозрачность земной атмосферы для некоторых длин волн, поглощение света в направлении плоскости нашей Галактики и др.

· Теоретическая основа астрономии одна — классическая меха­ника.

С помощью законов классической механики можно описать все астрономические явления и процессы, и не только в Солнечной сис­теме, но и во всей Вселенной, ибо законы физики, которые обнару­жены на Земле, действуют повсеместно во Вселенной. Будущей аст­рономии, писал П. Лаплас, «не только не должно опасаться, что какое-либо новое светило опровергнет это (механическое. — В.М.) начало, но можно сказать утвердительно заранее, что движение тако­го светила будет ему соответствовать» *. Классическая астрономия заимствовала из методологии классической физики следующие методологические установки: во-первых, постулат возможности обособ­ления элементов астрономического мира; во-вторых, принцип лапласовского детерминизма, в-третьих, требование континуального описания астрономических процессов; в-четвертых, абстрактное пред­ставление о «свободном» характере астрономических объектов.

* Лаплас П. Изложение системы мира. СПб., 1861. Т. 2. С. 335—336.

· Результат астрономического познания — это некая теоретическая схема на базе классической механики . К такой схеме предъявляются те же требования, что и к любой теоретической схеме: во-первых, отсутствие ссылок на субъект познания, т.е. в идеале — сведение всех величин к абсолютным и устранение относи­тельных за счет выделения некой абсолютной системы отсчета; во-вторых, однозначное применение понятий и их систем для описания явлений; в-третьих, признание в любом исследовании резкой границы между содержанием познания и исследователем (наблюдателем); в-четвертых, наглядное моделирование. Счита­лось, что все эти признаки свидетельствуют об объективном характере содержания астрономического знания.

· Среди методологических установок классической астрономии (как и классической физики) одной из важнейших была уверен­ность в том, что структура познавательной деятельности в облас­ти астрономии вечна и неизменна . Иначе говоря, ее методологи­ческие установки не будут подвергаться радикальным измене­ниям. «Астрономии, — писал Дж. Гершель, — не угрожают такие перевороты, от которых нередко изменяются черты наук менее совершенных, которые разрушают все наши гипотезы и запутывают все наши выводы» *.

* Гершелъ Дж. Очерки астрономии. М.,1861. Т. 1. С; 4.

Такова в общих чертах система методологических установок клас­сической астрономии, которые направляли, ориентировали процесс астрономического познания с XVIII в. до середины XX в. Конечно, они сложились не сразу, а развивались вместе с развитием классичес­кой астрономии. Лишь в XX в. достижения астрономии привели к необходимости радикального качественного изменения системы ее методологических установок.

7.3. Возникновение и развитие научной химии

7.3.1. От алхимии к научной химии

Во второй половине XVII в. алхимическая традиция постепенно ис­черпывает себя. В течение более чем тысячи лет алхимики исходили из уверенности в неограниченных возможностях превращений веществ, в том, что любое вещество можно превратить в любое другое вещество. И хотя на полуторатысячелетнем пути развития алхимии были получены отдельные положительные результаты (описание многих химических превращений, открытие некоторых веществ, конструирование приборов, химической посуды, аппаратов и др.), тем не менее главные цели, которые ставили перед собой алхимики (искусственное получение золота, серебра, «философского камня», гумункулуса и др.), оказались недостижимыми. Все более укреплялось представление о том, что существует некоторый предел, граница взаимо­превращения веществ. Этот предел определяется составом химических веществ. В XVII—XVIII вв. химия постепенно становится наукой о качественных изменениях тел, происходящих в результате измене­ния их состава (состав → свойства → функции).

Все это происходит на фоне развития технической химии (метал­лургия, стеклоделие, производство керамики, бумаги, спиртных на­питков) (в трудах Г. Агриколы, И. Глаубера, Б. Палисси и др.) и открытия новых химических веществ. Начиная с XV в. представле­ние о мире химических веществ, соединений быстро расширяется. Были открыты новые металлы (висмут, платина и др.), вещества с замечательными свойствами (например, фосфор). Развитие ремесла и промышленности обусловливают постоянную потребность в опре­деленных химикалиях — селитре, железном купоросе, серной кисло­те, соде, что дает импульс к созданию химических производств, а это в свою очередь стимулирует развитие научной химии.

Новому пониманию предмета химического познания способство­вало возрождение античного атомизма. Здесь важную роль сыграли труды французского мыслителя П. Гассенди. Он критически воспринимал картезианское понимание материи, теорию вихрей Декарта, считая, что будущее естествознания связано с программой атомизма. Гассенди возрождает представление о том, что вечная и бесконечная Вселенная состоит из постоянно движущихся атомов (различной формы, размеров, неизменных, неделимых и т.д.) и пустоты, которая является условием возможности движения атомов и тел. Причем, если Декарт считал, что материя сама по себе пассивна и движение вносится в нее извне, богом, то Гассенди считает материю активной. По его мнению, «атомы обладают и энергией, благодаря которой движутся или постоянно стремятся к движению» *. В этом Гассенди идет значительно дальше античных атомистов. Весьма важным в учении Гассенди было формулирование понятия молекулы, что имело конструктивное значение для становления научной химии.

* Гассенди П. Сочинения. М., 1966. Т. 1. С. 165.

Развитие и конкретное приложение идей атомизма к химии осу­ществил Р. Бойль, который считал, что химия должна быть не служанкой ремесла или медицины, а самостоятельной наукой. Бойль исходил из представления о том, что качественные характеристики и превращения химических веществ могут быть объяснены с помощью понятия о движении, размерах, форме и расположении атомов. Он был на пути к научно обоснованному определению химического эле­мента как предела разложения вещества с данными свойствами.

Бойль разрабатывает не только теоретические, но и экспериментальные основы химии, обосновывает метод химического экспери­мента. В химическом эксперименте, с точки зрения Бойля, главное то, что исследователь не может заранее предсказать, как поведут себя вещества в той или иной химической реакции. Химический экспери­мент призван прежде всего заставить природу выдать ее тайны, а не подтверждать те или иные теоретические гипотезы. В трудах Бойля заложены основы аналической химии (качественный анализ, приме­нение различных индикаторов (например, лакмус) для распознава­ния веществ и др.).

7. 3.2. Лавуазье: революция в химии

Центральная проблема химии XVIII в. — проблема горения. Вопрос состоял в следующем: что случается с горючими веществами, когда они сгорают в воздухе? Для объяснения процессов горения И. Бехером и его учеником Г. Э. Шталем была предложена теория флогистона. Флогистон — это некоторая невесомая субстанция, которую содержат все горючие тела и которую они утрачивают при горении. Тела, содержащие большое количество флогистона, горят хорошо; тела, которые не загораются, являются дефлогистированными. Эта теория позволяла объяснять многие химические процессы и предска­зывать новые химические явления. В течение почти всего XVIII в. она прочно удерживала свои позиции, пока Лавуазье в конце XVIII в. (опираясь на открытия К.В. Шееле сложного состава воздуха и Дж. Пристли кислорода, 1774) не разработал кислородную теорию горения.

Лавуазье показал, что все прежде считавшиеся хаотическими явления в химии могут быть систематизированы и сведены в закон сочетания элементов, старых и новых. К уже установленному до него списку элементов (металлы, углерод, сера и фосфор) он доба­вил новые — кислород, который вместе с водородом входит в состав воды, а также и другой компонент воздуха — не поддерживающий жизни азот. В соответствии с новой системой химические соеди­нения делились в основном на три категории: кислоты, основания, соли. Таким образом, Лавуазье рационализировал химию и объяс­нил причину большого разнообразия химических явлений: она за­ключается в материальном различии химических элементов и их соединений.

Лавуазье раз и навсегда покончил со старой алхимической номен­клатурой, основанной на случайных ассоциациях — «винное масло», «винный камень», «свинцовый сахар» и др. Он ввел (при активном участии К.Л. Бертолле) новую. Новая номенклатура исходила из того, что каждое химическое вещество должно иметь одно определенное название, характеризующее его функции и состав. Например, оксид калия состоит из калия и кислорода, хлорид натрия — из натрия и хлора, сульфид водорода — из водорода и серы, и т.д. Кроме того, Лавуазье поставил вопрос и о количествах, в которых сочетаются различные элементы между собой, и с помощью закона сохранения материи привел химию к представлению о необходимости количест­венного выражения пропорций, в которых сочетались элементы.

С помощью ряда великолепно задуманных и проведенных экспе­риментов Лавуазье смог также показать, что живой организм дейст­вует точно таким же образом, как и огонь, сжигая содержащиеся в пище вещества и высвобождая энергию в виде теплоты.

Таким образом, Лавуазье осуществил научную революцию в химии: он превратил химию из совокупности множества не связан­ных друг с другом рецептов, подлежавших изучению один за одним, в общую теорию, основываясь на которой можно было не только объяснять все известные явления, но и предсказывать новые.

7.3.3. Победа атомно-молекулярного учения

Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера. Изучая химический состав газов, он исследовал весовые количества кислорода, приходящиеся на одно и то же весовое количество вещества (например, азота) в различных по количественному составу окислах, и установил кратность этих количеств. Например, в пяти окислах азота (N2 O, NO, N2 03 , NO2 и N2 05 ) количество кислорода на одно и то же весовое количество азота относится как 1:2:3:4:5. Так был от­крыт закон кратных отношений.

Дальтон правильно объяснил этот закон атомным строением ве­щества и способностью атомов одного вещества соединяться с различным количеством атомов другого вещества. При этом он ввел в химию понятие атомного веса.

И тем не менее в начале XIX в. атомно-молекулярное учение в химии с трудом пробивало себе дорогу. Понадобилось еще полстоле­тия для его окончательной победы. На этом пути был сформулирован ряд количественных законов (закон постоянных отношений Пруста, закон объемных отношений Гей-Люссака, закон Авогадро, согласно которому при одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул), которые получали объяснение позиций атомно-молекулярных представлений. Для экспериментального обоснования атомистики и ее внедрения в химию много усилий приложил Й.Я. Берцелиус. Окончательную победу атомно-молекулярное учение (и опирающиеся на него способы определения атомных и молекулярных весов) одержало на 1-м Международном Конгрессе химиков (1860).

В 50—70-е гг. XIX в. на основе учения о валентности и химической связи была разработана теория химического строения (A.M. Бутле­ров, 1861), которая обусловила огромный успех органического синтеза и возникновение новых отраслей химической промышленности (производство красителей, медикаментов, нефтепереработка и др.), в теоретическом плане открыла путь построению теории пространственного строения органических соединений — стереохимии (Дж.Г. Вант-Гофф, 1874). Во второй половине XIX в. складываются физическая химия, химическая кинетика — учение о скоростях хими­ческих реакций, теория электролитической диссоциации, химичес­кая термодинамика. Таким образом, в химии XIX в. сложился новый общий теоретический подход — определение свойств химических веществ в зависимости не только от состава, но и от структуры.

Развитие атомно-молекулярного учения привело к идее о сложном строении не только молекулы, но и атома. В начале XIX в. эту мысль высказал английский ученый У. Праут, исходя из результатов измере­ний, показывавших, что атомные веса элементов кратны атомному весу водорода. На основе этого Праут предложил гипотезу, согласно которой атомы всех элементов состоят из атомов водорода. Новый толчок для развития идеи о сложном строении атома дало великое открытие Д. И. Менделеевым (1869) периодической системы элемен­тов, которая наталкивала на мысль о том, что атомы не являются неделимыми, что они обладают структурой и их нельзя считать пер­вичными материальными образованиями.

7.4. Биология

7.4.1. Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в.

Особое место занимает XVIII в. в истории биологии. Именно в XVIII в. в биологическом познании происходит коренной перелом в направлении систематической разработки научных методов позна­ния и формирования предпосылки первой фундаментальной биоло­гической теории — теории естественного отбора.

В плеяде выдающихся биологов XVIII в. звезды первой величи­ны — Ж. Бюффон и К. Линней. В своем творчестве они следовали разным исследовательским традициям, воплощавшим для них различные жизненные ориентиры. Каждый из них доводит исследова­тельскую программу в основном до конца, что оказало значительное влияние на развитие биологического познания. Бюффон в 36-томной «Естественной истории» одним из первых в развернутой форме из­ложил концепцию трансформизма (ограниченной изменчивости видов и происхождения видов в пределах относительно узких подраз­делений (от одного единого предка) под влиянием среды); он догады­вался о роли искусственного отбора и как предшественник Ж. Сент-Илера сформулировал идею единства живой природы и единства плана строения живых существ (на основе представления о биологи­ческом атомизме).

К. Линней своей искусственной классификацией (в единственно возможной тогда форме) подытожил длительный исторический пе­риод эмпирического накопления биологических знаний (он описал свыше 10 тыс. видов растений и свыше 4 тыс. видов животных). Вместе с тем Линней осознавал ограниченность искусственной сис­темы и ее возможности. «Искусственная система, — писал он, — служит только до тех пор, пока не найдена естественная. Первая учит только распознавать растения. Вторая научит нас познать природу самого растения» *. Естественная система есть идеал, к кото­рому должны стремиться ботаника и зоология. «Естественный метод есть последняя цель ботаники»,— отмечал Линней **; его особенность в том, что он «включает все возможные признаки. Он приходит на помощь всякой системе, закладывает основание для новых систем. Неизменный сам по себе, он стоит непоколебимо, хотя открываются все новые и новые бесконечные роды. Благодаря открытию новых видов, он лишь совершенствуется путем устранения излишних примет» ***. То, что Линней называет «естественным методом», есть, в сущности, некоторая фундаментальная теория живого. Таким обра­зом, историческая заслуга Линнея в том, что через создание искус­ственной системы он подвел биологию к необходимости рассмот­рения колоссального эмпирического материала с позиций общих теоретических принципов, поставил задачу его теоретической ра­ционализации.

* Цит по: Амлинский И.Е. «Философия ботаники» Линнея: содержание и критический анализ // Идея развития в биологии. М., 1965. С. 7.

** Там же. С. 33.

*** Цит. по: Амлинский И.Е. Указ. соч. С. 34.

В XVIII в. идеи естественной классификации развивались Б. Жюсье, который в ботаническом саду Трианона рассадил расте­ния в соответствии со своими представлениями об их родстве, И. Гертнером, М. Адансоном и др. Первые естественные системы не опирались на представление об историческом развитии организмов, предполагали лишь некоторое их «сродство». Но сама постановка вопроса о «естественном сродстве» инициировала выявление объек­тивных закономерностей единого плана строения живого.

В середине XVIII в. среди биологов еще не утвердилась мысль о том, что объяснение организации живого находится в прямой зави­симости от понимания истории его развития. Вместе с тем постанов­ка и обоснование задачи создания естественной системы означали, что начинается этап формирования предпосылок первой фундамен­тальной теории в биологии, вскрывающей «механизм» происхожде­ния органических видов. Но такие предпосылки формировались не только в систематике, но и в эмбриологии.

В первой половине XVIII в. борьба преформизма и эпигенеза особенно обостряется. Все более четко проявляется различие их философско-методологических оснований. Преформисты (Ш. Бонне, А. Галлер и др.), опиравшиеся на абстрактно-умозритель­ную традицию, считали, что проблема эмбрионального развития должна получить свое разрешение с позиций всеобщих принципов бытия, постигаемых исключительно разумом, и поэтому без особого энтузиазма относились к эмпирическим исследованиям в эмбриоло­гии. Сторонники теории преформации, как правило, были рациона­листами и считали, что разум определяет конечный результат позна­ния независимо от результатов наблюдения.

На иных философско-методологических «строительных лесах» возводилась концепция эпигенеза. Выражая стихийно-эмпиричес­кую традицию, эта концепция нацеливала исследователей на наблюдательные и экспериментальные операции над процессом образова­ния организма из бесструктурной, неоформленной изначальной суб­станции. Для сторонников эпигенеза характерна постоянная наце­ленность на опытное изучение эмбриогенеза.

Вместе с тем философские основания эпигенеза в ходе его исто­рического развития не оставались неизменными. Так, ранний эпиге­нез XVII в., представленный, например, в работах У. Гарвея, опирал­ся на аристотелизм и объяснял новообразования в эпигенезе с теле­ологических позиций как следствие «стремления к совершенству». В XVIII в. усиливается тенденция материалистического истолкова­ния эмбриогенеза, что становится особенно заметным в трудах К. Вольфа, который пытался переосмыслить эпигенез в духе матери­ализма и методологических установок физики. К. Вольф трактовал эпигенез как результат действия двух существенных начал - силы, регулирующей питательные соки, и способности их затвердевания.

Позиция эпигенеза также была более перспективной, чем пози­ция преформизма, в проблеме зарождения жизни. Эпигенетики от­казались от идеи божественного творения живого и сумели подойти к научной постановке проблемы происхождения жизни. Уже Вольф сделал недвусмысленный вывод о принципиальной возможности воз­никновения органических тел в природе... путем зарождения их из неорганических веществ.

Таким образом, система биологического познания в конце XVIII в. подошла к рубежу, который требовал перехода на качествен­но новый уровень организации средств познания в связи с проблема­ми эмбриогенеза и создания естественной системы. Лейтмотивом нового этапа развития биологии стала идея эволюции.

7.4.2. От концепций трансформации видов к идее эволюции

Начиная с середины XVIII в. концепции трансформизма получили широкое распространение. Их было множество, и различались они представлениями о том, какие таксоны и каким образом могут пре­терпевать качественные преобразования. Наиболее распространен­ной была точка зрения, в соответствии с которой виды остаются неизменными, а разновидности могут изменяться. Стоявший на этой точке зрения К. Линней писал: «Вид, род всегда являются делом природы, разновидность — чаще всего дело культуры; классический порядок — дело природы и искусства вместе» *. Наряду с такой точкой зрения существовала и другая, допускавшая трансформацию самих видов (Ж. Бюффон). Допущение изменчивости видов в ограничен­ных пределах под воздействием внешних условий, гибридизации и проч. характерно для целого ряда трансформистов XVIII в. В некото­рых трансформистских концепциях даже допускалась возможность резких превращений одних организмов в другие, взаимных преобра­зований любых таксонов. Трансформизм — это полуэмпирическая позиция, построенная на основе обобщения большого числа фактов, свидетельствовавших о наличии глубинных взаимосвязей между ви­дами, родами и другими таксонами. Но сущность этих глубинных взаимосвязей пока еще не была понята. «Выход» на познание такой сущности и означал переход от трансформизма к эволюционизму.

* Цит по: Амлииский И.Е. Указ. соч. С. 33.

Чтобы перейти от представления о трансформации видов к идее эволюции, исторического развития видов, было необходимо, во-пер­вых, «обратить» процесс образования видов в историю, увидеть созидающе-конструктивную роль фактора времени в историческом раз­витии организмов; во-вторых, выработать представление о возмож­ности порождения качественно нового в таком историческом разви­тии. Переход от трансформизма к эволюционизму в биологии произошел на рубеже XVIII—XIX вв.

Социокультурные предпосылки идеи биологической эволюции складывались на основе отражения радикальных преобразований социально-экономического базиса общества, роста динамизма экономических и политических сторон жизни, бурных революционных потрясений XVII-XVIII вв., прежде всего Английской к Французской революций, культурного прогресса, под влиянием развития филосо­фии и естествознания (космологии, геологии и др.). Что касается собственно биологического материала, то здесь особую роль сыграла необходимость осмысления природы «лестницы существ», т.е. обра­за последовательно расположённых непрерывно усложняющихся ор­ганических форм (Ш. Бонне).

Важным являлся и мировоззренческий аспект проблемы исто­ризма живого: куда заведет исследование истории живого — в глубь материальных, природных процессов или в сферу духовно-божест­венного? Многие идеалистически настроенные естествоиспытатели связывали перспективы биологического познания именно с ориентацией на внематериальные факторы. Так, в 1836 г. К.М. Бэр писал, что «всякое бытие есть не что иное, как продолжение создания, и все естественные науки — только длинное пояснение единого слова: да будет!» * Материалистическая конструктивная линия в этом во­просе на рубеже XVIII—XIX вв. была выражена деизмом, который, как известно, для материалиста есть не более как удобный и простой способ отделаться от религии. Деизм позволял материалистически решать вопрос о природе факторов, обеспечивающих развитие ор­ганических форм, объяснить их прогрессивное историческое вос­хождение.

* Бэр К. Взгляд на развитие наук // Избранные произведения русских естест­воиспытателей первой половины XIX века. М., 1959. С. 219.

Большой вклад в проведение материализма под оболочкой деизма в методологию биологического познания внес Ж.Б. Ламарк. Он счи­тал совершенно различными два процесса: творение и производство. Творение нового — это божественный акт, производство — естествен­ный закономерный процесс порождения природой новых форм. «Творить может только Бог,— утверждал Ламарк,— тогда как природа может только производить. Мы должны допустить, что для своих творений божеству не нужно время, между тем как природа может действовать только в пределах определенного времени» * и «созда­вать все доступные нашему наблюдению тела, и производить все происходящие в них перемены, видоизменения, даже разрушения и возобновления» **. Природные формы не содержат в себе ничего, что связывало бы их с божественной субстанцией, и поэтому их познание должно ориентироваться исключительно лишь на материальные причины. Не случайно, что именно Ламарк был одним из тех первых естествоиспытателей, которые перевели идею эволюции органичес­кого мира на уровень теории эволюции. В Германии в начале XIX в. убежденным сторонником представления об эволюции живой природы»из бесформенной материи выступал Г.Р. Тревиранус.

* Ламарк Ж.Б. Аналитическая система положительных знаний человека, полу­ченная прямо или косвенно из наблюдений // Избранные произведения: В 2 т. М., 1959. Т. 2. С. 354.

** Там же. С. 353.

Идея развития выступила тем конструктивно-организующим на­чалом, которое ориентировало накопление эмпирических и теорети­ко-методологических предпосылок теории эволюции. В ходе конкре­тизации этой идеи был построен ряд важных теоретических гипотез, развивавших различные принципы, подходы к теории эволюции. К самым значительным и относительно завершенным гипотезам сле­дует отнести: ламаркизм, катастрофизм и униформизм.

7.4.3. Ламаркизм

Ж.Б. Ламарк, ботаник при Королевском ботаническом саде, первый предложил развернутую концепцию эволюции органического мира. Он остро осознавал необходимость формулирования новых теорети­ческих целей, методологических установок биологического позна­ния; потребность в обобщающей теории развития органических форм; необходимость решительного разрыва со схоластикой и верой в авторитеты; ориентации на познание объективных закономернос­тей органических систем. Определенную роль сыграл и научный эли­таризм, который позволял Ламарку, боровшемуся в одиночку за свои идеи, отгораживаться от устаревших точек зрения, стандартов, норм, критериев, креационистского невежества своего времени и т.п.

Предпосылкой создания этой концепции явился тот колоссальный эмпирический материал, который был накоплен в биологии к началу XIX в., систематизирован в искусственных системах, зачатках естественной систематики. Ламарк существенно расширил этот материал за счет введения зоологии беспозвоночных, которая до него должным образом не оценивалась как источник для эволюционист­ских обобщений. Базой ламарковской концепции эволюции послужили следующие важные фактические обстоятельства: наличие в систематике разновидностей, которые занимают промежуточное по­ложение между двумя видами; изменение видовых форм при перехо­де их в иные экологические и географические условия; трудности классификации близких видов и наличие в природе большого коли­чества так называемых сомнительных видов, факты гибридизации, и особенно отдаленной, в том числе и межвидовой; обнаружение иско­паемых форм; изменения, претерпеваемые животными при их одомашнивании, а растениями при их окультуривании и др.

Эти данные Ламарк обобщает через призму ряда новых для того времени теоретических и методологических представлении. Во-первых, он настойчиво подчеркивает важность времени как фактора эволюции органических форм. Во-вторых, последовательно прово­дит представление о развитии органических форм как о естествен­ном процессе восхождения их от высших к низшим. В-третьих, включает в свое учение качественно новые моменты в понимании роли среды в развитии органических форм. Если до Ламарка господство­вало представление о том, что среда — это либо вредный для организма фактор, либо, в лучшем случае, нейтральный, то благодаря Ламарку среду стали понимать, как условие эволюции органических форм.

Творчески синтезируя все эти эмпирические и теоретические компоненты, Ламарк сформулировал гипотезу эволюции, базирую­щуюся на следующих-принципах:

принцип градации (стремление к совершенству, к повышению организации);

принцип прямого приспособления к условиям внешней среды, который, в свою очередь, конкретизировался в двух законах:

во-первых, изменения органов под влиянием, продолжительного упраж­нения (неупражнения) сообразно новым потребностям и привычкам;

во-вторых, наследования таким приобретенных изменений новым поко­лением.

Согласно этой теории, современные виды живых существ произо­шли от ранее живших путем приспособления, обусловленного их стремлением лучше гармонизировать с окружающей средой. Напри­мер, жираф, доставая растущие на высоком дереве листья, вытягивал свою шею, и это вытягивание было унаследовано его потомками.

Хотя эволюционная концепция Ламарка казалась его современни­кам надуманной и мало кем разделялась, тем не менее она носила новаторский характер, была первой обстоятельной попыткой реше­ния проблемы эволюции органических форм. Особенно важно то, что Ламарк искал объяснение эволюции во взаимодействии организ­ма и среды и стремился материалистически трактовать факторы эво­люции.

Главная теоретико-методологическая трудность, стоявшая перед Ламарком, заключалась в воспроизведении диалектического взаимо­действия внешнего и внутреннего, организма и среды. Эту проблему решить ему не удалось. В результате внешний (эктогенез) и внутрен­ний (автогенез) факторы эволюции в его концепции трактовались независимо друг от друга *. Кроме того, Ламарк опирался на ряд ис­ходных допущений, которые упрощали сам подход к проблеме: ото­ждествление наследственной изменчивости и приспособления орга­низма; историческая неизменяемость факторов эволюции и др. Поэ­тому не удивительно, что Ламарку не удалось решить фундаменталь­ные проблемы, стоящие перед любой эволюционной концепцией (диалектика наследственности и изменчивости, проблема органичес­кой телеологии, взаимосвязь необходимости и случайности и др.).

* Это создавало возможность идеалистической трактовки автогенеза, что и нашло свое выражение в концепциях психоламаркизма (Э. Геринг, О. Гертвиг и др.).

В начале XIX в. наука еще не располагала достаточным материа­лом для того, чтобы ответить на вопрос о происхождении видов иначе, как предвосхищая будущее, пророчествуя о нем. Первым таким «пророком» и стал Ламарк.

7.4.4. Катастрофизм

Иным образом конкретизировалась идея развития в учении катастрофизма (Ж. Кювье, Л. Агассис, А. Седжвик, У. Букланд, А. Мильн-Эдвардс, Р.И. Мурчисон, Р. Оуэн и др.). Здесь идея биологической эво­люции выступала как производная от более общей идеи развития глобальных геологических процессов. Если Ламарк старался своей деистической позицией отодвинуть роль божественного «творчест­ва», отгородить органический мир от вмешательства творца, то катастрофисты, наоборот, приближают бога к природе, непосредствен­но вводят в свою концепцию представление о прямом божественном вмешательстве в ход природных процессов. Катастрофизм есть такая разновидность гипотез органической эволюции, в которой прогресс органических форм объясняется через признание неизменяемости отдельных биологических видов. В этом, пожалуй, главное своеобра­зие данной концепции.

В системе эмпирических предпосылок катастрофизма можно ука­зать следующие: отсутствие палеонтологических связей между исто­рическими сменяющими друг друга флорами и фаунами; существова­ние резких перерывов между смежными геологическими слоями; от­сутствие переходных форм между современными и ископаемыми видами; малая изменяемость видов на протяжении культурной исто­рии человечества; устойчивость, стабильность современных видов; редкость случаев образования межвидовых гибридов; обнаружение обширных излияний лавы; обнаружение смены земных отложений морскими и наоборот; наличие целых серий перевернутых пластов, существование трещин в пластах и глубинных разломов коры. Дли­тельность существования Земли в начале XIX в. оценивалась пример­но в 100 тыс. лет — таким относительно небольшим сроком трудно объяснить эволюцию органических форм *.

* Вопрос о возрасте Земли — особая проблема. В течение многих веков возраст Земли считался равным нескольким тысячам лет, что следовало из библейского мифа о сотворении мира. Однако к концу XVIII в. геология уже становилась насто­ящей наукой, и большинство геологов начали осознавать, что такие процессы, как образование осадочных пород или выветривание, имеют затяжной характер и совершаются за огромные промежутки времени. Во второй половине XVIII в. возраст Земли оценивался геологами лишь в 75 тыс. лет. Однако к середине XIX в. этот отрезок времени «растянулся» до сотен миллионов лет. В настоящее время методами радиоактивного датирования возраст Земли оценивается в 4,6 млрд лет.

Теоретическим ядром катастрофизма являлся принцип разгра­ничения действующих в настоящее время и действовавших в про­шлом сил и законов природы. Силы, действовавшие в прошлом, качественно отличаются от тех, которые действуют сейчас. В отда­ленные времена действовали мощные, взрывные, катастрофические силы, прерывавшие спокойное течение геологических и биологи­ческих процессов. Мощность этих сил настолько велика, что их природа не может быть установлена средствами научного анализа. Наука может судить не о причинах этих сил, а лишь об их послед­ствиях. Таким образом, катастрофизм выступает как феноменоло­гическая концепция.

Главный принцип катастрофизма раскрывался в представлениях о внезапности катастроф, о крайне неравномерной скорости процес­сов преобразования поверхности Земли, о том, что история Земли есть процесс периодической смены одного типа геологических изме­нений другим, причем между сменяющими друг друга периодами нет никакой закономерной, преемственной связи, как нет ее между фак­торами, вызывающими эти процессы. По отношению к органичес­кой эволюции эти положения конкретизировались в двух принципах:

во-первых, в принципе коренных качественных изменений орга­нического мира в результате катастроф;

во-вторых, в принципе прогрессивного восхождения органичес­ких форм после очередной катастрофы.

С точки зрения Ж. Кювье, те незначительные изменения, кото­рые имели место в периоды между катастрофами, не могли привести к качественному преобразованию видов. Только в периоды катастроф, мировых пертурбаций исчезают одни виды животных и расте­ний и появляются другие, качественно новые. Кювье писал: «Жизнь не раз потрясала на нашей земле страшными событиями. Бесчислен­ные живые существа становились жертвой катастроф: одни, обитате­ли суши, были поглощаемы потопами, другие, населявшие недра вод, оказывались на суше вместе с внезапно приподнятым дном моря, сами их расы навеки исчезали, оставив на свете лишь немногие остат­ки, едва различимые для натуралистов»*. Творцы теории катастро­физма исходили из мировоззренческих представлений о единстве геологических и биологических аспектов эволюции; непротиворечи­вости научных и религиозных представлений, вплоть до подчинения задач научного исследования обоснованию религиозных догм. В ос­нове катастрофизма — допущение существования скачков, переры­вов постепенности в развитии.

* Кювье Ж. Рассуждение о переворотах на поверхности земного шара. М.; Л., 1937. С.83.

Можно ли выделить инвариантные черты у видов, сменяющих друг друга после очередной катастрофы? По мнению Кювье, можно допустить существование такого сходства. Он выделял четыре основ­ных типа животных (позвоночные, мягкотелые, членистые и лучис­тые), с каждом из которых соотносил определенный исторически неизменный «план композиции» (основу многообразия систем скоррелированных признаков организма). «План композиции» у катастрофистов — нематериальная сила, идеальный организующий центр божественного творения. По их мнению, добавление «творящей силы» после каждой очередной катастрофы определяет прогрессив­ное восхождение органических форм.

К концепции катастрофизма в отечественной литературе долгое время относились снисходительно, как к чему-то наивному, устаревшему и полностью ошибочному. Тем не менее значение этой концепции в истории геологии, палеонтологии, биологии велико. Катастро­физм способствовал развитию стратиграфии, связыванию истории развития геологического и биологического миров, введению пред­ставления о неравномерности темпов преобразования поверхности земли, выделению качественного своеобразия определенных перио­дов в истории Земли, исследованию закономерностей повышения уровня организации видов в рамках общих ароморфозов и др. В исто­рической геологии и палеонтологии не потеряло своего значения и само понятие «катастрофа»: современная наука также не отрицает идеологических катастроф. Они представляют собой «закономерный процесс, неизбежно наступающий на определенном этапе жизнедеятельности геологической системы, когда количественные изменения выходят за пределы ее меры» *.

* Зубков И.Ф. Проблема геологической формы движения материи. М.,1979. С.170.

7.4.5. Униформизм. Актуалистический метод

В XVIII — первой половине XIX в. была обстоятельно разработана концепция униформизма (Дж. Геттон, Ч. Лайель, М. В. Ломоносов, К. Гофф и др.). Если катастрофизм вводил в теорию развития Земли супранатуральные факторы и отказывался от научного исследования закономерностей и причин древних геологических процессов, то униформизм, наоборот, выдвигает принцип познаваемости истории Земли и органического мира. Униформисты выступали против ката­строфизма, критикуя прежде всего неопределенность представле­ния о причинах катастроф.

Униформизм складывался под влиянием успехов классической механики, прежде всего небесной механики, и галактической астро­номии, представлений о бесконечности и безграничности природы в пространстве и времени. Одним из его следствий была точка зрения о том, что в природе человек как субъект познания не находит при­знаков начала мира и в будущем тоже не видит предварительных указаний на его конец (Дж. Геттон). Другая важнейшая установка униформизма — познаваемость мира и его истории.

Ядром униформизма являлся актуалистический метод, который, по замыслу, его основоположников (прежде всего Ч. Лайеля), должен был стать ключом для познания древних геологических процессов. Актуалистический метод предполагал преемственность прошлого и настоящего, тождественность современных и древних геологичес­ких процессов. По характеру современных геологических процессов можно с определенной степенью приближения описать закономер­ности древних процессов, в том числе и образование горных пород. Пропагандируя всемогущество актуалистического метода, Ч. Лайель писал, что с его помощью человек становится способным «не только исчислять миры, рассеянные за пределами нашего слабого зрения, но даже проследить события бесчисленных веков, предшествовав­ших созданию человека и проникнуть в сокровенные тайны океана или внутренностей земного шара» *. Вместе с тем сам Лайель система­тически применял актуалистический метод лишь к неживой приро­де, а в области органических процессов он делал серьезные уступки катастрофизму, допуская возможность актов божественного творе­ния органических форм.

* Лайелъ Ч. Основные начала геологии. СПб., 1866. Ч. 1. С. 229.

К эмпирическим предпосылкам концепции униформизма следует отнести: установление того, что возраст Земли намного больше, чем предполагали катастрофисты; данные изучения латеральной смены фаций в пределах одного стратиграфического горизонта; консолидацию и превращение известковых мергелей в сцементи­рованную породу; способность рек прорезать глубокие ущелья в пластах лавы; установление причинной связи между вулканизмом и тектоническими нарушениями; установление того, что третичное время состоит в действительности из нескольких периодов (эоцен, миоцен, ранний и поздний плиоцен) (см. 13.3.1); которые были весьма продолжительными для того, чтобы накопились мощные осадки и произошли значительные изменения в органическом мире; факты медленных, без катастроф поднятий суши (в частности, островов) и др.

Униформизм опирался на следующие теоретические принципы: во-первых, однообразие действующих факторов и законов природы, их неизменяемость на протяжении истории Земли ,

во-вторых, непрерывность действия факторов и законов, отсутствие всяческих переворотов, скачков в истории Земли,

в-третьих, суммирование мелких отклонений в течение громадных пери­одов времени,

в-четвертых, потенциальная обратимость явлений и отрицание прогресса в развитии.

Тем не менее и униформизм являлся достаточно ограниченной теорией развития: сведя развитие к цикличности, он не видел в нем необратимости; с точки зрения сторонников униформизма, Земля не развивается в определенном направлении, она просто изменяется случайным, бессвязным образом.

7.4.6. Дарвиновская революция

И ламаркизм, и катастрофизм, и униформизм — гипотезы, которые были необходимыми звеньями в цепи развития предпосылок теории естественного отбора, промежуточными формами конкретизации идеи эволюции. Эти гипотезы значительно отличаются между собой и своими целевыми ориентациями, и степенью разработанности. Так, катастрофизм и униформизм ориентировались преимущественно на геологическую проблематику, и для них характерно отсутствие развернутых представлений о факторах эволюции органического мира.

Трудности создания теории эволюции были связаны со многими факторами. Прежде всего с господством среди биологов представле­ния о том, что сущность органических форм неизменна и внеприродна и как таковая может быть изменена только Богом. Кроме того, не сложились объективные критерии процесса и результата биологи­ческого исследования. Так, не было ясности, каким образом надо строить научную аргументацию и что является ее решающим основа­нием. Доказательством часто считали либо наглядные демонстрации (как говорил Ч. Лайель: «Покажите мне породу собак с совершенно новым органом, и я тогда поверю в эволюцию»), либо абстрактно-умозрительные соображения натурфилософского порядка. Не ясен был характер взаимосвязи теории и опыта. Долгое время, вплоть до начала XX в., многие биологи исходили из того, что одного факта, несовместимого с теорией, достаточно для ее опровержения.

Был неразвит и понятийный аппарат биологии. Это проявлялось, во-первых, в недифференцированности содержания многих понятий. Например, отождествлялись реальность и неизменность видов; изменяемость видов считалась равнозначной тому, что вид реально не существует, а есть результат классифицирующей деятельности мышления ученого. Во-вторых, плохо постигались диалектические взаимосвязи, например взаимосвязь видообразования и вымирания. Так, Ламарк исходил из того, что видообразование не нуждается в вымирании, а определяется только приспособляемостью и переда­чей приобретенных признаков по наследству. А те, кто обращал внимание на вымирание (например, униформисты), считали, что выми­рание несовместимо с естественным образованием видов и предпо­лагали участие в этом процессе творца. Следовательно, было необхо­димо вырабатывать новые понятия и представления, новые закономерности, отражающие диалектический характер отношения организма и среды.

Эмпирические предпосылки эволюционной теории обусловлива­лись всем ходом развития палеонтологии, эмбриологии, сравнитель­ной анатомии, систематики, физиологии, биогеографии других наук во второй половине XVIII — первой половине XIX в. Свое концентри­рованное выражение они находят прежде всего в систематике расти­тельного и животного миров, поскольку только «благодаря классифи­кации разнообразие органического мира становится доступным для изучения другими биологическими дисциплинами. Без нее смысл большей части результатов, полученных в других отраслях биологии, оставался бы неясным» *.

* Майр Э. Принципы зоологической систематики. М., 1971. С. 17.

Большое аначение для утверждения теории развития имела идея единства растительного и животного миров. Содержанием этой идеи являлось представление о том, что единство органического мира должно иметь свое морфологическое выражение, проявляться в оп­ределенном структурном подобии организмов. В 30-е гг. XIX в. М. Шлейден и Т. Шванн разработали клеточную теорию, в соответ­ствии с которой образование клеток является универсальным прин­ципом развития любого (и растительного, и животного) организма; клетка — неотъемлемая элементарная основа любого организма (см. 8.3.2).

Чарльз Дарвин в создании своей эволюционной теории опирался на колоссальный эмпирический материал, собранный как его пред­шественниками, так и им самим в ходе путешествий, прежде всего кругосветного путешествия на корабле «Бигль». Основные эмпири­ческие обобщения, наталкивающие на идею эволюции органических форм, Дарвин привел в работе «Происхождение видов» (1859). Дарвин был с юных лет знаком с эволюционными представлениями, неоднократно сталкивался с высокими оценками эволюционных идей. В своем творчестве он опирался на представление (сформиро­вавшееся в недрах униформизма) о полной познаваемости законо­мерностей развития природы, возможности их объяснения на осно­ве доступных для наблюдения сил, факторов, процессов. Дарвину всегда были присущи антикреационистские и антителеологические воззрения; он отрицательно относился к антропоцентризму и был нацелен на рассмотрение происхождения человека как части, звена единого эволюционного процесса. Определенную конструктивную ролъ в выработке принципов селекционной теории эволюции сыгра­ло утверждение (сформулированное Т.Р. Мальтусом) о том, что имеется потенциальная возможность размножения особей каждого вида в геометрической прогрессии.

Свою теорию Дарвин строит на придании принципиального значения таким давно известным до него фактам, как наследственность и изменчивость. От них отталкивался и Ламарк, непосредственно связывая эти два понятия представлением о приспособлении. Приспособительная изменчивость передается по наследству и приводит к образованию новых видов — такова основная идея Ламарка. Дарвин понимал, что непосредственно связывать наследственность, измен­чивость и приспособляемость нельзя. В цепь наследственность — изменчивость Дарвин вводил два посредствующих звена.

Первое звено связано с понятием «борьба за существование», от­ражающим тот факт, что каждый вид производит больше особей, чем их выживает до взрослого состояния; среднее количество взрослых особей находится примерно на одном уровне; каждая особь в течение своей жизнедеятельности вступает в множество отношений с биотическими и абиотическими факторами среды (отношения между организмами в популяции, между популяциями в биогеоценозах, с абиотическими факторами среды и др.). Дарвин разграничивает два вида изменчивости — определенная и неопределенная.

Определенная изменчивость (в современной терминологии — адап­тивная модификация) — способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, пищу и др.). По современным представлениям адаптивные модификации не наследуются и потому не могут постав­лять материал для органической эволюции. (Дарвин допускал, что определенная изменчивость в некоторых исключительных случаях может такой материал поставлять.)

Неопределенная изменчивость (в современной терминологии — мутация) предполагает существование изменений в организме, которые происходят в самых различных направлениях. Неопределенная изменчивость в отличии от определенной носит наследственный характер, и незначительные отличия в первом поколении усиливаются в последующих. Неопределенная изменчивость тоже связана с изменениями окружающей среды, но уже не непосредственно, что характерно для адаптивных модифика­ций, а опосредованно. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играют именно неопределенные изменения. Неопреде­ленная изменчивость связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но возможны и такие мутации, которые в определенных условиях оказываются перспективными, способствуют органическо­му прогрессу. Дарвин не ставил вопроса о конкретной природе неоп­ределенной изменчивости. В этом проявилась его интуиция гениаль­ного исследователя, осознающего, что еще не пришло время для понимания этого феномена *.

* Высказанные им соображения о «пангенезисе» носили откровенно натурфи­лософский характер, что было ясно и самому Дарвину.

Второе посредствующее звено, отличающее теорию эволюции Дарвина от ламаркизма, состоит в представлении о естественном отборе как механизме, который позволяет выбраковывать ненужные формы и образовывать новые виды. Успехи селекционной практики (главной стороной которой является сохранение особей с полезны­ми, с точки зрения человека, свойствами, усиление этих свойств из поколения в поколение, осуществлявшееся в процессе ведущегося человеком искусственного отбора) послужили той главной эмпири­ческой базой, которая привела к появлению теории Дарвина. Пря­мых доказательств естественного отбора у Дарвина не было; вывод о существовании естественного отбора он делал по аналогии с отбором искусственным. Тезис о естественном отборе является ведущим принципом дарвиновской теории, который позволяет разграничить дарвинистские и недарвинистские трактовки эволюционного про­цесса. В нем отражается одна из фундаментальных черт живого — диалектика взаимодействия органической системы и среды.

Таким образом, дарвиновская теории эволюции опирается на сле­дующие принципы:

• борьбы за существование;

• наследственности и изменчивости;

• естественного отбора.

Эти принципы являются краеугольным основанием научной биоло­гии.

Э. Геккель называл Дарвина «Ньютоном органического мира». Символично, что в Вестминстерском аббатстве Дарвин похоронен рядом с И. Ньютоном. В этом сближении имен двух великих ученых есть большой смысл. Как Ньютон завершил труды своих предшест­венников созданием первой фундаментальной физической теории — классической механики, так Ч. Дарвин довел до завершения процесс поиска способов конкретизации идеи эволюции, создал первую фун­даментальную теорию в биологии — теорию естественного отбора и заложил основания научного познания исторического аспекта органических систем.

7.4.7. Методологические установки классической биологии

Методологические установки классической биологии развивались медленно, начиная с середины XVIII в. вплоть до начала XX в. В общих чертах содержание методологических установок классической биологии состоит в следующем.

Признание объективного, не зависящего от сознания и воли человека, существования органических форм - главная мировоззренческая посылка биологического познания . При всем различии мировоззренческих позиций, биологи исходили из того, что органический мир существует независимо от сознания его исследователей; субъективно-идеалистические представления не играли существенной роли в биологическом познании.

Вместе с тем единство в вопросе об объективном существовании органических форм не исключало различий взглядов на роль материальных и идеальных факторов в происхождении и функционировании органических форм. В биологии гораздо дольше, чем в других отраслях естествознания, сосуществовали объективно-идеалистическая и. материалистическая трактовки природы объекта. По мере развития биологии стихийная материалистическая ориентация уче­ных становилась все более весомой; радикальный перелом произо­шел в середине XVIII в., хотя еще вплоть до XX в. появлялись рециди­вы витализма. В XIX в. укреплялось представление о том, что мир органических форм, мир живого образовался естественным обра­зом, порожден материальной природой без прямого либо косвенно­го вмешательства потусторонних сил. Формирование такой установ­ки было важнейшей предпосылкой преобразования биологического дознания в науку.

· Классическая биология исходила из того, что мир живого, орга­нических форм имеет определенные объективные закономерности, порядок, структуру; эти закономерности познаваемы средствами науки. Классическое биологическое познание концентрировалось лишь на одном качественно определенном уровне организации живого (организменном либо клеточном, реже — тканевом), который одновременно считался и первичным. Все надорганизменные уровни (колонии, популяции, вид, биоценоз, биосфера) рассматривались как производные, вторичные, для которых характерны лишь аддитивные, а не интегративные свойства. Это — ориентация на моносистемность.

· Важную методологическую роль играло представление о том, что органический мир есть, с одной стороны, некое многооб­разие форм, явлений, процессов, а с другой стороны, одновре­менно должен представлять собой и некоторое единство. С середины XVIII в. пробивала себе дорогу мысль, что материа­листическое понимание такого единства может лежать только в истории органического мира. Поэтому методологической установкой классической биологии, рубежом, разделявшим донаучный и научный этапы ее развития, выступало представле­ние о том, что органический мир имеет свою историю, его нынешнее состояние есть результат предшествующей исторической естествен­ной эволюции.

Вместе с тем понимание историзма в методологии классической биологии было ограниченным. Это проявлялось, в частности, в том, что историзм, развитие, эволюция рассматривались как полностью обращенные в прошлое, исключительно ретроспективно, не доводи­лись до настоящего, до современности. Такая установка сыграла не­гативную роль в истории дарвинизма, задержав экспериментальное исследование естественного отбора.

Тем не менее важнейшим достижением классической биологии явилось представление о том, что природа живого может быть поня­та и объяснена только через знание его истории. История органичес­кого мира может и должна получить научно-рационалистическое и материалистическое объяснение.

· На основе синтеза представлений о единстве (взаимосвязи) и историзме органического мира формируется принцип систем­ности . Системное воспроизведение объекта предполагает вы­явление единства в предметном многообразии живого. Можно сказать, что научная биология начинается там, где на смену предметоцентризму приходит системоцентризм. Теория Дарвина, по сути, есть результат системного исследования.

· В вопросе о характере познания методологические установки классической биологии формулируют в основном те же пред­ставления, что и методологические установки других естест­венных наук этого периода.

Познание — это обобщение фактов в несколько этапов, уровней (наблюдение, суждение, умозаключение, принципы, теория). Осно­вой познания является наблюдение. Начинаясь с наблюдения, оно продолжается на уровне мыслительных процедур, к ним относятся: описание (как с помощью терминов языка (естественного), так и наглядным образом — с помощью рисунков, схем и др.); систематиза­ция на основе определенных выделенных признаков объектов (высшей формой систематизации является классификация, когда выбор признаков связан с выделением существенных сторон объекта); сравнение, позволяющее выявлять законы объекта путем сопоставления существенных характеристик объекта (высокая эффективность метода сравнения вызвала к жизни такие науки, как сравнительная анатомия, сравнительная морфология, сравнительная физиология, сравнительная систематика и др.).

Содержательным является только первый уровень — уровень наблюдения как формы непосредственного чувственного контакта объекта с объектом. Мыслительные процедуры, акты деятельности разума не вносят в содержание биологического знания новых моментов, лишь перерабатывают то, что получено в процессе наблюдения. Наблюдение как бы «переливает» содержание объекта в сознание субъекта. Таким образом, классическая биология (как и классические физика и астрономия) в своих методологических установках исходили преимущественно из эмпирического обоснования знания (единственной содержательной основой знания признавался чувственный опыт в виде наблюдения). В классической биологии эксперимент еще не рассматривался как важный метод эмпирического познания органических объектов. Классическая биология - это биология по преимуществу наблюдательная. Внедрение метода эксперимента в основные отрасли биологии в том числе и в теопиот эволюции — заслуга XX в.

• Факт нарушения реальной картины объекта в процессе микро­скопического исследования осознавался, но при этом биологи исходили из того, что внесенными в ходе подготовки к наблюдению и самого наблюдения изменениями картины, объекта можно либо прене­бречь, либо внести на них поправку и тем самым свести их к нулю . Методологические установки классической биологии допуска­ли следующие отношения между знанием и объектом позна­ния: однозначное соответствие каждого элемента теории оп­ределенному элементу объекта (органического мира); нагляд­ность биологических образов и представлений, понятий; от­сутствие ссылки на условия познания в результате исследования.

• Одним из важнейших методологических затруднений явля­лось непонимание диалектического пути развития теории, ее взаи­мосвязи с опытом , того обстоятельства, что на ранних этапах своего развития теория может не объяснить все факты ее пред­метной области. Потому господствовало представление, что один-единственный факт, противоречащий теории, может ее полностью опровергнуть. На основании такого методологи­ческого «стандарта» строились почти все попытки «закрыть» теорию эволюции Дарвина и попытаться заменить ее другой концепцией.

• Методологические установки классической биологии в своей основе были метафизическими и поэтому неспособными выра­зить тождество противоположных сторон целостного систем­ного объекта. Это отражалось в том, что всеобщие характерис­тики системной организации воспроизводились в двух проти­воположных методологических регулятивах.

Во-первых , по вопросу о природе целостности и способах ее отра­жения в познании существовали две противоположные методологи­ческие установки — редукционизм и целостный подход, которые в миро­воззренческом плане воплощались в двух противостоящих друг другу позициях — механицизма и витализма. Редукционизм исходил из того, что органическая целостность может быть сведена к простой аддитивной сумме свойств составляющих ее (механических, физи­ческих и химических) частей, а целостный подход (в разных своих вариантах — холизм, органицизм и др.), подчеркивая качественное своеобразие целого по сравнению с его частями, считал таким осно­ванием целостности некую супранатуральную субстанцию.

Во-вторых , в качестве противоположных методологических уста­новок выступали механистический детерминизм и телеология . Первый игнорировал функциональное единство органических систем, а вто­рой усматривал в целесообразности таких систем проявление идеа­листической основы. Материалистическое преодоление телеологизма в биологии началось с учения Ч. Дарвина, который нанес смер­тельный удар телеологии в естествознании и объяснил ее рациональный смысл.

В-третьих , для методологических позиций классической биоло­гии характерно противопоставление структурно-инвариантного и генетическо-исторического подходов, ориентация на неизменность факторов эволюции, господство организмоцентрического мышления (исходной «кле­точкой» рассмотрения органической эволюции выступал отдельный организм; организмоцентризм — конкретная биологическая форма предмстоцентризма).

· И наконец, классическая биология исходила из того, что струк­тура познавательной деятельности в биологии неизменна, методоло­гические принципы биологического познания исторически не развива­ются.

8. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ ВТОРОЙ ПОЛОВИНЫ XIX в.: НА ПУТИ К НОВОЙ НАУЧНОЙ РЕВОЛЮЦИИ

Вторая половина XIX в. в развитии естествознания занимает особое место. Этот период знаменует одновременно и завершение старого, классического естествознания, и зарождение нового, неклассического. С одной стороны, великое научное дости­жение, заложенное гением Ньютона, — классическая механика — получает в это время возможность в полной мере развернуть свои потенциальные возможности, а с другой стороны, в недрах классического естествознания уже зреют предпосылки новой научной революции; механистической (метафизической) методологии недостаточно для объяснения сложных объектов, которые попали в поле зрения науки. Лидером естествознания по-прежнему являлась физика.

8.1. Физика

8.1.1. Основные черты

Вторая половина XIX в. характеризуется высокими темпами развития всех сложившихся ранее и возникновением новых разделов физики. Особенно быстро развиваются теория теплоты и электродинамика. Теория теплоты развивается в двух направлениях: развитие термодинамики, непосредственно связанной с теплотехникой, и раз­витие кинетической теории газов, которое привело к возникнове­нию статистической физики. В области электродинамики важнейшим событием явилось создание теории электромагнитного поля.

Характерная особенность развития физики этого периода — усиливающиеся противоречия между старыми механистическими, метафизическими методологическими установками и новым содержанием физической науки. Открытие закона сохранения и превращения энергии, развитие теории электромагнитного поля, кинетической теории теплоты требовали нового методологического подхода для их интерпретации. Но физики в основном продолжают оставаться в плену старой (метафизической, механистической) методологии. И теория электромагнитного поля, и кинетическая теория теплоты развиваются на основе механистических представлений. Господству­ет мнение, что до окончательного создания абсолютной механисти­ческой картины мира осталось совсем немного; и в связи с этим у многих физиков крепнет надежда на построение механической тео­рии теплоты, механической теории электрических и магнитных яв­лений и т.п.

Развитие физики во второй половине XIX в. связано с матери­альным производством, промышленностью, индустрией еще более тесно, чем в первой половине XIX в. Результаты физических иссле­дований все чаще становятся условием дальнейшего технического прогресса. Причем не только развитие уже существующих, но и возникновение новых отраслей техники было невозможно без пред­варительных научных исследований, научных открытий. Так, без исследований по термодинамике не могло быть и речи о совершен­ствовании паровой машины или создании новых типов тепловых двигателей — двигателя внутреннего сгорания, паровой турбины. Только на основе результатов научных исследований в области электричества и магнетизма, которые долгое время не имели прак­тического применения в промышленном производстве, возникла электротехника.

8.1.2. От возникновения термодинамики к статистической физике: изучение необратимых систем

Для нас совершенно очевидно представление об однонаправлен­ности из прошлого в будущее, необратимости и невозвратности времени. Это представление формируется на основе отражения большинства процессов, систем живой и неживой природы, с ко­торыми человек повсеместно сталкивается в своей жизненной практике. И только очень небольшое количество механических систем (и то со значительной долей идеализации) относится к обра­тимым системам.

Соотношение обратимых и необратимых процессов можно про­иллюстрировать на примере фильма о движении паровоза. Если мы будем смотреть такой фильм в обратном порядке и увидим, что поезд «пошел назад», то нам это не покажется неправдоподобным. Паровоз просто дал задний ход, и в этом нет ничего необычного: механичес­кие системы обратимы. Но вот в кадре дым паровоза: он образовыва­ется в пространстве и втягивается в паровозную трубу. Такое событие (и совершенно справедливо) кажется абсолютно невозможным — оно равносильно признанию возможности движения времени вспять. В данном случае речь идет о тепловом необратимом процессе, который принципиально отличается от механических обратимых процессов.

Классическая механика долгое время занималась исключительно моделированием обратимых систем. Механические процессы обратимы: уравнения механики, в которые входит время t, симметричны по отношению к этому параметру, т.е. возможна замена t на -t. Только с возникновением термодинамики, с появлением необходимости изу­чения теплоты и молекулярных процессов физика перешла к познанию закономерностей необратимых систем.

В XIX в. термодинамика развивается как теоретическая база теп­лотехники и как важная отрасль теоретической физики, объясняю­щая сущность тепловой энергии. Основы термодинамики закладывались еще в начале XIX в., когда конструкторов паровых машин инте­ресовал важный в теории тепловых двигателей вопрос: существует ли предел последовательного улучшения двигателей? Многочисленные конструкции нужно было сопоставить с идеальным двигателем, эко­номичность которого рассматривалась как максимальная. От чего же зависит экономичность такого идеального двигателя? Ограничена ли она? Эти и ряд других вопросов поставил перед собой французский инженер Сади Карно.

Карно показал, что теплота создает механическую работу только при тепловом «перепаде», т.е. наличии разности температур. Спра­ведлива и обратная теорема: затрачивая механическую энергию, можно создать разность температур, которая определяет коэффици­ент полезного действия тепловых машин. Свои теоретические сооб­ражения Карно в конечном счете обосновывает невозможностью вечного двигателя, рассматривая это положение в качестве исходной аксиомы физики.

В свете закона сохранения и превращения энергии в середине ХIХ в. стало ясно, что теория Карно требует серьезной перестройки и дополнительного экспериментального исследования. На это обратили внимание Р. Клаузиус и В. Томсон (лорд Кельвин). Карно объяснял работу не потреблением теплоты, а ее падением; он считал, что теплота неуничтожаема. Карно сопоставляет работу с теплотой, перешедшей от тела с температурой Т1 к телу с температурой Т2 . Клаузиус же сопоставляет работу с пропорциональной ей теплотой, исчезнувшей при таком переходе, т.е. перешедшей в работу. Клаузиус уставит задачу связать переход теплоты от одного тела к другому с превращением теплоты в работу и установить количественные соот­ношения между этими процессами. Решая эту задачу, Клаузиус вводит понятие энтропии — функции состояния системы.

Понятие энтропии является центральным в термодинамике. Оно относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равнове­сии, которое можно охарактеризовать температурой Т . Изменение энтропии определяется формулойdE≥ dQ/T, где dQ - количество теплоты, обратимо подведенное к системе или отведенное от нее. Энтропия — это мера способности теплоты к превращению. В обратимых системах энтропия неизменна dE = dQ/T , а в необратимых — постоянно изменяется (dE > dQ/T ).Второе начало термодинамики * гласит, что в замкнутой системе энтропия не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет максимума . Иначе говоря, запас энергии во Вселенной иссякает, происходит выравнивание темпера­туры Вселенной, рассеяние энергии, а вся Вселенная неизбежно при­ближается к «тепловой смерти».

* В соответствии с первым началом термодинамики в замкнутой системе энер­гия сохраняется, хотя и может приобретать различные формы.

Термодинамические процессы необратимы, и ход событий во Вселенной невозможно повернуть вспять, чтобы воспрепятствовать возрастанию энтропии. Со временем способность Вселенной под­держивать организованные структуры ослабевает; и такие структу­ры распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. С точки зрения классической термодинамики «тепловая смерть» Вселенной неизбежна. Вокруг этой проблемы среди естествоиспытателей и философов разверну­лась горячая дискуссия, которая с перерывами длится уже более сотни лет и не потеряла своего значения вплоть до настоящего времени.

Распространение второго начала термодинамики на необра­тимые процессы было завершающим шагом в установлении основ термодинамики, которая стала одной из важнейших отраслей фи­зики.

Но раз теплота есть движение, то закономерно возникает задача исследовать природу и закономерности этого движения. Решение этой задачи привело к возникновению и развитию кинетической теории газов, которая в дальнейшем преобразовалась в новую от­расль физики — статистическую физику. В рамках кинетической тео­рии газов были получены важные результаты: разработана кинети­ческая модель идеального газа (Р. Клаузиус), закон распределения скоростей молекул газа (Дж.К. Максвелл), теория реальных газов (Я.Д. Ван-дер-Ваальс), определены реальные размеры молекул, най­дено число молекул в единице объема газа при нормальных условиях (число Лошмидта), число молекул в одной грамм-молекуле (число Авогадро) и др.

В кинетической теории газов была еще одна важная проблема — проблема молекулярного обоснования второго начала термодина­мики. Постепенно сложился подход к решению этой задачи — вывести начала термодинамики из некоторого общего положения ме­ханики, ряда ее принципов. Здесь наиболее интересные и значи­тельные результаты были получены Л. Больцманом, который считал, что в качестве такого общего положения можно использовать принцип наименьшего действия в обобщенном виде. В процессе исследований Больцман доказал знаменитую Н-теорему, согласно которой идеальный газ, находящийся первоначально в нестацио­нарном состоянии, с течением времени сам собой должен перехо­дить в состояние статистического равновесия. Эту теорему Больц­ман истолковал как доказательство статистического характера вто­рого начала термодинамики. Из идеи статистической закономер­ности Больцман непосредственно выводит необратимость молекулярных процессов. Энергия переходит из менее вероятной формы в более вероятную. В случае если первоначальное распре­деление энергии в телах было менее вероятным, то в дальнейшем вероятность распределения увеличится. Больцман формулирует и ровую интерпретацию энтропии. В соответствии с ней энтропия (есть логарифм вероятности состояния системы Е =k lnW . Эта фор­мула высечена на памятнике Больцману над его могилой на клад­бище в Вене.

В 90-х гг. XIX в. развернулась полемика вокруг статистического толкования второго начала термодинамики. Больцман энергично защищал свои взгляды, но был одинок. И только в начале XX в. в контексте экспериментальных успехов в изучении броуновского движения теория Больцмана получила признание. Развивая идеи Больцмана, М. Смолуховский разрабатывает теорию флуктуаций и приме­няет ее к анализу явлений, в которых может непосредственно наблю­даться антиэнтропийное поведение. Смолуховский приходит к идее относительности обратимости и необратимости, их зависимости от времени, в течение которого наблюдается процесс.

Статистическая термодинамика находит свое развитие и заверше­ние в работах Дж. Гиббса, в его статистической механике. Гиббс рассматривает статистическую механику как теорию ансамблей (мысленная совокупность невзаимодействующих систем), которые не зависимы от конкретного состава и строения тех систем, из кото­рых они составлены. Статистическая механика Гиббса оказалась спо­собна решать любую задачу относительно равновесной системы, состоящей из произвольного числа независимых компонентов и сосу­ществующих фаз. Но вопрос о противоречии обратимости и необра­тимости Гиббсом был по сути обойден.

Новый этап в развитии исследований необратимых систем насту­пил только в конце XX в., с созданием теории самоорганизации (си­нергетики) (см. 15.1).

8.1.3. Развитие представлений о пространстве и времени

Во второй половине XIX в. физики все чаще анализируют фундамен­тальные основания классической механики. Прежде всего это касает­ся понятий пространства и времени, их ньютоновской трактовки. Предпринимаются попытки придать понятию абсолютного про­странства и абсолютной системы отсчета новое содержание взамен старого, которое им придал еще Ньютон. Так, в 70-е гг. XIX в. было введено понятие α -тела как такого тела во Вселенной, которое можно считать неподвижным и принять за начало абсолютной систе­мы отсчета. Некоторые физики предлагали принять за α-тело центр тяжести всех тел во Вселенной, полагая, что этот центр тяжести можно считать находящимся в абсолютном покое.

Вместе с тем рядом физиков высказывалось и противоположное мнение, что само понятие абсолютного прямолинейного и рав­номерного движения как движения относительно некоего абсолютного пространства лишено всякого научного содержания, как и понятие абсолютной системы отсчета. Вместо понятия абсолютной системы отсчета они предлагали более общее поня­тие инерциальной системы отсчета (координат), не связанное с понятием абсолютного пространства. Из этого следовало, что понятие абсолютной системы координат также становится бес­содержательным. Иначе говоря, все системы, связанные со сво­бодными телами, не находящимися под влиянием каких-либо других тел, равноправны.

Инерциальные системы - это системы, которые движутся прямолиней­но и равномерно относительно друг друга. Переход от одной инерциаль­ной системы к другой осуществляется в соответствии с преобразова­ниями Галилея. Именно преобразования Галилея характеризуют в классической механике закономерности перехода от одной системы отсчета к другой.

Если система отсчетаX'0'Y' (рис. 1) движется прямолинейно и равномерно со скоростью v относительно системы отсчета ХОУ в течение времени t , то 00' = vt , а координаты точки Р в этих системах отсчета связаны между собой следующими соотношениями:

X1 = Х- vt, Y1 =Y, t1 = t.

Преобразования Галилея в течение столетий считались само собой разумеющимися и не нуждающимися в обосновании. Но время показало, что это не так.

В конце XIX в. с резкой критикой ньютоновского представления об абсолютном пространстве выступил немецкий физик и философ Э. Мах. В основе представлений Маха лежало убеждение в том, что «движение может быть равномерным относительно другого движе­ния. Вопрос, равномерно ли движение само по себе, не имеет ника­кого смысла» *. Это представление Мах переносит не только на ско­рость, но и на ускорение. В ньютоновской механике ускорение (в отличие от скорости) рассматривалось как абсолютная величина: для того чтобы судить об ускорении, достаточно самого тела, испытыва­ющего ускорение. Иначе говоря, ускорение — величина абсолютная и может рассматриваться относительно абсолютного пространства, а не относительно других тел **. Этот вывод и оспаривал Мах.

*Мах Э. Механика. Историко-критический очерк ее развития. СПб.,1909. С. 187. В связи с этим Мах рассматривал системы Птолемея и Коперника как равноправные, считая последнюю более предпочтительной из-за простоты.

** Ньютон аргументировал это положение примером с вращающимся ведром, в которое налита вода. Этот опыт показывал, что движение воды относительно ведра не вызывает центробежных сил и можно говорить о его вращении самом по себе, безотносительно к другим телам, т.е. остается лишь отношениек абсолютно­му пространству.

С точки зрения Маха, всякое движение относительно простран­ства не имеет никакого смысла, о движении можно говорить толь­ко по отношению к телам, а значит, все величины, определяющие состояние движения, являются относительными. Следовательно, и ускорение тоже относительная величина. К тому же опыт не может дать сведений об абсолютном пространстве. Он обвинил Ньютона в отступлении от принципа, согласно которому в теорию должны вводиться только величины, непосредственно выводимые из опыта.

Правда, Мах слишком широко трактовал отношение естествозна­ния и философии. И от критики недостатков классической механи­ки, от непризнания абсолютного пространства Ньютона он вообще перешел к непризнанию объективного существования пространства, рассматривая его как «хорошо упорядоченные системы рядов ощу­щений».

Однако, несмотря на субъективно-идеалистический подход к про­блеме относительности движения, в соображениях Маха были инте­ресные идеи, которые способствовали появлению общей теории относительности. Речь идет о так называемом принципе Маха, соглас­но которому инерциальные силы следует рассматривать как действие общей массы Вселенной. Этот принцип впоследствии оказал значи­тельное влияние на А. Эйнштейна. Рациональное зерно принципа Маха состояло в том, что свойства пространства-времени обусловле­ны гравитирующей материей. Но Мах не знал, в какой конкретной форме выражается эта обусловленность.

К новым идеям о природе пространства и времени подталкивали физиков и результаты математических исследований, открытие не­евклидовых геометрий. Так, согласно идее английского математика В. Клиффорда, высказанной в 70-х гг., многие физические законы могут быть объяснены тем, что отдельные области пространства под­чиняются неевклидовой геометрии. Более того, он считал, что кри­визна пространства может изменяться со временем, а физику можно представить как некоторую геометрию. Клиффорд предложил нечто вроде полевой теории материи, в которой материальные частицы представляют собой сильно искривленные области пространства, а «изменение кривизны пространства и есть то, что реально происхо­дит в явлении, которое мы называем движением материи, будь она весомая или эфирная» *. Вследствие искривления пространства дей­ствительная геометрия мира подобна «холмам» на ровной местности, а перемещение частиц материи есть не что иное, как перемеще­ние «холма» от одной точки к другой. Клиффорд принадлежит к ряду немногочисленных в XIX в. провозвестников эйнштейновской тео­рии гравитации.

*Клиффорд В . О пространственной теории материи // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. М., 1979. С. 36.

8.1.4. Теория электромагнитного поля

К середине XIX в. в тех отраслях физики, где изучались электричес­кие и магнитные явления, был накоплен богатый эмпирический ма­териал, сформулирован целый ряд важных закономерностей: закон Кулона, закон Ампера, закон электромагнитной индукции, законы постоянного тока и др. Сложнее обстояло дело с теоретическими представлениями. Строившиеся физиками теоретические схемы основывались на представлениях о дальнодействии и корпускулярной природе электричества. Наиболее популярной стала теория В. Вебера, которая объединила электростатику и электромагнетизм того времени. Однако полного теоретического единства во взглядах фи­зиков на электрические и магнитные явления не было. Так, резко отличалась от других воззрений полевая концепция Фарадея. Но на полевую концепцию смотрели как на заблуждение, ее замалчивали и остро не критиковали только потому, что слишком велики в развитии физики были заслуги Фарадея. В это время физики предпринимают попытки создания единой теории электрических и магнитных явле­ний. Одна из них оказалась успешной. Это была революционная по своему значению теория Максвелла.

Дж. К. Максвелл, в 1854 г. окончив Кембриджский университет, начал свои исследования электричества и магнетизма при подготов­ке к профессорскому званию. Взгляды Максвелла на электрические и магнитные явления формировались под влиянием работ М. Фарадея и В. Томсона.

Максвелл тонко почувствовал и понял характер основного проти­воречия, которое сложилось в середине XIX в. в физики электричес­ких и магнитных процессов. С одной стороны, были установлены многочисленные законы различных электрических и магнитных яв­лений (которые не вызывали возражений и к тому же выражались через количественные величины), но они не имели целостного теоретического обоснования. С другой стороны, построенная Фарадеем полевая концепция электрических и магнитных явлений не была математически оформлена.

Максвелл и поставил перед собой задачу, основываясь на пред­ставлениях Фарадея, построить строгую математическую теорию, получить уравнения, из которых бы можно было вывести, например, законы Кулона, Ампера и др., т.е. перевести идеи и взгляды Фарадея на строгий математический язык. Будучи блестящим теоретиком и виртуозно владея математическим аппаратом, Дж. К. Максвелл спра­вился с этой сложнейшей задачей — создал теорию электромагнитно­го поля, которая была изложена в работе «Динамическая теория электромагнитного поля», опубликованной в 1864 г.

Эта теория существенно изменила представления о картине электрических и магнитных явлений, объединив их в единое целое. Основные положения и выводы этой теории следующие.

• Электромагнитное поле реально и существует независимо от того, имеются или нет проводники и магнитные полюса, обна­руживающие его. Максвелл определял это поле следующим образом: «...электромагнитное поле - это та часть пространст­ва, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии» *.

* Максвелл Дж.К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М.. 1952. С.253.

• Изменение электрического поля ведет к появлению магнитно­го поля и наоборот.

• Векторы напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны. Это положение объясняло, почему электро­магнитная волна исключительно поперечна.

• Передача энергии происходит с конечной скоростью. Таким образом обосновывался принцип близкодействия.

• Скорость передачи электромагнитных колебаний равна ско­рости света (с ). Из этого следовала принципиальная тождест­венность электромагнитных и оптических явлений. Оказа­лось, что различия между ними только в частоте колебаний электромагнитного поля.

Экспериментальное подтверждение теории Максвелла в 1887 г. в опытах Г. Герца произвело большое впечатление на физиков. И с этого времени теория Максвелла получает признание подавляющего большинства ученых, но тем не менее долгое время она представля­лась физикам лишь совокупностью математических уравнений, кон­кретный физический смысл которых был совершенно непонятным. Физики того времени говорили: «Теория Максвелла — это уравнения Максвелла»,

После создания теории Максвелла стало понятно, что существует только один эфир — носитель электрических, магнитных и опти­ческих явлений, значит, судить о природе эфира можно на основе электромагнитных опытов. Но этим проблема эфира не была разрешена, а наоборот, еще больше усложнилась — надо было объяс­нять распространение электромагнитных волн и все электромагнитные явления. Сначала эту задачу пытались решить, в том числе и сам Дж.К. Максвелл, на пути поисков механистических моделей эфира.

Однако модель электромагнитного эфира, используемая Максвел­лом, была несовершенна и противоречива (он и сам ее рассматривал как временную). Поэтому многие ученые пытались ее усовершенство­вать. Предлагались различные модели эфира. Среди них были такие, которые основывались на представлениях об электромагнитном поле как о совокупности вихревых трубок, образуемых в эфире, и т.д. Появились работы, в которых эфир рассматривался даже не как среда, а как машина; строились модели с колесами и проч. В конце XIX в. существование эфира начали вообще подвергать сомнению. Теории, основанные на гипотезе эфира, были противоречивыми и бесплодными, и все больше ученых теряли уверенность в возможнос­ти конструктивного использования этого представления.

В конце концов, после множества безуспешных попыток постро­ить механическую модель эфира, стало ясно, что эта задача не вы­полнима, а электромагнитное поле представляет собой особую форму материи, распространяющуюся в пространстве, свойства ко­торой не сводимы к свойствам механических процессов. Поэтому к концу XIX в. главное внимание с проблемы построения механистических моделей эфира было перенесено на вопрос о том, как распространить систему уравнений Максвелла, созданную для опи­сания покоящихся систем, на случай движущихся тел (источников или приемников света). Иначе говоря, связаны ли между собой уравнения Максвелла для движущихся систем преобразованиями Галилея? Или, другими словами, инвариантны ли уравнения Максвел­ла относительно преобразований Галилея?

8.1.5. Великие открытия

Конец XIX в. в истории физики отмечен рядом принципиальных открытий, которые привели к научной революции на рубеже XIX—XX вв.: открытие рентгеновских лучей, открытие электрона и уста­новление зависимости его массы от скорости, открытие радиоактив­ности, фотоэффекта и его законов и др.

В 1895 г. В. Рентген обнаружил лучи, получившие впоследствии название рентгеновских. Это открытие заинтересовало физиков и вызвало широкую дискуссию о природе этих лучей. В течение короткого времени были выяснены необычные свойства этих лучей (спо­собность проходить через светонепроницаемые тела, ионизировать газы и т.д.), но их природа оставалась неясной. Открытие рентгенов­ских лучей способствовало исследованиям электропроводности газов и изучению катодных лучей. Заинтересовавшись открытием Рентгена, английский физик Дж.Дж. Томсон (совместно с Э. Резерфордом) установил, что под действием облучения рентгеновскими лучами резко возрастает электрическая проводимость газа и это свой­ство сохраняется некоторое время после прекращения облучения. Анализ подвел к выводу, что проводниками электричества в газах являются заряженные частицы, образующиеся в результате действия рентгеновских лучей. Перед Томсоном встали вопросы: что это за частицы, каковы их заряд и масса. Поиски ответов на эти вопросы привели Томсона к открытию первой элементарной частицы — элек­трона и определению его заряда и массы.

Важнейшим достижением физики конца XIX в. было открытие радиоактивности. В 1896 г. Анри Беккерель, исследуя загадочное почернение фотографической пластинки, оставшейся в ящике письменного стола рядом с кристаллами сульфата урана, случайно открыл радиоактивность. Систематическое исследование радиоактивного излучения было предпринято Э. Резерфордом, он установил, что радиоактивные атомы испускают частицы двух типов, которые на­звал альфа- и бета-частицами. Тяжелые положительно заряженные альфа-частицы, как выяснилось, представляли собой быстро движу­щиеся ядра гелия, а бета-частицы оказались летящими с большой скоростью электронами.

Мария Склодовская-Кюри, исследуя новое явление, пришла к вы­воду, что в урановых рудах присутствуют вещества, также обладаю­щие свойством излучения, названного ею радиоактивным. В результате упорного труда Марии и Пьеру Кюри удалось выделить из урано­вых руд новый элемент — радий, который обладает радиоактивнос­тью гораздо большей, чем уран.

Изучение радиоактивных явлений поставило перед физиками, во-первых, вопрос о природе радиоактивного излучения и, во-вто­рых, задачу определения источника энергии, которую несут эти лучи. Уже вскоре после открытия Беккереля стало ясно, что радио­активное излучение неоднородно и содержит три компонента, ко­торые получили название α-, β- и γ-лучей. При этом оказалось, что α- и β-лучи являются потоками соответственно положительно и от­рицательно заряженных частиц, а γ-лучи представляют собой электромагнитное излучение. Но что это за энергия, находящаяся внутри атома, которая освобождается при его распаде и выделяется вместе с излучением, было неясно, как и вообще «механизм» самого радиоактивного распада. Первые теории, разрабатывавшиеся для решения этого вопроса, были сугубо предварительными и неубеди­тельными.

К великим открытиям второй половины XIX в. следует также отнести создание Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеевым, экспериментальное обнаружение электромагнитных волн Г. Герцем *, открытие явления фотоэффекта, тщательно проанализированное А.Г. Столетовым. В этом же ряду обнаружение того, что отношение заряда электрона к его массе не является посто­янной величиной, а зависит от скорости электрона.

* Это открыло дорогу изобретению русским ученым А.С. Поповым радио и созданию радиотехники.

Открытие зависимости массы электрона от скорости и объясне­ние этого факта наличием электромагнитной массы вызвали вопрос, обладает ли вообще электрон массой в смысле классической ме­ханики. Как соотносятся между собой «обычная» масса и электро­магнитная? Сама возможность ответа на этот вопрос была про­блематичной, поскольку не был известен эксперимент, с помощью которого можно отделить обычную массу от электромагнитной. Возникла гипотеза, что электрон вообще имеет только электро­магнитную массу, а обычной массой не обладает. Развитие этой гипотезы подводило к выводу, что вообще всякая масса (а значит материя) носит электромагнитную природу. Такой вывод о чисто электромагнитной природе массы революционным образом изме­нял взгляды физиков.

8.1.6. Кризис в физике на рубеже веков

С XVII в. в физике и механистической философии массу понимали , как количество материи в теле и рассматривали как основной при­знак материальности. Открытие зависимости массы электрона от его скорости, гипотеза о чисто электромагнитной природе массы как будто лишали тела материальности. Возник вопрос об исчезновении массы и материи вообще, поскольку масса понималась как основной признак материальности тела. Некоторые физики и философы вы­сказывали мнение о том, что «материя исчезла», что само развитие науки заставляет отказаться от признания существования материи и справедливости общих важнейших физических законов (закона сохранения массы, закона сохранения количества движения и др.). Ситуация усугублялась с открытием радиоактивности. Ведь не было ответа на вопрос об источнике энергии, которую несет с собой радиоактивное излучение. В связи с этим наряду с отрицанием всеобщнос­ти закона сохранения количества движения высказывалось сомне­ние и во всеобщности закона сохранения энергии.

В таких условиях в физике складывается атмосфера разочарова­ния в возможностях научного познания истины, начинается «броже­ние умов», распространяются идеи релятивизма и агностицизма. Си­туацию, сложившуюся в физической науке на рубеже XIX—XX вв., А. Пуанкаре назвал кризисом физики *. «Признаки серьезного кризи­са» физики он в первую очередь связывал с возможностью отказа от фундаментальных принципов физического познания. «Перед нами «руины» старых принципов, всеобщий «разгром» таких принци­пов», — утверждал он. Закон сохранения массы, закон сохранения количества движения, закон сохранения энергии — все эти фундамен­тальные принципы, которые долгое время считались незыблемыми, теперь подвергают сомнению.

* См.: Пуанкаре А. О науке. М., 1990.

Многие ученые, пытаясь осмыслить состояние физики, приходи­ли к выводу о том, что само развитие науки показывает ее неспособ­ность дать объективное представление о природе, что истины науки носят относительный характер, не содержат ничего абсолютного, что не может быть и речи ни о какой объективной реальности, суще­ствующей независимо от сознания людей. Так, Пуанкаре, например, считал, что необходимо изменить взгляд на ценность науки, на харак­тер истин, добываемых наукой. Если прежде их рассматривали как отражение действительных свойств мира, как объективное отраже­ние природы, то новейшее развитие физики, по мнению Пуанкаре, заставляет отказаться от такого взгляда. Наука не способна откры­вать сущность вещей. Ничто не в силах открыть эту сущность. Науч­ные истины носят конвенциональный характер, они лишь результат соглашений ученых между собой о том, как удобнее выразить то или другое относительное знание. Некоторые физики (Э. Мах, Р.Авенарриус и др.) шли еще дальше и полностью переходили на позиции субъективного идеализма. Они исходили из того, что «материя исчез­ла» потому, что не природа дает нам законы, а мы устанавливаем их, и, вообще, всякий закон есть не что иное, как упорядочение наших субъективных ощущений, и т.д. Так, многие физики скатились на позиции «физического идеализма», т.е. отказа от основной посылки физического знания — признания материальности объекта физичес­кого познания.

На самом же деле проблема состояла в том, что к концу XIX в. методологические установки классической физики уже исчерпали себя и необходимо было изменять теоретико-методологический кар­кас естественно-научного познания. Возникла необходимость расши­рить и углубить понимание и самой природы, и процесса ее познания. Не существует такой абсолютной субстанции бытия, с познанием которой завершается прогресс науки. Как бесконечна, многообразна и неисчерпаема сама природа, так бесконечен, многообразен и неис­черпаем процесс ее познания естественными науками. Электрон так же неисчерпаем, как и атом. Каждая естественно-научная картина мира относительна и преходяща. Процесс научного познания необ­ходимо связан с периодической крутой ломкой старых понятий, теорий, картин мира, методологических установок, способов познания. А «физический идеализм» является просто следствием непонимания необходимости периодической смены философско-методологических оснований естествознания *.

* В России анализ революции в естествознании на рубеже XIX—XX вв. был осуществлен В.И. Лениным в работе «Материализм и эмпириокритицизм», вышед­шей в свет в 1909 г.

К концу XIX в. механистическая, метафизическая, предметоцентрическая методология себя исчерпала. Естествознание стремилось к новой диалектической, системоцентрической методологии. Поиски новой методологии были не простыми, были сопряжены с борьбой мнений, школ, взглядов, философской и мировоззренческой полемикой. В конце концов в первой четверти XX в. естествознание нашло свои новые методологические ориентиры, разрешив кризис рубежа веков.

8.2. Астрономия

8.2.1. Триумф ньютоновской астрономии и... первая брешь в ней

Открытие в 1846 г. восьмой большой планеты Солнечной системы можно назвать триумфом ньютоновской теории и картины мира. Открытие было осуществлено буквально «на кончике пера». И нали­чие этой планеты, и ее положение на небе в определенное время было математически вычислено по возмущениям, которые она вызы­вала в движении планеты Уран. Загадочные отклонения заметили еще в конце XVIII в. Их пытались объяснить по-разному: катастрофи­ческим столкновением Урана с кометой; попытками изменить сам закон тяготения; и наконец, высказывалась гипотеза о влиянии более далекой планеты.

Эту труднейшую задачу решили независимо и почти одновре­менно два математика-астронома Дж. Адаме и У. Леверье. Летом 1846 г. Леверье сообщил свои расчеты берлинскому астроному Г. Галле, который и обнаружил 23 сентября 1846 г. всего в 52" от расчетного места новую планету. Название этой планеты традици­онно было взято из древнегреческой мифологии — Нептун. Орбита Нептуна, удаленная от Солнца в среднем на 4,5 млрд км, значительно расширяла и границы Солнечной системы, и пределы познания ее человеком.

Блестящее, исключительно точное предсказание было величай­шим достижением классической механики и, казалось, навеки ук­репило ньютоновскую астрономическую картину мира, тем более что оно дополнялось точными расчетами орбит других объектов Солнечной системы — комет, метеорных потоков, а также уточне­нием теории «векового» ускорения Луны и т.п. Вместе с тем по­вышение точности расчетов в теории движения Солнца и планет привело к открытию нового эффекта, которое имело далеко идущие последствия.

Исследуя в течение многих лет движение Меркурия У. Леверье в 1859 г. установил, что скорость, с которой перигелий (точка орбиты планеты; ближайшая к Солнцу) его орбиты обращается вокруг Солнца, несколько больше теоретически предсказываемой, а именно на 38" (по современным данным, на 43") в столетие. Такая высокая ско­рость перигелия Меркурия не могла быть объяснена классической теорией. Для ее объяснения выдвигались разные гипотезы: наличие между Солнцем и Меркурием гипотетической планеты Вулкан, зоди­акального света, который излучают разреженные массы вблизи Со­лнца, и др. Все они не подтвердились.

И только в XX в. объяснение было найдено, но на основе не ньютоновской механики, а общей теории относительности (см. 9.2.2). Поэтому можно сказать, что открытие аномалий в движе­нии перигелия Меркурия было первой брешью в ньютоновской аст­рономической картине мира, первым в астрономии предвестником грядущей революции в естествознании.

8.2.2. Формирование астрофизики: проблема внутреннего строения звезд

Важнейшее событие в астрономии второй половины XIX в. — возник­новение астрофизики. К открытиям XIX в., которые повлекли за собой возникновение и бурное развитие астрофизики, следует в пер­вую очередь отнести: открытие фотографии и спектрального анализа, эффекта Допплера, создание статистической термодинамики. Астрофизика формировалась в русле решения ключевой астрономи­ческой проблемы — проблемы строения звезд и источников их энергии.

Открытие закона сохранения энергии поставило вопрос о фи­зическом источнике энергии Солнца и звезд. Первым попытался его решить Р. Майер, предложивший гипотезу о разогреве Солнца за счет падения на него метеоритов (1848). Качественно новые воз­можности научного исследования сложились после открытия Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном (1859) спектрального анализа. Появилась возможность определять химический состав звезд, т.е. то, что многие мыслители считали вообще непознаваемым (например, Э. Конт, 1852). В 1861 г. Кирхгоф определил химический состав солнечной (и, следовательно, звездных) атомосферы. Так была со­здана почва для формирования научной астрофизики и создания теории строения звезд.

Во второй половине XIX в. окончательно утвердилось представ­ление о звездах как о колоссальных газовых шарах, плотных и горячих в центральных частях и разреженных на периферии. Для объяснения энергии звезд Кельвин и Гельмгольц выдвинули идею иx гравитационного сжатия. Во время гравитационного сжатия должна выделяться значительная энергия. Однако вскоре выяснилось, что если придерживаться такой гипотезы, то нужно признать, что Солнце... моложе Земли! Длительность «жизни» звезд по этой гипотезе исчислялась всего лишь десятками миллионов лет, в то время как геологи убедительно определяли возраст Земли в несколь­ко миллиардов лет.

Едва возникнув, астрофизика зашла в тупик. Стало ясно, что нужны принципиально новые физические представления для реше­ния ключевой астрономической проблемы — источника энергии звезд. Такие представления появились уже с созданием новых фунда­ментальных физических теорий — релятивистской и квантовой физики.

8.3. Биология

8. 3.1. Утверждение теории эволюции Ч. Дарвина

Нужно определенное время, чтобы новая теория окончательно утвердилась в науке. Процесс утверждения теории есть процесс превра­щения предпосылок теории в ее неотъемлемые компоненты, логически выводимые из оснований теории. При этом изменяется множество различных понятий, представлений, допущений, гипотез и дру­гих средств познавательной деятельности, ценностных и методоло­гических компонентов познания.

Эволюционная теория Ч. Дарвина — сложнейший синтез самых различных биологических знаний, в том числе опыта практической селекции. Поэтому процесс утверждения теории затрагивал самые разнообразные отрасли биологической науки и носил сложный, под­час драматический характер, протекал в напряженнейшей борьбе различных мнений, взглядов, школ, мировоззрений, тенденций и т.д. Против теории естественного отбора ополчились не только сторон­ники креационистских воззрений и антиэволюционисты (А. Седжвик, Р. Оуэн, Л..Агассис, А. Мильн-Эдвардс, А. Катрфаж, Г. Меррей, С. Карпентер и др.), но и естествоиспытатели, выдвигавшие и обо­сновывавшие другие эволюционные концепции, построенные на иных, чем дарвиновская теория, принципах, — неоламаркизм (К.В. Негели и др.), мутационизм (С. И. Коржинский с его идеей гетерогенезиса, т.е. скачкообразного возникновения новых видов, и др.), неокатастрофизм (Э. Зюсс и др.), телеологические концепции разного рода (Р.А. Келликер с идеей автогенетического «стремления к прогрессу»; А. Виганд, признававший существование идеальной «образовательной силы» эволюционного процесса, которая, по его мнению, уже иссякла и потому эволюция прекратилась; и др.). Более того, в самом дарвиновском учении выделились относительно само­стоятельные направления, каждое из которых по-своему понимало, дополняло и совершенствовало воззрения Ч. Дарвина. Будучи необ­ходимым логическим звеном в развитии дарвинизма, такая диффе­ренциация объективно влекла за собой ослабление лагеря дарвинис­тов, снижение полемической остроты их выступлений.

Все это привело к тому, что картина развития биологии во вто­рой половине XIX в. была очень пестрой, мозаичной, заполненной противоречиями, драматическими событиями, страстной борьбой мнений, школ, направлений, взаимным непониманием позиций, а часто и нежеланием понять точку зрения другой стороны, обилием поспешных, непродуманных и необоснованных выводов, опрометчивых прогнозов и замалчивания выдающихся достижений. В этом насыщенном самыми разнообразными красками полотне отрази­лись борьба материализма и идеализма, метафизики и диалектики, противоречия социально-культурного контекста развития естество­знания.

Вокруг роли, содержания, интерпретации принципов дарвинов­ской теории велась острая и длительная борьба, особенно вокруг принципа естественного отбора. Можно указать на четыре основных явления в системе биологического познания второй половины XIX— начала XX в., которые были вехами в процессе утверждения принци­пов теории естественного отбора:

· возникновение и бурное развитие так называемого филогенетического направления, вождем и вдохновителем которого был Э. Геккель;

· формирование эволюционной биологии — проникновение эволюционных представлений во все отрасли биологической науки;

· создание экспериментально-эволюционной биологии;

· синтез принципов генетики и дарвинизма и создание основ синтетической теории эволюции.

Объяснение эмпирических аномалий и вплетение их в систему дарвиновского учения наиболее ярко воплотилось в бурном разви­тии в 60—70-х гг. XIX в. филогенетического направления, ориентированного на установление родственных связей между видами, на поис­ки переходных форм и предковых видов, на анализ генезиса крупных таксонов, изучение происхождения органов и др. Общая задача филогенетического направления, как сформулировал ее вождь этого направления Э. Геккель, состояла в создании «филогенетического древа» растений и животных на основе прежде всего данных анатомии, палеонтологии и эмбриологии.

В рамках филогенетического направления были вскрыты и иссле­дованы закономерности, имеющие общебиологическую значимость: биогенетический закон (Э. Геккель, Ф. Мюллер, А.О. Ковалевский, И.И. Мечников), закон необратимости эволюции (Л. Долло), закон более ранней закладки в онтогенезе прогрессивных органов (Э. Менepт), закон анадаптивных и инадаптивных путей эволюции (В.О. Ковалевский), принцип неспециализированности предковых форм (Э. Коп), принцип субституции органов (Н. Клейненберг), закон эволюции органов путем смены функций (Л. Дорн) и др. Не все из этих закономерностей рассматривались биологами как формы обоснования и подтверждения дарвиновской теории. Более того, на базе некоторых из них выдвигались новые концепции эволюции, которые, по замыслу их авторов, должны были опровергнуть дарви­новскую теорию и заменить ее новой эволюционной теорией. Это характерно для периода утверждения любой фундаментальной теории: пока теория окончательно не сложилась, не подчинила себе свои предпосылки, не продемонстрировала свои предсказательные возможности, способность объяснять факты предметной области, часты попытки заменить ее другими теориями, построенными на иных принципах.

Обобщение принципов эволюционной теории, выявление преде­лов, при которых они не теряют своего значения, проявилось в ин­тенсивном формировании комплекса эволюционной биологии (т.е. эволюционных направлений в системе биологического знания — сис­тематики, палеонтологии, морфологии, эмбриологии, биогеогра­фии и др.), имевшем место в 60—70-е гг. XIX в.

Возникновение экспериментально-эволюционной биологии во многом было вызвано необходимостью эмпирического обоснования и теоретического утверждения принципов дарвиновской теории, экспериментальной проверки и углубления понимания факторов и законов эволюции. Особенно это касалось принципа естественного отбора, где яркие экспериментальные результаты получили в конце XIX в. В. Уэлдон (1898), Е. Паультон (1899) и др.

Завершение утверждения принципов дарвиновской теории про­исходит уже в начале XX в., когда сформировалась синтетическая теория эволюции, внутренне интегрировавшая дарвинизм, генетику и экологию.

Таким образом, к рубежу XIX—XX вв. биология, как и физика, подошла в состоянии глубокого кризиса своих методологических оснований, вызванного в первую очередь устаревшим содержанием методологических установок классической биологии. Кризис про­явился прежде всего в многообразии и противоречии оценок и ин­терпретаций сущности эволюционной теории и интенсивно накап­ливавшихся данных в области генетики.

8.3.2. Становление учения о наследственности (генетики)

Истоки знаний о наследственности весьма древние. Наследствен­ность как одна из существенных характеристик живого известна очень давно, представления о ней складывались еще в эпоху анти­чности. Долгое время вопрос о природе наследственности находился в ведении эмбриологии, в которой вплоть до XVII в. господствовали фантастические и полуфантастические представления.

Во второй половине XVIII в. учение о наследственности обогаща­ется новыми данными — установлением пола у растений, искусствен­ной гибридизацией и опылением растений, а также отработкой ме­тодики гибридизации. Одним из основоположников этого направле­ния является И.Г. Кельрейтер, тщательно изучавший процессы опло­дотворения и гибридизации. Он открыл явление гетерозиса — более мощного развития гибридов первого поколения, которое он не мог правильно объяснить. Опыты по искусственной гибридизации растений позволили опровергнуть концепцию преформизма. В этом отношении ботаника оказалась впереди зоологии.

Во второй половине XVIII — начале XIX в. наследственность рас­сматривалась как свойство, зависящее от количественного соотно­шения отцовских и материнских компонентов. Считалось, что на­следственные признаки гибрида являются результатом взаимодейст­вия отцовских и материнских компонентов, их борьбы между собой, а исход этой борьбы определяется количественным участием, долей того и другого. Так, например, Т.Э. Найт наблюдал доминирование признаков гибридов в опытах по искусственному скрещиванию рас гороха.

В первой половине XIX в. стали складываться непосредственные предпосылки учения о наследственности и изменчивости — генетики. Качественным рубежом здесь, по-видимому, оказались два собы­тия. Первое — создание клеточной теории. Старая (философская, идущая от XVIII в.) идея единства растительного и животного миров должна была получить конкретно-научное выражение в форме теории, которая базируется на том, что инвариантные характеристики органического мира должны иметь свое морфологическое выражение, проявляться в определенной структурной гомологии организмов. Второе событие — выделение объекта генетики, т.е. явлений наследственности как специфической черты живого, которую не следует растворять в множестве свойств индивидуального развития ор­ганизма. Такой подход сформулирован у О. Сажрэ и в полной мере получил свое развитие в творчестве Г. Менделя.

Создание клеточной теории было важнейшим шагом на пути разработки научных воззрений на наследственность и изменчивость. Познание природы наследственности предполагало выяснение вопроса, что является универсальной единицей структурной организации растительного и животного миров. Ведь инвариантные характеристики органического мира должны иметь и свое структурное выражение. Фундаментальной философской идеей, которая привела к открытию клетки, была идея единства растительного и животного (миров; она пробивала себе дорогу в общественном сознании еще в XVII в., начиная с трудов Р. Декарта, Г.В. Лейбница, а позже — французских материалистов XVIII в., особенно Д. Дидро, Ж. Ламетри и др. Как четкий ориентир для биологических исследований она была сформулирована К.Ф. Вольфом, Л. Океном, Ж. Бюффоном, И.В. Гете, Э. Жоффруа Сент-Илером и др.

Следующий шаг на этом пути состоял в том, чтобы от общей идеи единства органического мира прийти к выводу, что такое единство должно иметь свое морфологическое выражение, проявляться в оп­ределенной структурной гомологии организмов. Именно в этом на­правлении работали многие ученые (П.Ж. Тюрпен, Я. Пуркине, Г. Ва­лентина, А. Дютроше и др.), но только Т. Шванну удалось окончатель­но прояснить данный вопрос. Трудность состояла в том, что расти­тельные и животные клетки, с одной стороны, а также клетки разных тканей животных — с другой, выглядят мало похожими друг на друга, если использовать те приборы, которые были в распоряжении био­логов начала XIX в. Сходным и легко различимым элементом всех клеток является ядро. Мысль об этом сформулировал М. Шлейден. Опираясь на нее, Т. Шванн разработал основные положения своей клеточной теории. В основе ее лежало утверждение, что клеткообразование — универсальный принцип развития организма или, как писал Шванн, «всем отдельным элементарным частицам всех орга­низмов свойствен один и тот же принцип развития» *. Таким образом, клетка была выделена как универсальная инвариантная единица строения организма.

* Шванн Т. Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений. М.; Л., 1939. С. 79.

Ближайшим следствием из основ клеточной теории стало пред­ставление, в соответствии с которым процесс клеткообразования регулируется каким-то единым, универсальным механизмом, за кото­рым скрывается загадка наследственности и изменчивости. Указание на существование такого механизма, по сути, являлось первым шагом на пути выделения качественно своеобразной предметной области учения о природе наследственности. Другими словами, создание кле­точной теории позволяло «выйти» на объект генетики.

Особое место в истории учения о наследственности занимает творчество О. Сажрэ. Заслуга его в том, что он первый в истории учения о наследственности начал исследовать не все, а лишь отдель­ные признаки скрещивающихся при гибридизации растений. На этой основе (изучая гибридизацию тыквенных) он приходит к выво­ду, что неверна старая точка зрения, будто признаки гибрида всегда есть нечто среднее между признаками родителей. Признаки в гибри­де не сливаются, а перераспределяются. Сажрэ писал: «Итак, мне представляется в конце концов, что обычно сходство гибрида с обои­ми родителями заключается не в тесном слиянии различных свойст­венных им в отдельности признаков, а, скорее, в распределении, равном или неравном, этих признаков» *. Иначе говоря, он первым понял корпускулярный, дискретный характер наследственности и выделил наследственность как специфический объект познания, отличный от процесса индивидуального развития организма, разграни­чил предмет генетики (как учения о наследственности) от предмета эмбриологии и онтогенетики (как учений об индивидуальном разви­тии организма). С работ Сажрэ начинается собственно научная гене­тика.

* Мендель Г.. Нодэн Ш„ Сажрэ О. Избранные работы. М., 1968. С. 63.

Вторая половина XIX в. — период не только создания теории естественного отбора, но и особенно бурного развития других важ­нейших отраслей биологической науки — эмбриологии (К. Бэр), ци­тологии (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов, Г. Моль и др.), физиоло­гии (Г. Гельмгольц, Э. Дюбуа-Реймон, К. Бернар); тогда же были заложены основы органической химии (Ф. Велер, Ю. Либих, М. Бертло), получены существенные результаты в области гибридизации и явлений наследственности (Ш, Нодэн, Г. Мендель) и др.

Среди важнейших открытий данного периода можно указать сле­дующие: описание митотического деления клеток и особенностей поведения хромосом (И.Д. Чистяков, Э. Страсбургер и др., 1873— 1875); установление того, что первичное ядро зародышевой клетки возникает путем слияния ядер сперматозоидов и яйцеклетки (О. Гертвиг, Г. Фоль, 1875—1884); открытие продольного разделения хромо­сом и его закономерностей — образование веретена, расхождение хромосом к полюсам и проч. (В. Флемминг, 1888); установление зако­на постоянства числа хромосом для каждого вида (Т. Бовери, Э. Страсбургер, 1878); установление того, что в половых клетках со­держится половинный набор хромосом по сравнению с соматически­ми клетками (Э. ван Бенеден, 1883); описание процесса майоза и объяснение механизма редукции числа хромосом (В. И. Беляев, О. Гертвиг, 1884) и др.

Важнейшим событием в генетике XIX в. было формулирование Г. Менделем его знаменитых законов. Развивая идеи, содержавшиеся в работах Сажрэ, Мендель рассматривал не наследуемость всех признаков организма сразу, а выделял наследуемость единичных, отдельных признаков, абстрагируя эти признаки от остальных, удачно применяя при этом вариационно-статистический метод, демонстрируя эвристическую мощь математического моделирования в биологии. Открытие Менделем закономерностей расщепления признаков показало, что возникающие у организмов рецессивные мутации не исчезают, а сохраняются в популяциях в гетерозиготном состоянии. Это устранило одно из самых серьезных возражений против дарвиновской теории эволюции, которое было высказано английским инженером Ф. Дженкином, утверждавшим, что величина полезного наследственного изменения, которое может возникать у любой особи, в последующих поколениях будет уменьшаться и постепенно прибли­жаться к нулю.

Открытие Менделя опередило свое время. Новаторское значение открытых им законов наследственности не было оценено современ­никами: в сознании биологов еще не созрели необходимые предпо­сылки научного учения о наследственности; они сложились лишь в начале XX в.

Часть вторая

ПРИРОДА В СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА

Современная физическая картина мира

9. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В ФИЗИКЕ НАЧАЛА XX в.: ВОЗНИКНОВЕНИЕ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ И КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ

9.1. Создание специальной теории относительности

9.1.1. Фундаментальные противоречия в основаниях классической механики

В начале XX в. на смену классической механике пришла новая фунда­ментальная теория — специальная теория относительности (СТО). Созданная усилиями ряда ученых, прежде всего А. Эйнштейном, она позволила непротиворечиво объяснить многие физические явления, которые не укладывались в рамки классических представлений. В первую очередь это касалось закономерностей электромагнитных явлений в движущихся телах.

Создание теории электромагнитного поля и экспериментальное доказательство его реальности поставили перед физиками задачу выяснить, распространяется ли принцип относительности движения (сформулированный еще Галилеем), справедливый для механических явлений, на явления, присущие электромагнитному полю. Во всех инерциальных системах (т.е. движущихся прямолинейно и равномерно друг по отношению к другу) применимы одни и те же законы механики. Но справедлив ли принцип, установленный для механи­ческих движений материальных объектов, для немеханических явле­ний, особенно тех, которые представлены полевой формой материи, в частности электромагнитных явлений?

Ответ на этот вопрос требовал изучения закономерностей взаи­мосвязи движущихся тел с эфиром, но не как с механической средой, а как со средой — носителем электромагнитных колебаний. Отдален­ные истоки такого рода исследований складывались еще в XVIII в. в оптике движущихся тел. Впервые вопрос о влиянии движения источ­ников света и приемников, регистрирующих световые сигналы, на оптические явления возник в связи с открытием аберрации света английским астрономом Брадлеем в 1728 г. (см. 7.1). Данный вопрос применительно к волновой теории света был значительно более сложным, чем для теории, основанной на представлении о корпуску­лярной природе света. Его решение требовало введения ряда гипоте­тических допущений относительно явлений, которые очень сложно выявить в опыте: как взаимодействуют весомые тела и эфир (полага­ли, что эфир проникает в тела); отличается ли эфир внутри тел от эфира, находящегося вне их, а если отличается, то чем; как ведет себя эфир внутри тел при их движении, и т.д. В физике сложилось три различных интерпретации характера взаимодействия вещества и эфира.

Возрождавший волновую теорию света в начале XIX в. Т. Юнг, касаясь вопросов оптики движущихся тел, отметил, что явление абер­рации света может быть объяснено волновой теорией света, если предположить, что эфир повсюду, в том числе и внутри движущихся тел, остается неподвижным. В этом случае явление аберрации объяс­няется, как и в корпускулярной теории света.

В 1846 г. английский физик Дж. Г. Стокс разработал новую тео­рию аберрации, основанную на аналогиях с гидродинамикой. Он исходил из предположения, что Земля при своем движении пол­ностью увлекает окружающий ее эфир и скорость эфира на поверх­ности Земли в точности равна ее скорости. Но последующие слои эфира движутся все медленнее и медленнее, и это обстоятельство и вызывает искривление волнового фронта, что и воспринимается как аберрация. Из этой теории следует, что в любых оптических опытах, проведенных на Земле, не может быть обнаружена скорость ее движения.

Существовала и третья точка зрения, принадлежавшая Френелю. Он предположил, что эфир частично увлекается движущимися тела­ми. Френель показал также, что коэффициент увлечения имеет поря­док(v/c) 2 , а значит, опытная проверка этой идеи требует очень точ­ного эксперимента.

Сравнивая свою теорию с теорией Френеля, Стокс указывал, что эти теории хотя и основываются на противоположных гипотезах, но практически приводят к одинаковым результатам. Опыты, имевшие целью обнаружить скорость движения Земли относительно эфира, не дали положительных результатов. Они объяснялись и теорией Стокса, и теорией Френеля, поскольку их точность была недостаточ­ной для обнаружения эффекта порядка ( v /с) 2 .

Принципиальная сторона вопроса сводилась в сущности к двум возможным гипотетическим допущениям. Первое допущение состояло в том, что эфир полностью увлекается движущейся системой .

Допустим системаX'Y'O' (рис. 2) с источником света (скорость света с ) движется со скоростью V по отношению к неподвижной системеXYO (в условиях, когда эфир полностью увлекается движущейся системой). Тогда в соответствии с принципом относитель­ности:

для наблюдателя в системе X'Y'O' скорость света будет одинакова и равна с ;

для наблюдателя в системе XYO скорость света будет различной и равна V = с± V.

Вместе с тем ряд опытов, которые были поставлены еще в XIX в., показал, что скорость света всегда одинакова во всех системах координат независимо от того, движется ли излучающий его источник или нет, и независимо от того, как он движется . Таким образом, гипотеза о том, что эфир полностью увлекается движущейся системой позволяла придерживаться принципа относительности, но тем не менее проти­воречила опыту.

Второе допущение прямо противоположно первому: движущаяся система проходит через эфир, не захватывая его. Это предположение, по сути, отождествляет эфир с абсолютной системой отсчета и приводит к отказу от принципа относительности Галилея — ведь в системе коор­динат, связанной с эфирным морем, законы природы отличаются от законов во всех других системах.

Пусть система XYO (см. рис. 2) жестко связана с эфиром, а система X'Y'O' движется по отношению к ней, а значит, и по отношению к неподвижному эфиру, со скоростью V . В таком случае:

для наблюдателя в системе XYO скорость света всегда постоянна и равна с .

для наблюдателя в системе X'Y'O' скорость света должна зави­сеть от скорости движения самой системы и быть равной V = с± V , где V — скорость света для наблюдателя в системе X' Y'O '.

Таким образом, только в одной системе координат, связанной с неподвижным эфирным морем, скорость света была бы одинакова во всех направлениях. В любой другой системе, движущейся относи­тельно эфирного моря, она зависела бы от направления, в котором производилось измерение. Следовательно, для того чтобы прове­рить вторую гипотезу, необходимо измерить скорость света в двух противоположных направлениях. С этой целью можно воспользо­ваться движением Земли вокруг Солнца: тогда скорость света в на­правлении движения Земли будет отличаться от скорости света в противоположном направлении.

Очевидно, что если Земля не увлекает при своем движении окру­жающий эфир, то в одном случае эта скорость равна:

а в другом случае:

где v —скорость Земли. Таким образом, разница в скорости света в первом и втором случаях имеет первый порядок малости относительноv/c . Однако для проведения такого опыта нужно уметь измерять время, необходимое для прохождения светом известного расстояния в направлении движения Земли. Но не ясно, как эта задача может быть экспериментально разрешима.

Реальный эксперимент по определению скорости света на Земле возможен тогда, когда скорость света определяется по времени, котopoe требуется для прохождения светом расстояния в прямом и обратном направлениях. В частности, существует эксперименталь­ная возможность сравнения времени прохождения светом опреде­ленного расстояния S туда и обратно — первый раз вдоль движения Земли, а второй раз, в направлении, перпендикулярном этому движению. Но при этом разница во времени в первом и втором случаях является величиной второго порядка относительно v/c , т.е. ~ v2 2 . Но v2 2 чрезвычайно мало ≈ 10-8 , и потому эксперимент должен быть исключительно точным. Такой эксперимент в 1887 г. был проведен А. Майкельсоном. Результаты этого эксперимента достоверно свиде­тельствовали, что на скорость света не влияет движение Земли , а следо­вательно, о несостоятельности второго допущения.

Для того чтобы «спасти» его, Дж. Фитцджеральд и независимо от него Г.А. Лоренц высказали в 1892 г. оригинальную гипотезу, соглас­но которой отрицательный результат опыта Майкельсона может быть объяснен тем, что размеры каждого движущегося в эфире тела при движении в эфире уменьшаются в направлении движения отно­сительно эфира в 1/(1 – v2 /c2 )1 /2 раз. Эта гипотеза чисто формально объясняла отрицательный результат опыта Майкельсона, не давая никаких разумных теоретических объяснений причин изменения размеров тел. Более того, из этой гипотезы следовало, что вообще отсутствуют какие-либо средства, позволяющие решить вопрос о том, движется ли тело относительно эфира или покоится.

Впоследствии было показано, что для последовательного прове­дения «гипотезы сокращения» необходимо также допустить, что в системе, движущейся равномерно в неподвижном эфирном море, необходима и новая мера времени, а допущение о неувлекаемом эфире будет соответствовать опыту и принципу относительности, если вместо преобразований Галилея ввести новую формальную сис­тему преобразований, которая получила название «преобразования Лоренца»:

Заметим, что при скоростях системы, существенно меньших ско­рости света (т.е.v « с ), отношение v 2 2 → 0 и тогда преобразования Лоренца превращаются в классические преобразования Галилея.

Таким образом, к рубежу XIX—XX вв. развитие физики привело к осознанию противоречий и несовместимости трех принципиальных положении классической механики:

1) скорость света в пустом пространстве всегда постоянна, независимо от движения источника или приемника света;

2) в двух системах координат, движущихся прямолинейно и рав­номерно друг относительно друга, все законы природы строго одина­ковы, и нет никакого средства обнаружить абсолютное прямолинейное и равномерное движение (принцип относительности);

3) координаты и скорости преобразовываются из одной инерциальной системы в другую согласно классическим преобразованиям Галилея.

Было ясно, что эти три положения не могут быть объединены, поскольку они несовместимы. Долгое время усилия физиков были направлены на то, чтобы попытаться каким-либо образом изменить первые два положения, оставив неизменным третье как само собой разумеющееся. С другой стороны, каждый раз результаты опытов доказывали истинность первых двух положений. В конце концов появилась даже идея замены преобразований Галилея, но она высту­пила лишь в виде гипотезы ad hoc.

Внутренней логикой своего развития физика подводилась к необ­ходимости найти нестандартный путь в разрешении этого фундамен­тального противоречия в ее основаниях.

9. 1.2. Создание А. Эйнштейном специальной теории относительности

В сентябре 1905 г. в немецком журнале «Annalen der Physik» появи­лась работа А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейн сформулировал основные положения СТО, которая объясняла и отрицательный результат опыта Майкельсона, и смысл пре­образований Лоренца и, кроме того, содержала новый взгляд на про­странство и время.

Эйнштейн нашел еще один путь преодоления противоречий в принципиальных основах классической механики. Он пришел к убеждению, что необходимо сохранить два первых утверждения ( принцип постоянства скорости света и принцип относительности), но отказаться от преобразований Галилея. И дело не просто в том, чтобы чисто формально заменить их другим преобразованием. Эйнштейн увидел, что за преобразованиями Галилея кроется опре­деленное представление о пространственно-временных соотноше­ниях, которое не соответствует физическому опыту, реальным свой­ствам пространства и времени. Слабым звеном принципиальных оснований классической механики оказалось представление об аб­солютной одновременности событий. Классическая механика поль­зовалась им, не сознавая его сложной природы.

До выхода в свет статьи «К электродинамике движущихся тел», в которой впервые были изложены основы теории относительности, Эйнштейн около 10 лет размышлял над проблемой влияния движения тел на электромагнитные явления. Он пришел к твердому убеж­дению о всеобщности принципа относительности, т.е. к выводу, что и в отношении электромагнитных явлений, а не только механических, все инерциальные системы координат совершенно равноправны. Кроме того, Эйнштейн был убежден в инвариантности скорости (света во всех инерциальных системах отсчета. В своих воспоминаниях он пишет, что еще в 1896 г. у него « возник вопрос: если бы можно было погнаться за световой волной со скоростью света, то имели бы мы перед собой не зависящее от времени волновое поле? Такое все-таки кажется невозможным!» * Таким образом, Эйнштейн, по-видимому, еще в молодости пришел к принципу, согласно которому скорость распространения световой волны одинакова во всех инерциальных системах.

* Эйнштейн А. Собрание научных трудов. М., 1967. Т. IV. С. 350—351.

Одновременное действие этих двух принципов кажется невоз­можным. Налицо теоретический парадокс. Из данного парадокса Эйнштейн находит выход, анализируя понятие одновременности. Анализ подводит его к выводу об относительном характере этого понятия. В осознании относительности одновременности заключа­ется суть всей теории относительности, выводы которой, в свою очередь, приводят к необходимости пересмотра понятий простран­ства и времени — основополагающих понятий всего естествознания.

В классической физике полагали, что можно запросто говорить об абсолютной одновременности событий сразу во всех точках про­странства. Эйнштейн убедительно показал неверность такого представления. Он начинает с анализа вопроса, каким образом можно установить одновременность двух событий, происходящих в разных точках пространства. Для этого, делает он вывод, нужно иметь в этих точках часы, причем эти часы должны быть одинаково уст­роены и идти синхронно. Но как узнать, что двое часов, помещен­ных в различных местах пространства, идут синхронно; или, что то же самое, как узнать, что два события в различных точках про­странства, скажем на Земле и на Луне, происходят одновременно? Для достижения синхронности, можно воспользоваться световыми сигналами.

Допустим, что в удаленных друг от друга точках пространства А и В имеются одинаковые часы, и часы в точке А показывают времяt А , когда из этой точки выходит световой луч в направлении точки В . Допустим, что этот луч достигает точки В , когда часы в ней показы­вают время t в , и затем движется обратно к точке А , куда приходит в момент времениt'A по часам, помещенным в этой точке. Будем счи­тать, что часы в точках А и В идут синхронно, если всегда выполняет­ся соотношение:

tB – tA = t`A – t`

События в точках А и В будут одновременными, если часы в этих точках показывают для них одно и то же время. Такое определение одновременности кажется вполне логичным, если принять условие, что свет распространяется с одинаковой скоростью во всех направ­лениях. Но оказывается, что если ввести такое определение одновре­менности, то вследствие конечности скорости распространения света это понятие становится относительным, поскольку события в одной «покоящейся» системе не будут одновременными в любой дру­гой системе, движущейся относительно первой.

К этому выводу приводит простой логический анализ. Допустим, что в точках А и В , расположенных друг от друга на расстоянииS , находятся неподвижные синхронизированные часы (по правилу, приведенному выше). Пусть наблюдатель, двигающийся относитель­но часов с постоянной скоростью v в направлении АВ захочет прове­рить синхронность хода часов. Он должен считать время движения сигнала от А до В равным:

а промежуток времени движения сигнала в обратном направлении

Но принцип постоянства скорости света предполагает, что ско­рость света относительно движущегося наблюдателя неизменна и равна с . Значит, не существует способов установления синхронности часов; часы, синхронные для покоящегося наблюдателя, перестают быть синхронными, когда он движется по отношению к системе, в которой покоятся часы. Следовательно, понятие одновременности относительное. События, которые являются одновременными для одного наблюдателя, не одновременны для другого наблюдателя, дви­жущегося относительно первого.

Из нового понимания одновременности, осознания его относи­тельности следуют совершенно революционные выводы о законо­мерностях пространственно-временных отношений вещей. Прежде всего необходимость признания относительности размеров тел. Чтобы измерить длину тела, нужно отметить его границы на масшта­бе одновременно. Однако то, что одновременно для неподвижного наблюдателя, уже не одновременно для движущегося, поэтому и длина тела, измеренная разными наблюдателями, которые движутся относительно друг друга с различными скоростями, должна быть различна.

На следующем этапе становления специальной теории относи­тельности этим общим идейным рассуждениям Эйнштейн придает математическую форму и, в частности, выводит формулы преобразо­вания координат и времени — преобразования Лоренца. Но у Эйнш­тейна эти преобразования имеют иной смысл: одно и то же тело имеет различную длину, если оно движется с различной скоростью относительно системы, в которой эта длина измерялась. То же самое относится и ко времени. Промежуток времени, в течение которого длится какой-либо процесс, различен, если измерять его движущими­ся с различной скоростью часами. В специальной теории относитель­ности размеры тел и промежутки времени теряют абсолютный харак­тер, какой им приписывался классической физикой, и приобретаютстатус относительных величин, зависящих от выбора системы отсче­та, с помощью которой проводилось их измерение. Они приобрета­ют такой же смысл, какой имеют уже известные относительные вели­чины, например, скорость, траектория и т.п. Таким образом, Эйнш­тейн делает вывод о необходимости изменения пространственно-временных представлений, выработанных классической физикой.

Кроме формул преобразований координат и времени, Эйнштейн получает также релятивистскую формулу сложения скоростей, пока­зывает, что масса тела также является относительной величиной, зависящей от скорости, а между массой тела и его полной энергией существует определенное соотношение. Он формулирует следующий закон: «масса тела есть мера содержащейся в нем энергии» в соотно­шении Е = mс 2 .

Создание СТО было качественно новым шагом в развитии физи­ческого познания. От классической механики СТО отличается тем, что в физическое описание релятивистских явлений органически входит наблюдатель со средствами наблюдения. Описание физичес­ких процессов в СТО существенно связано с выбором системы коор­динат. Физическая теория описывает не физический процесс сам по себе, а результат взаимодействия физического процесса со средства­ми исследования. Обращая на это внимание, Эйнштейн в уже упомя­нутой статье «К электродинамике движущихся тел» пишет: «Сужде­ния всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процес­сами» *. В СТО через осознание того, что нельзя дать описание физи­ческого процесса самого по себе, можно только дать его описание по отношению к определенной системе отсчета, впервые в истории физики непосредственно проявился диалектический характер про­цесса познания, активность субъекта познания, неотрывное взаимо­действие субъекта и объекта познания.

*Эйнштейн А. Собрание научных трудов. М., 1965. Т. 1. С. 8.

9.2. Создание и развитие общей теории относительности

9.2.1. Принципы и понятия эйнштейновской теории гравитации

Классическая механика и СТО формулируют закономерности физи­ческих явлений только для некоторого достаточно узкого класса инерциальных систем отсчета, не предлагая средств для реального выделения таких систем. Вполне закономерно возникла проблема, как распространить законы физики и на неинерциальные системы. После создания СТО Эйнштейн стал задумываться над этой пробле­мой применительно к принципу относительности: «Можем ли мы сформулировать физические законы таким образом, чтобы они были справедливыми для всех систем координат, не только для систем, движущихся совершенно произвольно по отношению друг к другу? Если это можно сделать, то... тогда мы будем в состоянии применять законы природы в любой системе координат» *.

*Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М.,1965. С. 176.

Возможность реализации этой идеи Эйнштейн увидел на пути обобщения принципа относительности движения — распростране­ние принципа относительности не только на скорость, но и на уско­рение движущихся систем. Если не приписывать абсолютный харак­тер не только скорости, но и ускорению, то в таком случае выделенность класса инерциальных систем потеряет свой смысл и можно так формулировать физические законы, чтобы их формулировка имела смысл в отношении любой системы координат. Это и есть содержа­ние общего принципа относительности.

Это означает, что точно так же, как нельзя говорить о скорости тела вообще безотносительно к какому-нибудь телу, так, очевидно, и ускорение имеет конкретный смысл по отношению к некоторому фактору, вызывающему и определяющему его.

До Эйнштейна существовали две точки зрения на причины, по­рождающие инерциальные силы в ускоренных системах. Ньютон считал, что таким фактором является абсолютное пространство, а Э. Мах — действие общей массы Вселенной (см. 8.1.3). Эйнштейн пошел по иному пути — распространил принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения (инертной и гравитационной масс) на оптические явления.

Существует два различных и независимых способа определения массы тела: 1) через ускорение, которое вызывает любая действую­щая на тело сила (инертная масса); 2) через притяжение в поле тяго­тения (гравитационная масса — вес тела). Независимость инертной и гравитационной масс и их эквивалентность была известна в класси­ческой механике и выражалась через закон пропорциональности веса и массы Р/т = g . Еще Галилей в своих опытах на «падающей башне» в Пизе установил, что все тела на Земле, если не учитывать сопротивления воздуха, падаютс одним и тем же ускорением. А Нью­тон обратил внимание на то, что периоды колебаний маятника зави­сят не от массы шара, а от длины нити, на которой он подвешен. В 1890 г. венгерский физик Л. Этвеш подтвердил факт эквивалент­ности инертной и гравитационной масс с высокой точностью (до 10-9 , сейчас эта точность повышена до 10-12 ). После открытия зависи­мости инертной массы от скорости (релятивистские эффекты) вопрос о независимости гравитационной массы от любых свойств тел и состояний, в которых они находятся, предстал в новом свете. Нужно было разобраться в вопросе, изменяются ли гравитационные свойства тел, если их инерционные свойства зависят от состояния движения.

В этих условиях одни физики высказывали мнение, что отноше­ние массы тела к его весу нельзя считать постоянным, а другие счита­ли, что гравитационная и инертная массы всегда равны и имеют одну и ту же природу. Но так как согласно теории относительности энер­гия обладает инерцией, то она должна обладать и тяжестью. Эйнш­тейн также обращается к этой проблематике и задумывается над тем, не обладает ли энергия также тяжелой (гравитирующей) массой, и уже в 1911 г. приходит к новым идеям, которые затем легли в основу общей теории относительности (ОТО).

В центре его размышлений оказался вопрос: можно ли оценивать движение равноускоренной системыS по отношению к инерциальной системе S как пребывание в относительном покое? Теоретичес­кий анализ подводит его к выводу, что две системы отсчета, одна из которой движется ускоренно, а другая хотя и покоится, но в ней действует однородное поле тяготения, в отношении механических явлений эквивалентны и неразличимы. Иначе говоря, физика не знает средств, которые могли бы отличить эффект гравитации от эффекта ускорения. Это утверждение Эйнштейн иллюстрирует при­мером: наблюдатель, находящийся в закрытом лифте, не может опре­делить, движется ли лифт ускоренно или внутри лифта действуют силы тяготения.

Эквивалентность, существующую между ускорением и однородным полем тяготения, которая справедлива для механики, Эйнштейн считает возмож­ным распространить на оптические и вообще любые физические явления. Этот расширенный принцип эквивалентности и был положен им в осно­ву общей теории относительности. Построение ОТО он завершил в 1916 г. При этом он использовал понятия и математический аппарат неевклидовых геометрий.

Мысленные эксперименты убедительно показывали, что реляти­вистская физика не может основываться на евклидовой геометрии и А. Эйнштейн вводит представление о том, что метрика пространст­ва-времени обусловлена гравитационным полем, которое в свою оче­редь создано вещественными образованиями: «Наш мир неевклидов. Геометрическая природа его образована массами и их скоростями. Гравитационные уравнения ОТО стремятся раскрыть геометричес­кие свойства нашего мира» *. Эйнштейн исходил из того, что про­странственно-временной континуум носит риманов характер. А римановым (в узком смысле) называется пространство постоянной положительной кривизны. Его наглядный образ — поверхность обыч­ной сферы. Это значит, что движение частицы в гравитационном поле определяется кратчайшей мировой линией, которая не являет­ся прямой, но тем не менее является кратчайшей.

* Эйнштейн Л., Инфельд Л. Указ. соч. С. 196.

Итак, с точки зрения ОТО пространство не обладает постоянной (нулевой) кривизной. Кривизна его меняется от точки к точке и определяется полем тяготения. Можно сказать больше: поле тяготения является не чем иным, как отклонением свойств реального пространства от свойств идеального евклидова пространства. Величина поля тяготения в каждой точке определяется значением кривизны пространства в этой точке. Таким образом, движение материальной точки в поле тяготения можно рассматривать как свободное «инерциальное» движение, но происходящее не в евклидовом, а в пространстве с изменяющейся кривизной. В результате движение точки уже не является прямолинейным и равномерным, а происходит по геодезической линии искривленного пространства. Отсюда следует, что уравнение движения материальной точки, а также и луча света должно быть записано в виде уравнения геодезической линии искривленного пространства.

Для определения кривизны пространства необходимо знать выражение для компонент фундаментального тензора (аналога потенциала в ньютоновской теории тяготения). Задача заключается в том, чтобы, зная распределение тяготеющих масс в пространстве, определить функции координат и времени (компонент фундаментального тензора); тогда можно записать уравнение геодезической линии и решить проблему движения материальной точки, проблему распространения светого луча и т.д. Эйнштейн нашел общее уравнение гравитационного поля (которое в классическом приближении переходило в закон тяготения Ньютона) и таким образом решил проблему тяготения в общем виде. Уравнения гравитационного поля в общей теории относительности представляют собой систему 10 уравнений. В отличие от теории тяготения Ньютона, где есть один потенциал гравитационного поля, который зависит от единственной величины – плотности массы, в теории Эйнштейна гравитационное поле описывается 10 потенциалами и может создаваться не только плотностью массы, но также потоком массы и потоком импульса.

Кардинальное отличие ОТО от предшествующих ей фундаментальных физических теорий в отказе от ряда старых понятий и формулировке новых. Так, ОТО отказывается от понятий «сила», «потенциальная энергия», «инерциальная система», «евклидов характер пространства-времени» и др. В ОТО используют нежесткие (деформирующиеся) тела отсчета, поскольку в гравитационных полях не существует твердых тел и ход часов зависит от состояния этих полей.

Такая система отсчета (ее называют «моллюском отсчета») может двигаться произвольным образом, и ее форма может изменяться, у используемых часов может быть сколь угодно нерегулярный ход. ОТО углубляет понятие поля, связывая воедино понятия инерции, гравитации и метрики пространства-времени, допускает возмож­ность гравитационных волн (хотя до сих пор их экспериментально обнаружить не удалось).

В последние десятилетия своей жизни Эйнштейн усиленно зани­мался поисками «единой теории поля», которая бы объединила тео­рию тяготения и теорию электромагнитного поля. С точки зрения Эйнштейна, реализация этой задачи позволила бы свойства вещества вывести из представлений о свойствах поля, «рассматривать вещест­во как такие области в пространстве, где поле чрезвычайно сильно» *, и объяснить существование элементарных частиц. Однако несмотря на все остроумие его методов и колоссальное упорство, ему не удалось этого достигнуть. К середине XX в. стало ясно, что работа в этом направлении должна осуществляться с учетом существования не двух (гравитационное и электромагнитное), а четырех типов фундамен­тальных взаимодействий.

*Эйнштейн А., Инфельд Л. Указ. соч. С. 201.

9.2.2. Экспериментальная проверка общей теории относительности

Первый успех ОТО, которая стала фундаментом для выявления новых и объяснения известных общих свойств и закономерностей Вселенной, заключался в объяснении открытой еще в 1859 г. (и непо­нятной с точки зрения классической теории) дополнительной ско­рости движения перигелия Меркурия (около 43" в столетие) под влиянием гравитационного поля Солнца (см. 8.2.1). Прецессия орби­ты Меркурия обусловлена искривлением пространства, вызванного гравитационным воздействием Солнца.

В соответствии с ОТО в результате действия поля тяготения дви­жение материальной точки, так же как и распространение светового луча, уже не является равномерным и прямолинейным. Распространение выводов ОТО на оптические явления приводит к ряду необыч­ных следствий — явлению красного смещения спектров звезд и откло­нению светового луча под действием этого поля.

Так, в ОТО был получен новый фундаментальный результат: ско­рость света уже не является постоянной величиной, она изменяется, когда свет проходит поле тяготения, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от взаимного направления распространения света инаправления сил тяготения. Отсюда, в частности, следует, что луч света, проходя мимо тела, обладающего сильным полем тяготения, должен искривляться, если его направление не совпадает с направле­нием силы тяготения. Этот эффект может быть обнаружен при на­блюдении солнечного затмения. Если сравнить положение группы звезд, находящихся на небесной сфере вблизи Солнца во время его затмения, с положением этой же группы звезд ночью, то, согласно ОТО, в первом случае световые лучи от этих звезд, проходя около поверхности Солнца, должны искривляться в его гравитационном поле, следовательно, будут наблюдаться смещенными относительно их обычного положения на небесной сфере.

Большое значение для широкого признания ОТО имели опыты по измерению отклонения лучей света, проходящих около Солнца. Первая немецкая экспедиция по проверке данного эффекта была направлена уже в 1914 г. на территорию России, но в связи с началом Первой мировой войны была интернирована. Затмение 29 мая 1919 г. представляло собой особенно благоприятный случай, когда в поле наблюдений оказывалось большое число ярких звезд, и потому в Великобритании под руководством А. Эддингтона были сформиро­ваны две экспедиции: одна направилась в Бразилию (Собрал), а дру­гая — на один из островов, расположенных возле африканского мате­рика (Принсипи). Как отмечалось в отчете, «результаты экспедиций в Собрал и на Принсипи оставляют мало сомнения в том, что луч света отклоняется вблизи Солнца и что отклонение, если приписать его действию гравитационного поля Солнца, по величине соответст­вует требованиям общей теории относительности Эйнштейна» *. Проведенные в 1922 г. новые измерения также подтвердили существование эффекта, предсказанного теорией Эйнштейна.

* Альберт Эйнштейн и теория гравитации. М., 1979. С. 570.

Другой результат, полученный в теории Эйнштейна, — наличие красного смещения в спектрах небесных тел — был подтвержден рядом опытов 1923—1926 гг. при наблюдении спектров Солнца и обладающего чрезвычайно большим полем тяготения спутника Си­риуса.

Долгое время экспериментальных подтверждений ОТО было мало: изменения орбиты Меркурия, красное смещение в спектрах звезд, искривление лучей света вблизи Солнца, обусловленное кривизной пространства. Согласие теории с опытом достаточно хоро­шее, но чистота экспериментов нарушается различными сложными побочными влияниями. Однако влияние искривления пространства-времени можно обнаружить даже в умеренных гравитационных полях. Очень чувствительные часы, например, могут обнаружитьзамедление времени на поверхности Земли. Чтобы расширить экспе­риментальную базу ОТО, во второй половине XX в. были поставлены новые эксперименты: проверялась эквивалентность инертной и гра­витационной масс (в том числе и путем лазерной локации Луны); с помощью радиолокации уточнялось движение перигелия Меркурия; измерялось гравитационное отклонение радиоволн Солнцем, прово­дилась радиолокация планет Солнечной системы; оценивалось влия­ние гравитационного поля Солнца на радиосвязь с космическими кораблями, которые отправлялись к дальним планетам Солнечной системы, и т.д. Все они так или иначе подтвердили предсказания, полученные на основе ОТО.

9.2 3. Современное состояние теории гравитациии ее роль в физике

В физике XX в. ОТО сыграла особую и своеобразную роль.

Во-первых, она представляет собой новую теорию тяготения, хотя, возможно, и не вполне завершена и не лишена некоторых недо­статков. Трудность состоит в том, что гравитация — это вид энергии, и поэтому она сама является собственным источником энергии; гра­витация как физическое поле сама обладает (как, например, и электромагнетизм) энергией и импульсом, а значит, и массой. Следо­вательно, уравнения теории нелинейны, т.е. нельзя просто сложить известные решения для простых систем, чтобы получилось полное решение для сложной системы. С этим связаны, например, трудности в интерпретации содержания тензора энергии — импульса. Матема­тический аппарат теории настолько сложен, что почти все задачи, кроме самых простейших, оказываются неразрешимыми. Из-за таких трудностей (возможно, они скорее технического характера, но может быть и принципиального) ученые до сих пор — спустя 80 лет после того, как ОТО была сформулирована, — все еще пытаются разобраться в ее смысле.

Поэтому вполне закономерно, что и в XX в. физики продолжали попытки создания альтернативных теорий тяготения. Их создано уже более 20 (Т.Калуца, Г.Вейль,Э.Картан и др.).Некоторые из них, как и теория Эйнштейна, исходят из геометрического толкования гравитации, а другие — из понятия поля, заданного в плоском про­странстве-времени, третьи рассматривают «гравитационную посто­янную» как функцию, зависящую от времени. Почти все эти альтер­нативные теории не предсказывают новых экспериментов и потому их эвристическое значение практически равно нулю. Кроме того, ни одна из них не обладает такой эстетической привлекательностью, красотой и изяществом, как теория Эйнштейна. Физики давно при­знали, что ОТО дает наилучшее из известных описание пространства-времени и гравитации.

В о - в т о р ы х, на основе ОТО были развиты два фундаментальных направления современной физики: геометризированные еди­ные теории поля; релятивистская космология (см. 11.6).

Успешная геометризация гравитации заставила многих физиков задуматься над вопросом о сущности физики в ее отношении с гео­метрией. Здесь сложились две противоположные точки зрения:

1) поля и частицы непосредственно не определяют характер про­странственно-временного континуума. Он сам служит лишь ареной их проявления. Поля и частицы чужды геометрии мира и их надо добавить к геометрии, чтобы вообще можно было говорить о какой-либо физике;

2) в мире нет ничего, кроме пустого искривленного простран­ства. Материя, заряд, электромагнетизм и другие поля являются лишь проявлением искривленного пространства. Физика есть гео­метрия.

ОТО оказалась переходной теорией между первым и вторым подходами. В ОТО представлен смешанный тип описания реальности: гравитация в ней геометризирована, а частицы и поля, отличные от гравитации, добавляются к геометрии.

Многие ученые (в том числе и сам Эйнштейн) предпринимали попытки объединить электромагнитное и гравитационное поля в рамках достаточно общего геометрического формализма на базе ОТО. С открытием разнообразных элементарных частиц и соответствующих им полей естественно встала проблема включения и их в рамки подобной единой теории. Это положило начало длительному процессу поисков геометризированной единой теории поля, кото­рая, по замыслу, должна реализовать второй подход — сведение фи­зики к геометрии, создание геометродинамики.

Важным результатом на этом пути явилось включение в физику структур современной алгебраической топологии. В геометродинамике доказано, что флуктуации гравитационного поля могут измерять топологический характер пространства. Особенно перспектив­ны протяженности с переменной топологией — так называемые топосы. Основные трудности на этом пути связаны с решением пробле­мы эмпирической интерпретации топологии на очень больших и очень малых расстояниях.

Анализ показывает, что там, где проявляются изменения тополоческой структуры мира, топологии пространственно-временного континуума, там фиксируется кажущееся изменение фундаментальных законов природы. Так, происходит кажущееся нарушение при­чинности, когда при падении в «черную дыру» исчезают элементарные частицы. В связи с изменениями топологии теряет свой одно­значный смысл понятие расстояния (загадочная неоднозначность расстояний до квазаров — их движение относительно друг друга про­исходит со скоростями, которые чуть ли не в 25 раз (!) превышают скорость света). С вариациями топологических структур, возможно, связаны и квантовые процессы.

9.3. Возникновение и развитие квантовой физики

9.3.1. Гипотеза квантов

Истоки квантовой физики можно найти в исследованиях процессов излучения тел. Еще в 1809 г. П. Прево сделал вывод, что каждое тело излучает независимо от окружающей среды. Развитие спектроско­пии в XIX в. привело к тому, что при изучении спектров излучения начинают обращать внимание и на спектры поглощения. При этом выясняется, что между излучением и поглощением тела существует простая связь: в спектрах поглощения отсутствуют или ослабляются те участки спектра, которые испускаются данным телом. Этот закон получил объяснение только в квантовой теории.

Г. Кирхгоф в 1860 г. сформулировал новый закон, который гласит, что для излучения одной и той же длины волны при одной и той же температуре отношение испускательной и поглощательной способ­ностей для всех тел одинаково. Другими словами, если ЕλТ и АλТ — соответственно испускательная и поглощательная способности тела, зависящие от длины волны λ и температуры Т - то

где φ(λ,Т ) — некоторая универсальная функция λ и Т , одинаковая для всех тел.

Кирхгоф ввел понятие абсолютно черного тела как тела, поглоща­ющего все падающие на него лучи. Для такого тела, очевидно, АλТ = 1; тогда универсальная функция φ(λ,Т ) равна испускательной способ­ности абсолютно черного тела. Сам Кирхгоф не определил вид функ­ции φ(λ,Т ), а лишь отметил некоторые ее свойства.

При определении вида универсальной функции φ(λ,Т ) естествен­но было предположить, что можно воспользоваться теоретическими соображениями, прежде всего основными законами термодинамики. Л. Больцман показал, что полная энергия излучения абсолютно чер­ного тела пропорциональна четвертой степени его температуры. Од­нако задача конкретного определения вида функции Кирхгофа ока­залась весьма трудной, и исследования в этом направлении, основан­ные на термодинамике и оптике, не привели к успеху.

Опыт давал картину, не объяснимую с точки зрения классических представлений: при термодинамическом равновесии между колеблю­щимися атомами вещества и электромагнитным излучением почти вся энергия сосредоточена в колеблющихся атомах и лишь ничтож­ная часть ее приходится на долю излучения, тогда как согласно клас­сической теории практически вся энергия должна была бы перейти к электромагнитному полю.

В 80-е гг. XIX в. эмпирические исследования закономерностей распределения спектральных линий и изучение функции φ(λ,Т ) стали более интенсивными и систематическими. Была усовершенст­вована экспериментальная аппаратура. Для энергии излучения абсолютно черного тела В. Вином в 1896 г., Дж. Рэлеем и Дж. Джинсом в 1900 г. были предложены две различные формулы. Как показали экспериментальные результаты, формула Вина асимптотически верна в области коротких волн и дает резкие расхождения с опытом в области длинных волн, а формула Рэлея — Джинса асимптотически верна для длинных волн, но не применима для коротких.

В 1900 г. на заседании Берлинского физического общества М. Планк предложил новую формулу для распределения энергии в спектре серного тела. Эта формула давала полное соответствие с опытом, но ее физический смысл был не вполне понятен. Дополнительный анализ показал, что она имеет смысл только в том случае, если опустить, что излучение энергии происходит не непрерывно, а пределенными порциями — квантами (ε). Более того, ε не является любой величиной, а именно, ε = , гдеh — определенная константа, a v — частота света. Это вело к признанию наравне с атомизмом вещества атомизма энергии или действия, дискретного, квантового характера излучения, что не укладывалось в рамки пред­ставлений классической физики.

Формулировка гипотезы квантов энергии была началом новой эры в развитии теоретической физики . С большим успехом эту гипотезу начали применять для объяснения других явлений, которые не поддава­ясь описанию на основе представлений классической физики.

Существенно новым шагом в развитии квантовой гипотезы было ведение понятия квантов света. Эта идея была разработана в 1905 г. Эйнштейном и использована им для объяснения фотоэффекта. В целом ряде исследований были получены подтверждения истинности этой идеи. В 1909 г. Эйнштейн, продолжая исследования законов излучения, показывает, что свет обладает одновременно и волновыми, и корпускулярными свойствами. Становилось все более очевидно, что корпускулярно-волновой дуализм светового излучения нельзя объяснить с позиций классической физики. В 1912 г. А. Пуан­каре окончательно доказал несовместимость формулы Планка и клас­сической механики. Требовались новые понятия, новые представле­ния и новый научный язык, для того чтобы физики могли осмыслить эти необычные явления. Все это появилось позже — вместе с создани­ем и развитием квантовой механики.

9.3.2. Теория атома И. Бора. Принцип соответствия

В свете тех выдающихся открытий конца XIX в., которые революци­онизировали физику, одной из ключевых стала проблема строения атомов. Еще в 1889 г. в своей Фарадеевской лекции Д.И. Менделеев отмечал, что в результате выявления специфической периодичности химических свойств элементов, расположенных по возрастающим атомным весам, центральной проблемой физики становится пробле­ма строения атома *.

*Менделеев Д.И . Полн. собр. соч. М., 1937. Т. 2. С. 347.

В 1909—1910 гг. Э. Резерфордом были проведены эксперименталь­ные исследования рассеяния α-частиц тонким слоем вещества. Как показали эти исследования, большинство α-частиц, пронизывающих тонкий слой вещества, рассеиваются силовыми центрами, которые действуют на них с силой, обратно пропорциональной квадрату рас­стояния. Некоторые сравнительно немногие частицы отклонялись на угол 90° и более; по-видимому, они встретились с очень сильными электрическими полями. Результаты этого исследования позволили Резерфорду в 1911 г. сформулировать планетарную модель атома. По модели Резерфорда, атом состоит из положительного ядра гораздо меньших размеров, нежели атом, — порядка 10-13 см. Вокруг ядра вращаются электроны. Общий заряд атома равен нулю, поэтому заряд ядра по абсолютной величине равен , где n — число электро­нов в атоме, е — заряд электрона. Резерфорд полагал также, что число электронов в атоме должно быть равно порядковому номеру элемен­та в периодической системе Менделеева. Но модель Резерфорда не объясняла многих выявленных к тому времени закономерностей из­лучения атомов, вид атомных спектров и др.

Более совершенную квантовую модель атома предложил в 1913 г. молодой датский физик Н. Бор, работавший в лаборатории Резерфорда. Бор понял, что для построения теории, которая объясняла бы и результаты опытов по рассеянию α -частиц, и устойчивость атома, и сериальные закономерности, и ряд других экспериментальных данных, нужно отказаться от ряда принципов классической физики. Бор взял за основу модель атома Резерфорда и дополнил ее новыми гипо­тезами, которые не следуют или даже противоречат классическим представлениям. Эти гипотезы известны как постулаты Бора. Они сводятся к следующему.

1. Каждый электрон в атоме может совершать устойчивое орбитальное движение по определенной орбите, с определенным значе­нием энергии, не испуская и не поглощая электромагнитного излуче­ния. В этих состояниях атомные системы обладают энергиями, обра­зующими дискретный ряд: Е1 , Е2 , ..., Е n . Состояния эти характеризу­ется своей устойчивостью. Всякое изменение энергии в результате поглощения или испускания электромагнитного излучения может происходить только скачком из одного состояния в другое.

2. Электрон способен переходить с одной стационарной орбиты на другую. Только в этом случае он испускает или поглощает опреде­ленную порцию энергии монохроматического излучения определенной частоты. Эта частота зависит от уровня изменения энергии атома при таком переходе. Если при переходе электрона с орбиты на орбиту энергия атома изменяется от Е m до Е n , то испускаемая или погло­щаемая частота определяется условием

Эти постулаты Бор использовал для расчета простейшего атома (водорода), рассматриваяпервоначально наиболее простую его мо­дель: неподвижное ядро, вокруг которого по круговой орбите враща­ется электрон. Объяснение спектра водорода было большим успехом теории Бора.

Квантовые постулаты Бора были лишь первым шагом в создании теории атома, поэтому пришлось воспользоваться следующим при­емом: сначала задача решалась при помощи классической механики (заведомо неприменимой полностью к внутриатомным движениям), а затем из всего непрерывного множества состояний движения, к которым приводит классическая механика, на основе квантовых постулатов отбирались квантовые состояния. Несмотря на все не­совершенство этого метода, он привел к большим успехам — позво­лил объяснить сложные закономерности в атомных и молекулярных спектрах, осмыслить природу химических взаимодействий и др. Такой подход, по сути, является частным случаем общего принципа, играющего важную роль в современной теоретической физике — принципа соответствия, который гласит, что всякая неклассическая теория в соответствующем предельном случае переходит в класси­ческую.

Важным достижением Бора и других исследователей было разви­тие представления о строении многоэлектронных атомов. Предпри­нятые шаги в развитии теории строения более сложных (чем водород) атомов и объяснении структуры их спектров принесли некото­рые успехи, однако здесь исследователи столкнулись с большими трудностями. Введение четырех квантовых чисел, характеризующих состояния электрона в атоме, установление принципа Паули (соглас­но которому две тождественный частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном состоянии) и объяснение периодической системы Менделеева — большие успехи теории атома Бора. Однако они не означали, что эту теорию можно считать завер­шенной. Во-первых, постулаты Бора и многие принципы его теории имели характер непонятных, ни откуда не следуемых утверждений, которые еще должны получить свое обоснование. Во-вторых, в неко­торых даже довольно простых случаях применение данной теории встречало непреодолимые трудности; так, например, попытки теоре­тически рассчитать даже такой, казалось бы, простой атом, как атом гелия, не привели к успеху. Физики ясно понимали неудовлетвори­тельность боровской теории атома.

Таким образом, в первой четверти XX в. перед физикой все еще стояла задача поиска новых путей развития теории атомных явлений. Ее решение потребовало отказа от ряда давно установленных поня­тий и выработки совершенно новых теоретических представлений и принципов.

9.3.3. Создание нерелятивистской квантовой механики

Такие новые представления и принципы были созданы плеядой вы­дающихся физиков XX в. в 1925—1927 гг.: В. Гейзенберг установил основы так называемой матричной механики; Л. де Бройль, а за ним Э. Шредингер разработали волновую механику. Вскоре выяснилось, что и матричная механика, и волновая механика — различные формы единой теории, получившей название квантовой механики.

К созданию матричной механики В. Гейзенберг пришел в ре­зультате исследований спектральных закономерностей, а также тео­рии дисперсии, где атом представлялся некоторой символической математической моделью — как совокупность виртуальных гармо­нических осцилляторов. Представления об атоме как о системе, состоящей из ядра и вращающихся вокруг него электронов, которые обладают определенной массой, движутся с определенной скорос­тью по определенной орбите, нужно понимать лишь как аналогию для установления математической модели. Указанный метод исследования и развил Гейзенберг, распространив его вообще на теорию атомных явлений.

В 1926 г. Гейзенберг впервые высказал основные положения кван­товой механики в матричной форме. Теория атомных явлений, по Гейзенбергу, должна ограничиваться установлением соотношений между величинами, которые непосредственно измеряются в экспери­ментальных исследованиях («наблюдаемыми» величинами, в терми­нологии Гейзенберга) — частотой излучения спектральных линий, их интенсивностью, поляризацией и т.п. «Ненаблюдаемые» величины, такие, как координаты электрона, его скорость, траектория, по кото­рой он движется, и т.д., не следует использовать в теории атома.

Однако в согласии с принципом соответствия новая теория должнa определенным образом соответствовать классическим теориям, т.е. соотношения величин новой теории должны быть аналогичными соотношениям классических величин. При этом каждой классичес­кой величине нужно найти соответствующую ей квантовую величину и, пользуясь классическими соотношениями, составить соответст­вующие им соотношения между найденными квантовыми величина­ми. Такие соответствия могут быть получены только из операций измерения.

Анализируя закономерности измерения величин в квантовой механике, Гейзенберг приходит к важному принципиальному результату о невозможности одновременного точного измерения двух кано­нически сопряженных величин и устанавливает так называемое соотношение неопределенностей

где Δqi — точность измерения какой-либо из координат частицы; Δpi — точность одновременного измерения соответствующего импульса;h — постоянная Планка.

Этот принцип является основой физической интерпретации квантовой механики.

Второе направление в создании квантовой механики сначала раз­вивалось в работах Л. де Бройля. Он высказал идею о волновой при­роде материальных частиц. На основании уже установленного факта одновременно и корпускулярной, и волновой природы света, а также оптико-механической аналогии де Бройль пришел к идее о существовании волновых свойств любых частиц материи.

На первые работы де Бройля, в которых высказывалась идея волн, связанных с материальными частицами, не обратили серьезного вни­мания. Де Бройль впоследствии писал, что высказанные им идеи были приняты с «удивлением, к которому несомненно примешива­лась какая-то доля скептицизма». Но не все скептически отнеслись к идеям де Бройля. Особенно сильное влияние идеи де Бройля оказали на Э. Шрёдингера, который увидел в них основу для создания новой теории квантовых процессов. В 1926 г. Шрёдингер, развивая идеи де Бройля, построил так называемую волновую механику.

Шрёдингер приходит к мысли, что квантовые процессы следует понимать как некие волновые процессы, характеризуемые волновой функцией Ψ. Тогда образ материальной точки, занимающей опреде­ленное место в пространстве, строго говоря, является приближен­ным и может быть сохранен только при рассмотрении макропроцес­сов, подобно тому как мы пользуемся представлением о световом луче, которое теряет смысл, если рассматривать явления дифракции и интерференции. Функция Ψ должна удовлетворять волновому урав­нению («уравнение Шрёдингера»). Шрёдингер поставил вопрос о связи его теории с теорией Гейзенберга и показал, что при всем различии исходных физических положений они математически эк­вивалентны.

Иначе говоря, в квантовой механике разница между полем и сис­темой частиц исчезает. Так, например, электрон, вращающийся во­круг ядра, можно представить как волну, длина которой зависит от ее скорости. Там, где укладывается целое число длин волн электрона, волны складываются и образуют боровские разрешенные орбиты. А там, где целое число длин волн не укладывается, гребни волн ком­пенсируют впадины, там орбиты не будут разрешены.

Волновая механика получила прямое экспериментальное под­тверждение в 1927г., когда К-Дж. Дэвиссон и П. Джермер обнаружили явление дифракции электронов. Кроме того, выяснилось, что пра­вильно и количественное соотношение для длин «волн де Бройля».

Квантовая механика — теоретическая основа современной химии. Ядро атома с порядковым номеромN и массовым числом М содержит N протонов и (М- N ) нейтронов (всего М нуклонов). Число электро­нов оболочек равно числу протонов в ядре, поэтому в нормальном состоянии атом нейтрален. Электроны распределяются на оболоч­ках в строгом порядке: на первой к ядру не более 2 электронов; на второй — не более 8; на третей — не более 18 и т.д. Когда два атома сталкиваются, они или объединяются вместе, обобществляя свои оболочки, или вновь расходятся после перераспределения электро­нов. Число электронов на внешней оболочке и определяет химичес­кую активность элемента.

С помощью квантовой теории удалось построить также более совершенные теории твердого тела, электрической проводимости, термоэлектрических явлений и т.д. Она дала основания для постро­ения теории радиоактивного распада, а в дальнейшем стала базой для ядерной физики.

Вслед за основополагающими работами Шрёдингера по волно­вой механике были предприняты первые попытки релятивистского обобщения квантово-механических закономерностей, и уже в 1928 г. П. Дирак заложил основы релятивистской квантовой механики.

9.3.4. Проблема интерпретации квантовой механики. Принцип дополнительности

Созданный группой физиков в 1925—1927 гг. формальный математи­ческий аппарат квантовой механики убедительно продемонстриро­вал свои широкие возможности по количественному охвату значи­тельного эмпирического материала; не оставалось сомнений, что квантовая механика пригодна для описания определенного круга яв­лений. Вместе с тем исключительная абстрактность квантово-меха­нических формализмов, значительные отличия от классической ме­ханики (замена кинематических и динамических переменных аб­страктными символами некоммутативной алгебры, отсутствие поня­тия электронной орбиты, необходимость интерпретации формализмов и др.) рождали ощущение незавершенности, неполно­ты новой теории. В результате возникло мнение о необходимости ее завершения.

Возникла дискуссия о том, каким путем это нужно делать. А. Эйнштейн и ряд физиков считали, что квантово-механическое описание физической реальности существенно неполно. Иначе говоря, созданная теория не является фундаментальной теорией, а лишь промежуточной ступенью по отношению к ней, поэтому ее необходимо дополнить принципиально новыми постулатами и понятиями, т.е. дорабатывать ту часть оснований новой теории, которая связана с ее принципами.

Другие физики (Н. Бор, В. Гейзенберг, М. Борн и др.) считали, что новая теория является фундаментальной и дает полное описание физической реальности, а «прояснить положение вещей можно было здесь только путем более глубокого исследования проблемы наблю­дений в атомной физике» *. Иначе говоря, Бор и его единомышленни­ки полагали, что «доработку» квантовой механики следует вести по линии уточнения той части ее оснований, которые связаны не с принципами теории, а с ее методологическими установками, по линии интерпретации созданного математического формализма. Разработка методологических установок квантовой механики, являвшаяся важнейшим звеном в интерпретации этой теории, продолжалась вплоть до конца 40-х гг. Завершение выработки этой интерпре­тации означало и завершение научной революции в физике, начав­шейся в конце XIX в.

* Бор Н . Избранные научные труды М., 1971. Т. 2. С. 405.

Основной отличительной особенностью экспериментальных ис­следований в области квантовой механики является фундаменталь­ная роль взаимодействия между физическим объектом и измерительным устройством. Это связано с корпускулярно-волновым дуализмом. И свет, и частицы проявляют в различных условиях противоречивые свойства, в связи с чем о них возникают противоречивые представ­ления. В одном типе измерительных приборов (дифракционная ре­шетка) они представляются в виде непрерывного поля, распределен­ного в пространстве, будь то световое поле или поле, которое описы­вается волновой функцией. В другом типе приборов (пузырьковая камера) эти же микроявления выступают как частицы, как материаль­ные точки. Причина корпускулярно-волнового дуализма, по Бору, в том, что сам микрообъект не является ни волной, ни частицей в обычном понимании.

Невозможность провести резкую границу между объектом и при­бором в квантовой физике выдвигает две задачи: 1)каким образом можно отличить знания об объекте от знаний о приборе; 2) каким образом, различив их, связать в единую картину, теорию объекта.

Вследствие того что сведения о микрообъекте, о его характерис­тиках получают в результате его взаимодействия с классическим при­бором (макрообъёктом), микрообъект можно интерпретировать только в классических понятиях, т. е. использовать классические представления о волне и частице. Мы как бы вынуждены говорить на классическом языке, хотя с его помощью нельзя выразить все особенности микрообъекта, который не является классическим. Поэтому первая задача разрешается введением требования описывать поведе­ние прибора на языке классической физики, а принципиально ста­тистическое поведение микрочастиц — на языке квантово-механических формализмов. Вторая задача разрешается с помощью принци­па дополнительности: волновое и корпускулярное описания микропроцессов не исключают и не заменяют друг друга, а взаимно дополняют друг друга. При одном представлении микрообъекта используется причинное описание соответствующих процессов, в другом случае — простран­ственно-временное. Единая картина объекта синтезирует эти два описания.

9.4. Методологические установки неклассической физики

Создание релятивистской, а затем и квантовой физики привело к необходимости пересмотра методологических установок классичес­кой физики. Представим в систематическом виде методологические остановки неклассической физики:

· Признание объективного существования физического мира , т.е. его существования до и независимо от человека и его сознания.

· В отличие от классической физики, которая рассматривала мир физических элементов как качественно однородное обра­зование, современная физика приходит к выводу о наличии трех качественно различающихся структурных уровней мира физи­ческих элементов: микро-, макро- и мегауровней.

· Явления микромира, микропроцессы обладают чертами це­лостности, необратимости и неделимости, которые приводят к качественному изменению представлений о характере взаи­мосвязи объекта и экспериментальных средств исследования.

· Причинность как один из элементов всеобщей связи и взаимо­обусловленности вещей, явлений, событий материального мира присуща и микропроцессам. Но характер причинной связи в микромире отличен от механистического детерминиз­ма. В области микроявлений причинность реализуется через многообразие случайностей, поэтому микропроцессам свойствен­ны не динамические, а статистические закономерности.

· Микроявления принципиально познаваемы. Получение пол­ного и непротиворечивого описания поведения микрочастиц требует выработки нового способа познания и новых методо­логических установок познания.

· Основа познания — эксперимент, непосредственное матери­альное взаимодействие между средствами исследования субъ­екта и объектом. Так же, как и в классической физике, исследо­ватель свободен в выборе условий эксперимента.

· Кардинальные изменения в методологии неклассической физики по сравнению с классической связаны с зависимостью описания поведе­ния физических объектов от условий познания . В релятивистской физике — это учет состояния движения систем отсчета при признании постоянства скорости света в вакууме. В квантовой физике — фундаментальная роль взаимодействия между микрообъектом и измерительным устройством, прибором. Неклас­сическая физика характеризуется, по сути, изменением познаватель­ного отношения субъекта и объекта . В квантовой физике оно фиксируется принципом дополнительности.

· Если в классической физике все свойства объекта могут опре­деляться одновременно, то уже в квантовой физике существу­ют принципиальные ограничения, выражаемые принципом неопределенности.

· Неклассические способы описания позволяют получать объек­тивное описание природы. Но объективность знания не должна отождествляться с наглядностью . Создание механической наглядной модели вовсе не синоним адекватного физического объяснения исследуемого явления.

· Физическая теория должна содержать в себе не только средст­ва для описания поведения познаваемых объектов, но и сред­ства для описания условий познания, включая процедуры исследования.

· В неклассической физике, как и в классической, игнорируется атомная структура экспериментальных устройств.

· Структура процесса познания не является неизменной . Качествен­ному многообразию природы должно соответствовать и многообразие способов ее познания. На основе неклассичес­ких способов познания (релятивистского и квантового) со вре­менем должны сформироваться другие новые способы позна­ния.

Кардинальные изменения в системе методологических установок релятивистской физики (по сравнению с классической) связаны с выявлением зависимости описания поведения физических объектов от условий познания (учет состояния движения систем отсчета при признании постоянства скорости света в вакууме). Произошло изме­нение гносеологической позиции субъекта и объекта — появилась необходимость указания на ту систему отсчета, с позиций которой описывается исследуемая физическая область.

Создание квантовой механики привело к еще более значительно­му пересмотру методологических принципов классической физики: введение нового класса принципиально статистических закономерностей; невозможность провести резкую границу между объектом и прибором и введение принципа дополнительности; невозможность одновременного определения всех свойств микрообъекта (принцип неопределенности); ненаглядность теоретических моделей; неодно­значность употребления понятий; необходимость указывать на усло­вия познания и др.

Во второй половине XX в. основное внимание физиков обращено на создание теорий, раскрывающих с позиций квантово-релятивистских представлений сущность и основания единства четырех фунда­ментальных взаимодействий — электромагнитного, «сильного», «слабого» и гравитационного. Эта задача одновременно является и задачей создания единой теории элементарных частиц теории структуры материи). В последние десятилетия созданы и получили эмпирическое обоснование квантовая электродинамика, теория электрослабого взаимодействия, квантовая хромодинамика (теория сильного взаимодействия), есть перспективы на создание единой теории электромагнитного, «слабого» и «сильного» взаимодействий. Физики ожидают, что в отдаленной перспективе к ним должно быть присоединено и гравитационное взаимодействие. Таким образом, естествознание в настоящее время находится на пути к реализации великой цели — созданию единой теории структуры материи.

10. МИР ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Во второй половине XX в. физики, занятые изучением фундаментальной структуры материи, получили поистине удивительные результаты. Было открыто множество новых субатомных частиц. Их обычно называют элементарными частицами, но далеко не все из них действительно элементарны. Многие из них в свою очередь состоят из еще более элементарных частиц.

Новые частицы обычно открывают в реакциях рассеяния уже известных частиц. Для этого сталкивают частицы с как можно большими энергиями, а затем исследуют продукты их взаимодействия и фрагменты, на которые распались образовавшиеся частицы. До 50-х гг. основным источником первичных частиц были космические лучи, а в наше время ускорители, создающие интенсивные пучки частиц с высокими энер­гиями.

Мир субатомных частиц поистине многообразен. Среди них и «кирпичики», из которых построено вещество: составляющие атомные ядра протоны и нейтроны, а также электроны, обращающиеся вокруг ядер. Но есть и такие частицы, которые в окружающем нас веществе практически не встречаются — резонансы. Время их жизни — мельчайшие доли секунды. По истечении этого чрезвычайно короткого вре­мени они распадаются на обычные частицы. Таких нестабильных короткоживущих частиц поразительно много: их известно уже свыше трех сотен.

В 50—70-е гг. физики были совершенно сбиты с толку многочисленностью, разно­образием и необычностью вновь открытых субатомных частиц. Если в конце 40-х гг. было известно 15 элементарных частиц, то в конце 70-х гг. уже около четырехсот. Совершенно непонятно, для чего столько частиц. Являются ли элементарные частицы хаотическими и случайными осколками материи или, возможно, за взаимодействиями этих частиц скрывается некоторый порядок, указывающий на существование фундаментальной структуры субъядерного мира? Развитие физики в последующие десятиле­тия показало, что в существовании такой структуры нет никаких сомнений. Миру субатомных частиц присущи объективные закономерности и глубокий структурный порядок. В основе этого порядка — фундаментальные физические взаимодействия.

10.1. Фундаментальные физические взаимодействия

10.1.1. Гравитация

В свой повседневной жизни человек сталкивается с множеством сил, действующих на тела: сила ветра или потока воды; давление воздуха; мощный выброс взрывающихся химических веществ; мускульная сила человека; вес предметов; давление квантов света; притяжение и отталкивание электрических зарядов; сейсмические волны, вызывающие подчас катастрофические разрушения; вулканические извержения, приводившие к гибели цивилизаций; и т.д. Одни силы дейст­вуют непосредственно при контакте с телом, другие, например гравитация, действуют на расстоянии, через пространство. Но, как вы­яснилось в результате развития естествознания, несмотря на столь большое разнообразие, все действующие в природе силы можно свести к четырем фундаментальным взаимодействиям. Именно эти взаимодейст­вия в конечном счете отвечают за все изменения в мире, именно они являются источником всех материальных преобразований тел, про­цессов. Каждое из четырех фундаментальных взаимодействий имеет сходство с тремя остальными и в то же время свои отличия. Изучение свойств фундаментальных взаимодействий составляет главную зада­чу современной физики.

Гравитация первым из четырех фундаментальных взаимодействий стала предметом научного исследования. Созданная в XVII в. ньютоновская теория гравитации (закон всемирного тяготения) позволила впервые осознать истинную роль гравитации как силы при­роды (см. 6.3.1).

Гравитация обладает рядом особенностей, отличающих ее от дру­гих фундаментальных взаимодействий. Наиболее удивительной осо­бенностью гравитации является ее малая интенсивность . Гравитаци­онное взаимодействие в 1039 раз меньше силы взаимодействия элект­рических зарядов *. Как может такое слабое взаимодействие оказать­ся господствующей силой во Вселенной?

* Если бы размеры атома водорода определялись гравитацией, а не взаимодей­ствием между электрическими зарядами, то радиус низшей (самой близкой к ядру) орбиты электрона превосходил бы радиус доступной наблюдению части Вселенной.

Все дело во второй удивительной черте гравитации — ее универ­сальности . Ничто во Вселенной не может избежать гравитации. Каж­дая частица испытывает на себе действие гравитации и сама является источником гравитации, вызывает гравитационное притяжение. Гравитация возрастает по мере образования все больших скоплений вещества. И хотя притяжение одного атома пренебрежимо мало, но результирующая сила притяжения со стороны всех атомов может быть значительной. Это проявляется и в повседневной жизни: мы ощущаем гравитацию потому, что все атомы Земли сообща притяги­вают нас. Зато в микромире роль гравитации ничтожна. Никакие квантовые эффекты в гравитации пока не доступны наблюдению.

Кроме того, гравитация — дальнодействующая сила природы. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодейст­вия убывает с расстоянием, оно распространяется в пространстве и может сказываться на весьма удаленных от источника телах. В астро­номическом масштабе гравитационное взаимодействие, как прави­ло, играет главную роль. Благодаря дальнодействию гравитация не позволяет Вселенной развалиться на части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике.

Сила гравитации, действующая между частицами, всегда пред­ставляет собой силу притяжения : она стремится сблизить частицы. Гравитационное отталкивание еще никогда не наблюдалось *.

* Хотя в традициях квазинаучной мифологии есть целая область, которая на­зывается левитация — поиск «фактов» антигравитации.

Пока еще нет однозначного ответа на вопрос, чем является грави­тация — неким полем, искривлением пространства-времени или тем и другим вместе. На этот счет существуют разные мнения и концеп­ции (см. 10.2.4). Поэтому нет и завершенной теории квантово-гравитационного взаимодействия (см. 10.3.5).

10.1.2. Электромагнетизм

По величине электрические силы намного превосходят гравитаци­онные, поэтому в отличие от слабого гравитационного взаимодейст­вия электрические силы, действующие между телами обычных разме­ров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известен людям с незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.).

В течение долгого времени электрические и магнитные процессы изучались независимо друг от друга. Как мы уже знаем, решающий шаг в познании электромагнетизма сделал в середине XIX в. Дж. К. Максвелл, объединивший электричество и магнетизм в единой теории электромагнетизма — первой единой теории поля.

Существование электрона (единицы электрического заряда) было твердо установлено в 90-е гг. XIX в. Но не все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Электричес­ки нейтральны, например, фотон и нейтрино. В этом электричество отличается от гравитации. Все материальные частицы создают гравита­ционное поле, тогда как с электромагнитным полем связаны только заря­женные частицы.

Долгое время загадкой была и природа магнетизма. Как и элект­рические заряды, одноименные магнитные полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются. В отличие от электрических заря­дов магнитные полюсы встречаются не по отдельности, а только парами — северный полюс и южный. Хорошо известно, что в обыч­ном магнитном стержне один конец действует как северный полюс, а другой — как южный. Еще с древнейших времен известны попытки получить посредством разделения магнита лишь один изолирован­ный магнитный полюс — монополь. Но все они заканчивались неуда­чей: на месте разреза возникали два новых магнита, каждый из кото­рых имел и северный, и южный полюсы. Может быть, существование изолированных магнитных полюсов в природе исключено? Опреде­ленного ответа на этот вопрос пока не существует. Некоторые современные теории допускают возможность существования монополя.

Электрическая и магнитная силы (как и гравитация) являются дальнодействующими, их действие ощутимо на больших расстояни­ях от источника. Электромагнитное взаимодействие проявляется на всех уровнях материи — в мегамире, макромире и микромире. Как и гравитация, оно подчиняется закону обратных квадратов.

Электромагнитное поле Земли простирается далеко в космичес­кое пространство, мощное поле Солнца заполняет всю Солнечную систему; существуют и галактические электромагнитные поля. Электромагнитное взаимодействие определяет также структуру ато­мов и отвечает за подавляющее большинство физических и химичес­ких явлений и процессов (за исключением ядерных). К нему сводятся все обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяже­ния, им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

10.1.3. Слабое взаимодействие

К выявлению существования слабого взаимодействия физика про­двигалась медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распа­ды частиц; и поэтому с его проявлением столкнулись с открытием радиоактивности и исследованием бета-распада (см. 8.1.5).

У бета-распада обнаружилась в высшей степени странная особен­ность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде как будто нарушается один из фундаментальных законов физики — закон сохранения энергии. Казалось, что часть энергии куда-то исчезала. Чтобы «спасти» закон сохранения энергии, В. Паули предположил, что при бета-распаде вместе с электроном вылетает, унося с собой недостающую энергию, еще одна частица. Она — нейтральная и обладает необычайно высокой проникающей способностью, вследствие чего ее не удавалось наблюдать. Э. Ферми назвал частицу-невидимку «нейтрино».

Но предсказание нейтрино — это только начало проблемы, ее постановка. Нужно было объяснить природу нейтрино, но здесь ос­тавалось много загадочного. Дело в том, что электроны и нейтрино испускались нестабильными ядрами. Но было неопровержимо дока­зано, что внутри ядер нет таких частиц. Как же они возникали? Было высказано предположение, что электроны и нейтрино не существу­ют в ядре в «готовом виде», а каким-то образом образуются из энергии радиоактивного ядра. Дальнейшие исследования показали, что вхо­дящие в состав ядра нейтроны, предоставленные самим себе, через несколько минут распадаются на протон, электрон и нейтрино, т.е. вместо одной частицы появляется три новые. Анализ приводил к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад. Он, види­мо, порождался какой-то иной, неизвестной силой. Исследования показали, что этой силе соответствует некоторое слабое взаимо­действие.

Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех взаимодействий, кроме гравитационного, и в системах, где оно при­сутствует, его эффекты оказываются в тени электромагнитного и сильного взаимодействий. Кроме того, слабое взаимодействие рас­пространяется на очень незначительных расстояниях. Радиус слабо­го взаимодействия очень мал. Слабое взаимодействие прекращается на расстоянии, большем 10-16 см от источника, и потому оно не может влиять на макроскопические объекты, а ограничивается микроми­ром, субатомными частицами. Когда началось лавинообразное от­крытие множества нестабильных субъядерных частиц, то обнаружи­лось, что большинство из них участвуют в слабом взаимодействии.

Теория слабого взаимодействия была создана в конце 60-х гг. С мо­мента построения Максвеллом теории электромагнитного поля со­здание этой теории явилось самым крупным шагом на пути к единству физики.

10.1.4. Сильное взаимодействие

Последнее в ряду фундаментальных взаимодействий — сильное взаи­модействие, которое является источником огромной энергии. Наи­более характерный пример энергии, высвобождаемой сильным взаимодействием, — Солнце. В недрах Солнца и звезд непрерывно про­текают термоядерные реакции, вызываемые сильным взаимодейст­вием. Но и человек научился высвобождать сильное взаимодействие: создана водородная бомба, сконструированы и совершенствуются технологии управляемой термоядерной реакции.

К представлению о существовании сильного взаимодействия фи­зика шла в ходе изучения структуры атомного ядра. Какая-то сила должна удерживать положительно заряженные протоны в ядре, не позволяя им разлетаться под действием электростатического оттал­кивания. Гравитация слишком слаба и не может это обеспечить; оче­видно, необходимо какое-то взаимодействие, причем, более сильное, чем электромагнитное. Впоследствии оно было обнаружено. Выясни­лось, что хотя по своей величине сильное взаимодействие существен­но превосходит все остальные фундаментальные взаимодействия, но за пределами ядра оно не ощущается. Как и в случае слабого взаимо­действия, радиус действия новой силы оказался очень малым: силь­ное взаимодействие проявляется на расстоянии, определяемом раз­мерами ядра, т.е. примерно 10-13 см. Кроме того, выяснилось, что сильное взаимодействие испытывают не все частицы. Так, его испы­тывают протоны и нейтроны, но электроны, нейтрино и фотоны не подвластны ему. В сильном взаимодействии участвуют обычно толь­ко тяжелые частицы. Оно ответственно за образование ядер и многие взаимодействия элементарных частиц.

Теоретическое объяснение природы сильного взаимодействия развивалось трудно. Прорыв наметился только в начале 60-х гг., когда была предложена кварковая модель. В этой теории нейтроны и про­тоны рассматриваются не как элементарные частицы, а как состав­ные системы, построенные из кварков (см. 10.3.2).

Таким образом, в фундаментальных физических взаимодействи­ях четко прослеживается различие сил дальнодействующих и близко­действующих. С одной стороны, взаимодействия неограниченного радиуса действия (гравитация, электромагнетизм), а с другой — мало­го радиуса (сильное и слабое). Мир физических процессов разверты­вается в границах этих двух полярностей и является воплощением единства предельно малого и предельно большого — близкодействия в микромире и дальнодействия во всей Вселенной.

10.1.5. Проблема единства физики

Познание есть обобщение действительности, и поэтому цель науки — поиск единства в природе, связывание разрозненных фрагментов знания в единую картину. Для того чтобы создать единую систему, нужно открыть глубинное связующее звено между различными отрас­лями знания, некоторое фундаментальное отношение. Поиск таких связей и отношений — одна из главных задач научного исследования. Всякий раз, когда удается установить такие новые связи, значительно углубляется понимание окружающего мира, формируются новые спо­собы познания, которые указывают путь к не известным ранее явле­ниям.

Установление глубинных связей между различными областями природы — это одновременно и синтез знания, и новый метод, на­правляющий научные исследования по непроторенным дорогам. Выявление Ньютоном связи между притяжением тел в земных условиях и движением планет ознаменовало собой рождение классической механики, на основе которой построена технологическая база совре­менной цивилизации. Установление связи термодинамических свойств газа с хаотическим движением молекул поставило на проч­ную основу атомно-молекулярную теорию вещества. В середине про­шлого столетия Максвелл создал единую электромагнитную теорию, охватившую как электрические, так и магнитные явления. Затем в 20-х гг. нашего века Эйнштейн предпринимал попытки объединить в единой теории электромагнетизм и гравитацию.

Но к середине XX в. положение в физике радикально изменилось: были открыты два новых фундаментальных взаимодействия — силь­ное и слабое. При создании единой физики приходится считаться уже не с двумя, а с четырьмя фундаментальными взаимодействиями. Это несколько охладило пыл тех, кто надеялся на быстрое решение данной проблемы. Однако сам замысел под сомнение всерьез не ста­вился, и увлеченность идеей единого описания не прошла.

Существует точка зрения, что все четыре (или хотя бы три) взаи­модействия представляют собой явления одной природы и может быть найдено их единое теоретическое описание. Перспектива создания единой теории мира физических элементов (на основе одного-единственного фундаментального взаимодействия) остается весь­ма привлекательной. Это главная мечта физиков. Но долгое время она оставалась лишь мечтой, и очень неопределенной.

Однако во второй половине XX в. появились предпосылки осу­ществления этой мечты.и уверенность, что это дело отнюдь не отда­ленного будущего. Похоже, что вскоре она вполне может стать ре­альностью. Решающий шаг на пути к единой теории был сделан в 60—70-х гг. с созданием сначала теории кварков, а затем и теории электрослабого взаимодействия. Есть основания для мнения, что мы стоим на пороге более могущественного и глубокого объедине­ния, чем когда-либо ранее. Среди физиков усиливается убеждение, что начинают вырисовываться контуры единой теории всех фунда­ментальных взаимодействий — Великого объединения.

10.2. Классификация элементарных частиц

10.2.1. Характеристики субатомных частиц

Исторически первыми экспериментально обнаруженными элемен­тарными частицами были электрон, протон, а затем нейтрон. Каза­лось, что этих частиц и фотона (кванта электромагнитного поля) достаточно для построения известных форм вещества — атомов и молекул. При таком подходе вещество строилось из протонов, нейтронов и электронов, а фотоны осуществляли взаимодействие между ними. Однако вскоре выяснилось, что мир устроен значительно сложнее. Было установлено, что каждой частице соответствует своя античастица, отличающаяся от нее лишь знаком заряда. Для частиц с нулевыми значениями всех зарядов античастица совпадает с части­цей (например, фотон). По мере развития экспериментальной ядер­ной физики к этим частицам добавились еще свыше 300 частиц.

Характеристиками субатомных частиц являются масса, электри­ческий заряд, спин, время жизни частицы, магнитный момент, про­странственная четность, лептонный заряд, барионный заряд и др.

Когда говорят о массе частицы, имеют в виду ее массу покоя, по­скольку она не зависит от состояния движения. Частица, имеющая нулевую массу покоя, движется со скоростью света (фотон). Нет двух частиц с одинаковыми массами. Электрон — самая легкая частица с не нулевой массой покоя. Протон и нейтрон тяжелее электрона почти в 2000 раз. А самая тяжелая из полученных в ускорителях элементарных частиц (Z-частица) обладает массой в 200 000 раз большей массы электрона.

Электрический заряд меняется в довольно узком диапазоне и всегда кратен фундаментальной единице заряда - заряду электрона (-1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда.

Важная характеристика частицы — спин — собственный момент импульса частицы. Так, протон, нейтрон и электрон имеют спин 1/2, a спин фотона равен 1. Известны частицы со спином 0,3/2,2. Частица со спином 0 при любом угле поворота выглядит одинаково. Частицы со спином 1 принимает тот же вид после полного оборота на 360°. Частица со спином 1 /2 приобретает прежний вид после оборота на 720° и т.д. Частица со спином 2 принимает прежнее положение через пол-оборота (180°). Частиц со спином более 2 возможно вообще не существует.

В зависимости от спина все частицы делятся на две группы: бозоны — частицы с целыми спинами 0, 1 и 2; фермионы — частицы с полуцелыми спинами (1 /2 , 3 /2 ).

Частицы характеризуются и временем жизни. По этому признаку частицы делятся на стабильные и нестабильные. Стабильные части­цы — это электрон, протон, фотон и нейтрино. Нейтрон стабилен, когда находится в ядре атома, но свободный нейтрон распадается примерно за 15 минут. Все остальные известные частицы нестабиль­ны; время их жизни колеблется от нескольких микросекунд до 10-24 с.

Большую роль в физике элементарных частиц играют законы сохранения, устанавливающие равенство между определенными комбина­циями величин, характеризующих начальное и конечное состояния систе­мы. Арсенал законов сохраняется в квантовой физике больше, чем в классической физике. Он пополнился законами сохранения раз­личных четностей (пространственной, зарядовой), зарядов (лептонного, барионного и др.), внутренних симметрии, свойственных тому или иному типу взаимодействий. При этом оказалось, чем ин­тенсивнее взаимодействие, тем больше ему отвечает законов сохра­нения, т.е. тем более оно симметрично. В квантовой физике законы сохранения всегда являются законами запрета. Но если какой-то процесс разрешен законами сохранения, то он обязательно проис­ходит реально.

Вершиной развития представлений о законах сохранения в кван­товой физике является концепция спонтанного нарушения симметрии , т.е. существования устойчивых асимметричных решений для некото­рых типов задач. В 60-х гг. экспериментально было подтверждено так называемое нарушение комбинированной четкости. Иначе говоря, обнаружилось, что в микромире имеются абсолютные различия между частицами и античастицами, между «правым» и «левым», между прошлым и будущим (стрела времени, или необратимость мик­ропроцессов, а не только макропроцессов).

Выделение и познание характеристик отдельных субатомных частиц — важный, но только начальный этап познания их мира. На сле­дующем этапе нужно еще понять, какова роль каждой отдельной частицы, каковы ее функции в структуре материи.

Физики выяснили, что прежде всего свойства частицы определя­ются ее способностью (или неспособностью) участвовать в сильном взаимодействии. Частицы, участвующие в сильном взаимодействии, образуют особый класс и называются адронами . Частицы, участвую­щие в слабом взаимодействии и не участвующие в сильном, называ­ются лептонами . Кроме того, существуют частицы - переносчики взаи­модействий .

Рассмотрим свойства этих основных типов частиц.

10.2.2. Лептоны

Хотя лептоны могут иметь электрический заряд, а могут и не иметь, спин у всех у них равен 1/2. Среди лептонов наиболее известен электрон. Электрон — это первая из открытых элементарных частиц. Как и все остальные лептоны, электрон, по-видимому, является элементарным (в собственном смысле этого слова) объектом, т.е. он не состоит из каких-то других частиц.

Другой хорошо известный лептон — нейтрино . Нейтрино являются наиболее распространенными частицами во Вселенной. Вселенную можно представить безбрежным нейтринным морем, в котором изредка встречаются острова в виде атомов. Но несмотря на такую распространенность нейтрино, изучать их очень сложно. Как мы уже отмечали, нейтрино почти неуловимы. Не участвуя ни в сильном, ни в электромагнитном взаимодействиях, они проникают через вещест­во, как будто его вообще нет. Нейтрино — это некие «призраки» физического мира.

Достаточно широко распространены в природе мюоны, на долю которых приходится значительная часть космического излучения. Мюон— одна из первых известных нестабильных субатомных частиц, Открытая в 1936 г. Во всех отношениях мюон напоминает электрон: имеет тот же заряд и спин, участвует в тех те взаимодействиях, но имеет большую массу и нестабилен. Примерно за две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. В конце 70-х гг. был обнаружен третий заряженный лептон, получивший название «тау-лептон» . Это очень тяжелая частица. Ее масса около 3500 масс электрона, но во всем остальном он ведет себя подобно мектрону и мюону.

Значительно расширился список лептонов в 60-х гг. Было установ­лено, что существует несколько, типов нейтрино: электронное нейтрино , мюонное нейтрино и тау-нейтрино . Таким образом, общее число разновидностей нейтрино равно трем, а общее число лептонов — шести. Разумеется, у каждого лептона есть своя античастица; таким образом, общее число различных лептонов равно двенадцати. Ней­тральные лептоны участвуют только в слабом взаимодействии; заря­женные — в слабом и электромагнитном (см. таблицу на с. 155).

l0.2.3. Адроны

Если лептонов двенадцать, то адронов сотни; и подавляющее боль­шинство из них резонансы, т.е. крайне нестабильные частицы. Тот факт, что адронов существует сотни, наводит на мысль, что адроны не элементарные частицы, а построены из более мелких частиц. Все адроны встречаются в двух разновидностях — электрически заряжен­ные и нейтральные. Наиболее известны и широко распространены такие адроны, как нейтрон и протон. Остальные адроны короткоживущие и быстро распадаются. Это класс барионов (тяжелые частицы гипероны и барионные резонансы) и большое семейство мезонов (мезонные резонансы). Адроны участвуют в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях.

Название

Масса

Заряд

Электрон

1

-1

Мюон

206,7

-1

Тау-лептон

3536,0

-1

Электронное нейтрино

0*

0

Мьюонное нейтрино

0

0

Тау-нейтрино

0

0

* Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что нейтрино все-таки обладают небольшой массой (одна десятимиллионная массы электрона), что имеет большое значение для космологии и теории элементарных частиц.

Существование и свойства большинства известных адронов были установлены в опытах на ускорителях. Открытие множества разно­образных адронов в 50—60-х гг. крайне озадачило физиков. Но со временем частицы удалось классифицировать по массе, заряду и спину. Постепенно стала выстраиваться более или менее четкая картина. Появились конкретные идеи о том, как систематизировать хаос эмпирических данных, раскрыть тайну адронов в целостной научной теории. Решающий шаг был сделан в 1963 г., когда была предложена кварковая модель адронов.

10.2.4. Частицы - переносчики взаимодействий

Перечень известных частиц не исчерпывается лептонами и адронами, образующими строительный материал вещества. В этот перечень не включен, например, фотон. Есть еще один тип частиц, которые не являются строительным материалом материи, а непосредственно обеспечивают четыре фундаментальных взаимодействия, т.е. образу­ют своего рода «клей», не позволяющий миру распадаться на части.

Переносчиком электромагнитного взаимодействия выступает фотон . Теория электромагнитного взаимодействия представлена квантовой электродинамикой.

Переносчики сильного взаимодействия — глюоны . Глюоны — пере­носчики взаимодействия между кварками, связывающие их попарно или тройками.

Переносчики слабого взаимодействия три частицы — W± и Z°- бозоны. Они были открыты лишь в 1983 г. Радиус слабого взаи­модействия чрезвычайно мал, поэтому его переносчиками должны быть частицы с большими массами покоя. В соответствии с прин­ципом неопределенности время жизни частиц с такой большой мас­сой покоя должно быть чрезвычайно коротким — всего лишь около 10-26 с.

Высказывается мнение, что возможно существование и перенос­чика гравитационного поля — гравитона. Подобно фотонам, гравитоны движутся со скоростью света; следовательно, это частицы с нуле­вой массой покоя. Но этим сходство между гравитонами и фотонами исчерпывается. В то время как фотон имеет спин 1, спин гравитона равен 2. Это важное различие определяет направление силы: при электромагнитном взаимодействии одноименно заряженные части­цы (электроны) отталкиваются, а при гравитационном — все частицы притягиваются друг к другу. В принципе гравитоны можно зафиксировать в эксперименте. Но поскольку гравитационное взаимодействие очень слабое и в квантовых процессах практически не проявляется, то непосредственно зафиксировать гравитоны очень сложно и пока не удалось.

Классификация частиц на лептоны, адроны и переносчики взаи­модействий исчерпывает мир известных нам субатомных частиц. Каждый вид частиц играет свою роль в формировании структуры материи, Вселенной.

10.3. Теории элементарных частиц

10.3.1. Квантовая электродинамика

Квантовая механика позволяет описывать движение элементарных частиц, но не их порождение или уничтожение, т.е. применяется лишь для описания систем с неизменным числом частиц. Обобщени­ем квантовой механики является квантовая теория поля — это кван­товая теория систем с бесконечным числом степеней свободы (физи­ческих полей), учитывающая требования и квантовой механики, и теории относительности. Потребность в такой теории порождается квантово-волновым дуализмом, существованием волновых свойств у всех частиц. В квантовой теории поля взаимодействие представляют как результат обмена квантами поля, а полевые величины объявляют­ся операторами, которые связывают с актами рождения и уничтоже­ния квантов поля, т.е. частиц.

В середине XX в. была создана теория электромагнитного взаимо­действия — квантовая электродинамика (КЭД). Это продуманная до мельчайших деталей и оснащенная совершенным математическим аппаратом теория взаимодействия между собой заряженных элемен­тарных частиц (прежде всего, электронов или позитронов) посред­ством обмена фотонами. В КЭД для описания электромагнитного взаимодействия использовано понятие виртуального фотона. Эта теория удовлетворяет основным принципам как квантовой теории, так и теории относительности.

В центре теории анализ актов испускания или поглощения одного фотона одной заряженной частицей, а также аннигиляции электрон-позитронной пары в фотон или порождение фотонами такой пары.

Если в классическом описании электроны представляются в виде твердого точечного шарика, то в КЭД окружающее электрона электромагнитное поле рассматривается как облако виртуальных фотонов, которое неотступно следует за электроном, окружая его кван­тами энергии. Фотоны возникают и исчезают очень быстро, а элек­троны движутся в пространстве не по вполне определенным траекто­риям. Еще можно тем или иным способом определить начальную и конечную точки пути — до и после рассеяния, но сам путь в проме­жутке между началом и концом движения остается неопределенным.

Рассмотрим, например, акт испускания (виртуального) фотона электроном. После того как электрон испускает фотон, тот порожда­ет (виртуальную) электрон-позитронную пару, которая может аннигилировать с образованием нового фотона. Последний может погло­титься исходным электроном, но может породить новую пару и т.д. Таким образом, электрон покрывается облаком виртуальных фото­нов, электронов и позитронов, находящихся в состоянии динамичес­кого равновесия. Все эти процессы допускают графическое представ­ление (диаграммы Р. Фейнмана, рис. 3). При этом известны только начальное и конечное положения электронов, а определить момент, когда происходит обмен фотоном и какая из частиц испускает фотон, а какая поглощает, невозможно. Эти характеристики скрыты пеле­ной квантовой неопределенности.

Описание взаимодействия с помощью частицы-переносчика в КЭД привело к расширению понятия фотона. Вводятся понятия ре­ального (кванта видимого нами света) и виртуального (скоротечного, призрачного) фотона, который «видят» только заряженные частицы, претерпевающие рассеяние.

Чтобы проверить, согласуется ли теория с реальностью, физики сосредоточили внимание на двух эффектах, представлявших особый интерес. Первый касался энергетических уровней атома водорода — простейшего атома. Согласно КЭД, уровни должны быть слегка сме­нены относительно положения, которое они занимали бы в отсутствие виртуальных фотонов. Вторая решающая проверка КЭД касалась чрезвычайно малой поправки к собственному магнитному моменту электрона. Теоретические и экспериментальные результаты провер­ки КЭД совпадают с высочайшей точностью — более девяти знаков после запятой. Столь поразительное соответствие дает право считать КЭД наиболее совершенной из существующих естественно-научных теорий. За создание КЭД С. Томанага, Р. Фейнман и Дж. Швингер были удостоены Нобелевской премии за 1965 г. Большой вклад в становление КЭД был внесен и нашим выдающимся физиком-теоретиком Л.Д. Ландау.

После подобного триумфа КЭД была принята как модель для кван­тового описания трех других фундаментальных взаимодействий. Разумеется, полям, связанным с другими взаимодействиями, должны соответствовать иные частицы-переносчики.

10.3.2. Теория кварков

Теория кварков — это теория строения адронов *. Основная идея этой теории очень проста: все адроны построены из более мелких час­тиц — кварков. Кварки несут дробный электрический заряд, который составляет либо -1/3, либо +2/3 заряда электрона. Комбинация из двух и трех кварков может иметь суммарный заряд, равный нулю или единице. Все кварки имеют спин 1/2, следовательно, относятся к фермионам. Основоположники теории кварков Гелл-Манн и Цвейг, чтобы учесть все известные в 60-е гг. адроны ввели три сорта (арома­та) кварков: u (отup - верхний),d (отdown - нижний) и s (от strange - странный).

* Термин «кварк» выбран совершенно произвольно. В романе Дж. Джойса «Поминки по Финнегану» герою снится сон, в котором мечущиеся над бурным морем чайки кричат резкими голосами: «Три кварка для мистера Марка!» Такая произвольность вполне созвучна абстрактно-ненаглядному характеру понятий со­временных физических теорий.

Кварки могут соединяться друг с другом одним из двух возмож­ных способов: либо тройками, либо парами кварк — антикварк. Из трех кварков состоят сравнительно тяжелые частицы — барионы; наиболее известные барионы — нейтрон и протон. Более легкие пары кварк — антикварк образуют частицы, получившие название мезоны. Например, протон состоит из двух u - и одного d -кварка (uud ), а нейтрон — из двух d -кварков и одного u -кварка (udd ). Чтобы это «трио» кварков не распадалось, необходима удерживающая их сила, некий «клей».

Оказалось, что результирующее взаимодействие между нейтрона­ми и протонами в ядре представляет собой просто остаточный эф­фект более мощного взаимодействия между самими кварками. Это объяснило, почему сильное взаимодействие кажется столь сложным. Когда протон «прилипает» к нейтрону или другому протону, во взаи­модействии участвуют шесть кварков, каждый из которых взаимодей­ствует со всеми остальными. Значительная часть энергии тратится на прочное «склеивание» трио кварков, а небольшая — на скрепление двух трио кварков друг с другом *.

* Но выяснилось, что кварки участвуют и в слабом взаимодействии, которое может изменять аромат кварка. Именно так происходит распад нейтрона. Один из d-кварков в нейтроне превращается в u -кварк, а избыток заряда уносит рождаю­щийся одновременно электрон. Аналогичным образом, изменяя аромат, слабое взаимодействие приводит к распаду и других адроиов.

То обстоятельство, что из различных комбинаций трех основных частиц можно получить все известные адроны, стало триумфом тео­рии кварков *. Но в 70-е гг. были открыты новые адроны (пси-частицы, ипсилон-мезон и др.). Этим был нанесен чувствительный удар первому варианту теории кварков, поскольку в том варианте теории уже не было места ни для одной новой частицы. Все возможные комбинации из кварков и их антикварков были уже исчерпаны. Про­блему удалось решить за счет введения трех новых ароматов. Они получил название —charm (очарование) или с; b-кварк (отbeauty — красота или прелесть); впоследствии был введен еще один аромат — t (отtop - верхний).

* В 1969 г., удалось получить прямые физические доказательства существова­ния кварков в серии экспериментов по рассеянию (разогнанных до высоких энер­гий) электронов на протонах. Эксперимент показал, что рассеяние электронов происходило так, как если бы электроны налетали на крохотные твердые вкрапле­ния и отскакивали от них под самыми невероятными углами. Такими твердыми вкраплениями внутри протонов являются кварки.

Кварки скрепляются между собой сильным взаимодействием. Переносчики сильного взаимодействия — глюоны (цветовые заря­ды). Область физики элементарных частиц, изучающая взаимодейст­вие кварков и глюонов, носит название квантовой хромодинамики. Как квантовая электродинамика — теория электромагнитного взаимодействия, так квантовая хромодинамика — теории сильного взаимодействия.

В настоящее время большинство физиков считает кварки подлинно элементарными частицами — точечными, неделимыми и не обла­гающими внутренней структурой *. В этом отношении они напоминают лептоны, и уже давно предполагается, что между этими двумя различными, но сходными по своей структуре семействами должна существовать глубокая взаимосвязь. Таким образом, наиболее вероятное число истинно элементарных частиц (не считая переносчиков (фундаментальных взаимодействий) на конец XX в. равно 48. Из них: лептонов (6 х 2)=12 плюс кварков (6 х 3) х 2 = 36.

* Правда, у некоторых физиков (коль скоро число кварков оказывается чрез­мерно большим), возникает искушение предположить, что и они состоят из более мелких частиц.

10.3.3. Теория электрослабого взаимодействия

В 70-е гг. XX в. в естествознании произошло выдающееся событие: два фундаментальных взаимодействия из четырех физики объедини­ли в одно. Картина фундаментальных взаимодействий несколько уп­ростилась. Электромагнитное и слабое взаимодействия, казалось бы, весьма разные по своей природе, предстали как разновидности еди­ного электрослабого взаимодействия. Теория электрослабого взаи­модействия в окончательнбй форме была создана двумя независимо работавшими физиками — С. Вайнбергом и А. Саламом. Теория электрослабого взаимодействия решающим образом повлияла на дальнейшее развитие физики элементарных частиц в конце XX в.

Главная идея в построении этой теории состояла в описании слабого взаимодействия на языке концепции калибровочного поля, в соответствии с которой ключом к пониманию природы взаимодействий служит симметрия. Одна из фундаментальных идей в физике второй половины XX в. — это убеждение, что все взаимодействия существуют лишь для того, чтобы поддерживать в природе некий набор абстрактных симметрий. Какое отношение имеет симметрия к фундаментальным взаимодействиям? Ведь, на первый взгляд, ут­верждение о существовании подобной взаимосвязи кажется весьма парадоксальным.

Прежде всего о том, что понимается под симметрией. Принято считать, что предмет симметричен, если он остается неизменным после той или иной операции по его преобразованию. Так, сфера симметрична, потому что выглядит одинаково при повороте на любой угол относительно ее центра. Законы электричества симмет­ричны относительно замены положительных зарядов отрицательны­ми и наоборот. Таким образом, под симметрией понимается инвари­антность системы относительно некой операции.

Существуют разные типы симметрии: геометрические, зеркаль­ные, негеометрические. Среди негеометрических есть так называе­мые калибровочные симметрии. Калибровочные симметрии носят абстрактный характер и органами чувств непосредственно не фикси­руются. Они связаны с изменением отсчета уровня, масштаба или зна­чения некоторой физической величины. Система обладает калибровоч­ной симметрией, если ее природа остается неизменной при такого рода преобразовании. Так, например, в физике работа зависит от разности высот, а не от абсолютной высоты; напряжение — от разности потен­циалов, а не от их абсолютных величин и др. Симметрии, на которых основан пересмотр понимания фундаментальных взаимодействий, именно такого рода.

Калибровочные преобразования симметрии могут быть глобаль­ными и локальными. Глобальные преобразования изменяют систему в целом, во всем ее пространственно-временном объеме; в физике это выражается в том, что во всех точках пространства-времени значе­ния волновой функции подвергаются одному и тому же изменению. Локальными калибровочными преобразованиями называются пре­образования, которые изменяются от точки к точке; иначе говоря, волновая функция в каждой точке характеризуется своей особой фазой, которой соответствует определенная частица.

Глобальное калибровочное преобразование теоретически можно превратить в локальное калибровочное преобразование. Для их связи и поддержания симметрии в каждой точке пространства необ­ходимы новые силовые поля — калибровочные. В природе существует ряд локальных калибровочных симметрий, и необходимо соответст­вующее число калибровочных полей для их компенсации. Так, сило­вые поля можно рассматривать как средство, с помощью которого в природе создаются присущие ей локальные калибровочные симметрии . Значение концепции калибровочной симметрии заключается в том, что благо­даря ей теоретически моделируются все четыре фундаментальных взаимодействия, встречающиеся в природе. Все их можно рассматри­вать как калибровочные поля.

Простейшей калибровочной симметрией обладает электромагне­тизм. Иначе говоря, электромагнитное поле не просто определен­ный тип силового поля, существующего в природе, а проявление простейшей (совместимой с принципами специальной теории отно­сительности) калибровочной симметрии, в которой калибровочные преобразования соответствуют изменениям потенциала от точки к точке. Учение об электромагнетизме складывалось столетия на осно­ве кропотливых эмпирических исследований, но оказывается, что результаты этих исследований можно вывести чисто теоретически, основываясь на знании лишь двух симметрий — простейшей локаль­ной калибровочной симметрии и так называемой симметрии Лорен­ца — Пуанкаре специальной теории относительности. Основываясь только на существовании этих двух симметрий, не проведя ни едино­го эксперимента по электричеству и магнетизму, можно построить уравнения Максвелла, вывести все законы электромагнетизма, дока­зать существование радиоволн, возможность создания динамо-маши­ны и т.д. А применение идей локальной калибровочной инвариант­ности к преобразованиям Лоренца автоматически приводит к построению теории гравитации, сходной с ОТО.

Для представления поля слабого взаимодействия как калибровочного прежде всего необходимо установить точную форму соответствующей калибровочной симметрии. Дело в том, что симметрия слабого взаимодействия гораздо сложнее, чем электромагнитного. Ведь и сам механизм слабого взаимодействия оказывается более сложным. Во-первых, при распаде нейтрона, например, в слабом взаимодействии участвуют частицы по крайней мере четырех различных типов (нейтрон, протон, электрон и нейтрино). Во-вторых, действие слабых сил приводит к изменению их природы (превращению одних частиц в другие за счет слабого взаимодействия). Напротив, электромагнитное взаимодействие не изменяет природы участвующих в нем частиц.

Выяснилось, что для поддержания симметрии в описании слабого взаимодействия необходимы три новых силовых поля, в отличие от единственного электромагнитного поля. Было получено и квантовое описание этих трех полей: должны существовать три новых типа частиц — переносчиков взаимодействия, по одному для каждого поля. Все вместе они называются тяжелыми векторными бозонами со спи­ном 1 и являются переносчиками слабого взаимодействия. Частицы W+ и W- являются переносчиками двух из трех связанных со слабым взаимодействием полей. Третье поле соответствует электрически нейтральной частице-переносчику, получившей название Zº-части­цы. Существование Zº-частицы означает, что слабое взаимодействие может не сопровождаться переносом электрического заряда.

В создании теории электрослабого взаимодействия ключевую роль сыграло понятие спонтанного нарушения симметрии: не всякое решение задачи обязано обладать всеми свойствами его исходного уровня. Так, частицы, совершенно разные при низких энергиях, при высоких энергиях могут оказаться на самом деле одной и той же частицей, но находящейся в разных состояниях. Таким образом, идеей спонтанного нарушения симметрии Вайнберг и Салам соеди­нили электромагнетизм и слабое взаимодействие в единой теории калибровочного поля.

В теории Вайнберга — Салама представлено всего четыре поля:электромагнитное и три поля, соответствующие слабым взаимодей­ствиям. Кроме того, было введено постоянное на всем пространстве скалярное поле (так называемое поле Хиггcа), с которым частицы взаимодействуют по-разному, что и определяет различие их масс *. Первоначально W- и Z-кванты не имеют массы, но из-за нарушения симметрии некоторые частицы Хиггеа сливаются cW-и Z-частицами, наделяя их массой. В этой теории фотоны и тяжелые векторныебозоны (W± и Z°) имеют общее происхождение и тесно связаны друг с другом.

* Кванты скалярного поля представляют собой новые массивные элементар­ные частицы с нулевым спином. Их называют хиггсовскими (по имени физика П. Хиггcа, предположившего их существование). Число таких хиггсовских бозонов может достигать нескольких десятков.

На опыте такие бозоны пока не обнаружены. Более того, ряд физиков счита­ют их существование необязательным, но совершенной теоретической модели без хиггсовских бозонов пока не найдено.

Почему же электромагнитное и слабое взаимодействия обладают столь непохожими свойствами? Теория Вайнберга — Салама объясня­ет эти различия нарушением симметрии. Если бы симметрия не нару­шалась, то оба взаимодействия были бы сравнимы по величине. На­рушение симметрии влечет за собой резкое уменьшение слабого взаимодействия, поскольку оно непосредственно связано с массами W и Z-частиц. Можно сказать, что слабое взаимодействие столь мало потому, что W- и Z-частицы очень массивны. Лептоны редко сближа­ются на столь малые расстояния (r ~ 10- 18 м), на которых становится возможным обмен тяжелыми векторными бозонами.

Но при больших энергиях (более 100 ГэВ), когда частицы W и Z могут свободно рождаться, обмен W- и Z-бозонами осуществляется столь же легко, как и обмен фотонами (безмассовыми частицами), разница между фонтанами и бозонами стирается. В этих условиях должна существовать полная симметрия между электромагнитным и слабым взаимодействием — электрослабое взаимодействие.

Наиболее убедительная экспериментальная проверка новой тео­рии заключалась в подтверждении существования гипотетических W и Z-частиц. Их открытие в 1983 г. стало возможным только с создани­ем очень мощных ускорителей новейшего типа и означало торжество теории Вайнберга — Салама. Было окончательно доказано, что электромагнитное и слабое взаимодействия в действительности были просто двумя компонентами единого электрослабого взаимо­действия. В 1979 г. Вайнбергу С., Саламу А., Глэшоу С. была присуж­дена Нобелевская премия за создание теории электрослабого взаимо­действия.

10.3.4. Квантовая хромодинамика

Следующий шаг на пути познания фундаментальных взаимодейст­вий — создание теории сильного взаимодействия. Для этого необхо­димо придать черты калибровочного поля сильному взаимодействию. Сильное взаимодействие можно представлять как результат об­мена глюонами, который обеспечивает связь кварков (попарно или тройками) в адроны (см. 10.3.2).

Замысел здесь состоит в следующем. Каждый кварк обладает ана­логом электрического заряда, служащим источником глюонного поля. Его назвали цветом *.

* Как и в случае с термином«кварк», термин «цвет» здесь выбран произвольно и никакого отношения к обычному цвету не имеет.

Если электромагнитное поле порождается зарядом только одного сорта, то более сложное глюонное поле создается тремя различными цветовыми зарядами. Каждый кварк «окрашен» в один из трех возможных цветов, которые (совершенно произвольно) назвали крас­ным, зеленым и синим. И соответственно, антикварки бывают анти­красные, антизеленые и антисиние.

На следующем этапе теория сильного взаимодействия развива­лась по той же схеме, что и теория слабого взаимодействия. Требова­ние локальной калибровочной симметрии (т.е. инвариантности относительно изменений цвета в каждой точке пространства) приво­дит к необходимости введения компенсирующих силовых полей. Всего требуется восемь новых компенсирующих силовых полей. Час­тицами — переносчиками этих полей являются глюоны, и, таким образом, из теории следует, что должно быть целых восемь различ­ных типов глюонов. Как и фотон, глюоны имеют нулевую массу покоя и спин 1. Глюоны также имеют различные цвета, но не чистые, а смешанные (например, сине-антизеленый), т.е. глюоны состоят из «цвета» и «антицвета». Поэтому испускание или поглощение глюона сопровождается изменением цвета кварка, («игра цветов»). Так, на­пример, красный кварк, теряя красно-антисиний глюон, превращает­ся в синий кварк, а зеленый кварк, поглощая сине-антизеленый глюон, превращается в синий кварк. В протоне, например, три квар­ка постоянно обмениваются глюонами, изменяя свой цвет. Однако такие изменения носят не произвольный характер, а подчиняются жесткому правилу: в любой момент времени «суммарный» цвет трех кварков должен представлять собой белый свет, т.е. сумму «крас­ный + зеленый + синий». Это распространяется и на мезоны, состоящие из пары кварк — антикварк. Поскольку антикварк характеризует­ся антицветом, такая комбинация заведомо бесцветна («белая»), на­пример красный кварк в комбинации с антикрасным кварком образу­ет бесцветный мезон.

С точки зрения квантовой хромодинамики (квантовой теории цвета) сильное взаимодействие есть не что иное, как стремление поддерживать определенную абстрактную симметрию природы: со­хранение белого цвета всех адронов при изменении цвета их состав­ных частей *. Квантовая хромодинамика великолепно объясняет пра­вила, которым подчиняются все комбинации кварков, взаимодейст­вие глюонов между собой (глюон может распадаться на два глюона или два глюона слиться в один — поэтому и появляются нелинейные члены в уравнении глюонного поля), взаимодействие кварков и глюонов (кварки покрыты облаками глюонов и кварк-антикварковых пар), сложную структуру адрона, состоящего из «одетых» в облака кварков, и др.

* Лептоны, фотоны и промежуточные бозоны (W- и Z-частицы) не несут света, а поэтому не участвуют в сильном взаимодействии.

Возможно, пока преждевременно оценивать квантовую хромодинамику как окончательную и завершенную теорию сильного взаимо­действия, но экспериментальный статус ее достаточно прочен и до­стижения многообещающи.

10.3.5. На пути к Великому объединению

С созданием квантовой хромодинамики появилась надежда на по­строение единой теории всех (или хотя бы трех из четырех) фунда­ментальных взаимодействий. Модели, единым образом описывающие хотя бы, три из четырех фундаментальных взаимодействий, называются моделями Великого объединения. Теоретические схемы, в рамках которых объединяются все известные типы взаимодействий (сильное, слабое, электро­магнитное и гравитационное) называются моделями супергравитации.

Опыт успешного объединения слабого и электромагнитного вза­имодействий на основе идеи калибровочных полей подсказал воз­можные пути дальнейшего развития принципа единства физики, объ­единения фундаментальных физических взаимодействий. Один из них основан на том удивительном факте, что константы взаимодей­ствия электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий стано­вятся равными друг другу при одной и той же энергии. Эту энергию называли энергией объединения . При энергии более 1014 ГэВ, или на расстояниях 10- 29 см, сильные и слабые взаимодействия описывают­ся единой константой, т. е. имеют общую природу. Кварки и лептоны здесь практически не различимы.

В 70—90-е гг. было разработано несколько конкурирующих между собой теорий Великого объединения. Все они основаны на одной и той же идее. Если электрослабое и сильное взаимодействия в дейст­вительности представляют собой лишь две стороны Великого едино­го взаимодействия, то последнему также должно соответствовать калибровочное поле с некоторой сложной симметрией. Она должна быть достаточно общей, способной охватить все калибровочные сим­метрии, содержащиеся и в квантовой хромодинамике, и в теории электрослабого взаимодействия. Отыскание такой симметрии — главная задача на пути создания единой теории сильного и электрослабого взаимодействия. Существуют разные подходы, порождаю­щие конкурирующие варианты теорий Великого объединения.

Тем не менее все эти гипотетические варианты Великого объеди­нения имеют ряд общих особенностей. Во-первых , во всех гипотезах кварки и лептоны — носители сильного и электрослабого взаимодей­ствий — включаются в единую теоретическую схему. До сих пор они рассматривались как совершенно различные объекты. Во-вторых , привлечение абстрактных калибровочных симметрий приводит к открытию новых типов полей, обладающих новыми свойствами, например способностью превращать кварки в лептоны.

В простейшем варианте теории Великого объединения для пре­вращения кварков в лептоны требуется двадцать четыре поля. Две­надцать из квантов этих полей уже известны: фотон, две W-частицы,Z-частица и восемь глюонов. Остальные двенадцать квантов — новые сверхтяжелые промежуточные бозоны, объединенные общим назва­нием Х-и У-частицы (обладающие цветом и электрическим зарядом). Эти кванты соответствуют полям, поддерживающим более широкую калибровочную симметрию и перемешивающим кварки с лептонами. Следовательно, Х- и У-частицы могут превращать кварки в лептоны (и наоборот).

На основе теорий Великого объединения предсказаны по край­ней мере две важные закономерности, которые могут быть провере­ны экспериментально: нестабильность протона и существование магнитных монополей. Экспериментальное обнаружение распада про­тона и магнитных монополей могло бы стать веским доводом в пользу теорий Великого объединения. На проверку этих предсказаний на­правлены усилия экспериментаторов. Обнаружение распада прото­на было бы самым великим экспериментом XX в.! Но пока еще твердо установленных экспериментальных данных на этот счет нет.

А о прямом экспериментальном обнаружении Х- и У-бозонов речь пока и вовсе не идет. Дело в том, что теории Великого объединения имеют дело с энергией частиц выше 10-14 ГэВ. Это очень высокая энергия. Трудно сказать, когда удастся получить частицы столь высо­ких энергий в ускорителях. Современные ускорители с трудом дости­гают энергии 100 ГэВ. И потому основной областью применения и проверки теорий Великого объединения является космология. Без этих теорий невозможно описать раннюю стадию эволюции Вселен­ной, когда температура первичной плазмы достигала 1027 K. Именно в таких условиях могли рождаться и аннигилировать сверхтяжелые бозоны Х и У.

Но объединение трех из четырех фундаментальных взаимодейст­вий — это еще не единая теория в подлинном смысле слова. Ведь остается еще гравитация. Теоретические модели, в которых объеди­няются все четыре взаимодействия, называются супергравитацией.

Супергравитация базируется на идее суперсимметрии, т.е. такого перехода от глобальной калибровочной симметрии к локальной, ко­торый бы позволил переходить от фермионов (носителей субстрата материи) к бозонам (носителям структуры материи, переносчикам взаимодействий) и наоборот. Одна из теоретических моделей сводит воедино 70 частиц со спином 0; 56 частиц со спином 1/2; 28 частиц со спином 1; 8 частиц по спином 3/2 (их назвали гравитино) и 1 частица со спином 2 (гравитон). Все эти частицы были объединены единой суперсилой при колоссальной энергии 1019 ГэВ (Т = 1032 К, r ≈ 10-33 см, ρ ≈ 1094 г/см3 ). В теориях суперсимметрии возникла также идея о введении новых дополнительных измерений (10, 11 или даже 26) пространства, которые позволят описать все проявления свойстввещества и переносчиков взаимодействий. Только три из них прояв­ляются в нашем мире, а остальные остались скрученными, замкнуты­ми в масштабе r ≈ 10-33 см. Вместе с тем на пути объединения гравита­ции с остальными фундаментальными взаимодействиями пока еще остается много проблем.

Таким образом, последовательное объединение фундаменталь­ных взаимодействий началось с синтеза электричества и магнетизма в рамках теории Максвелла в XIX в. Объединение слабого и электро­магнитного взаимодействий получило надежное подтверждение в 1983 г. благодаря открытию W- и Z-частиц. Данных, подтверждающих Великое объединение, пока нет, но их ожидают. Число теоретичес­ких предпосылок для создания единой теории всех фундаментальных взаимодействий быстро растет. Возможно, что уже в начале XXI в. эта величайшая задача всей истории познания материи будет решена (рис. 4). В определенном смысле это означает конец физической науки как науки о фундаментальных основаниях материи.

Но не исключены и другие варианты развития физики XXI в — открытие новых фундаментальных взаимодействий, новых субкварковых частиц, появление иных трактовок единства материи и др. Особенно значимы на этом пути те необычные представления, кото­рые сейчас складываются там, где микромир оказывается связанным с мегамиром, ультрамалое с ультрабольшим, физика с астрономией и космологией.

Современная астрономическая картина мира

11. ОСОБЕННОСТИ АСТРОНОМИИ XX в.

В XX в. в астрономии произошли поистине радикальные изменения. Прежде всего значительно расширился и обогатился теоретический фундамент астрономических наук. Начиная с 20-30-х гг. в качестве теоретической основы астрономического позна­ния стали выступать (наряду с классической механикой) релятивистская и квантовая механика, что существенно раздвинуло «теоретический горизонт» астрономических исследований. Кроме того, радикально изменился эмпирический базис астрономии -она стала всеволновой.

11.1. Изменения способа познания в астрономии ХХ в.

Общая теория относительности дала возможность модельного теоре­тического описания явлений космологического масштаба и по сути впервые поставила космологию — эту важную отрасль астрономии — на твердую теоретическую почву. Создание квантовой механики по­служило чрезвычайно мощным импульсом развития как астрофизи­ки, так и космогонического аспекта астрономии (в частности, выяс­нения источников энергии и механизмов эволюции звезд, звездных систем и др.); обеспечило переориентацию задач астрономии с изу­чения в основном механических движений космических тел (под влиянием гравитационного поля) на изучение их физических и химических характеристик. Выдвижение астрофизических про­блем на первый план сопровождалось также интенсивным развити­ем таких отраслей астрономической науки, как звездная и внегалактическая астрономия.

Наряду с этим существенно совершенствовались и эмпирические методы астрономического познания. Астрономия стала всеволновой, т.е. астрономические наблюдения проводятся на всех диапазонах длин волн излучений (радио, инфракрасный, оптический, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма- диапазоны ). Появилась возможность непосредствен­ного исследования с помощью космических аппаратов и наблюденийкосмонавтов околоземного космического пространства. Луны и пла­нет Солнечной системы. Все это привело к значительному расширению наблюдаемой области Вселенной и открытию целого ряда не­обычных (как правило, неожиданных и во многом необъяснимых) давлений.

Среди этих открытий особенное значение имеют нестационар­ные процессы во Вселенной:

обнаружение в конце 40-х гг. существования «звездных ассоциа­ций», представляющих собой группы распадающихся после своего рождения звезд;

обнаружение в 50-х гг. явлений распада скоплений и групп галактик;

открытие в 60-е гг. квазаров*, радиогалактик, взрывной активнос­ти ядер галактик с колоссальным энерговыделением (около 1060 эрг);

обнаружение нестационарных явлений в недрах звезд и нестаци­онарных явлений в Солнечной системе (быстрый распад короткопериодических комет, планетарная эруптивная деятельность (взрывы, выбросы материи в космос) и др.).

* Квазары — самые мощные из известных сейчас источников энергии. При сравнительно небольших размерах (не более 1 светового месяца) средний квазар излучает вдвое больше энергии, чем вся наша Галактика, имеющая в поперечнике размер в 100 тысяч световых лет и состоящая из 200 млрд звезд. Для квазаров характерны и признаки явной нестабильности: переменность блеска и выбросы (вещества с огромными скоростями.

Кроме того, к выдающимся астрономическим открытиям следует отнести обнаружение: «реликтового» излучения, которое является важнейшим аргументом в пользу теории «горячей» Вселенной; «рентгеновских звезд»; пульсаров; космических мазеров на спектральных линиях некоторых молекул (воды, ОН и др.); вероятное открытие «черных дыр» и др.

11.2. Новая астрономическая революция

Попытки объяснить эти и другие новейшие открытия столкнулись с рядом принципиальных трудностей, преодоление которых связано с необходимостью совершенствования теоретико-методологического инструментария современной астрономии. Все это привело к значи­тельному возрастанию количества разрабатываемых астрофизических и космологических моделей, концепций, опирающихся на раз­ные принципы и не связанных пока единой фундаментальной теорией.

На этом фоне интенсивно происходят дифференциация и интег­рация знаний о Вселенной. Не только выделяются новые отрасли теоретической и наблюдательной астрономии, но и возникают прикладные отрасли астрономии в связи с успехами космической техни­ки. В то же время возрастает роль общетеоретических интегративных принципов, понятий, установок, которые формируются под вли­янием математики, физики, других естественных и даже гуманитар­ных наук. Изменяется место астрономии в системе научного знания: она сближается не только с естественными и математическими, но и с гуманитарными науками, философией.

По сути, во второй половине XX в. астрономия вступила в период научной революции, которая изменила способ астрономического по­знания — на смену классическому пришёл «неклассический» способ астрономического познания. Свидетельством этого является ради­кальная смена методологических установок астрономического по­знания и астрономической картины мира.

Рассмотрим сначала основные элементы современной астроно­мической картины мира, а затем методологические установки не­классической астрономии.

11.3. Солнечная система

11.3.1. Планеты и их спутники

Земля — спутник Солнца в мировом пространстве, вечно кружащийся вокруг этого источника тепла и света, делающего возможной жизнь на Земле. Самыми яркими из постоянно наблюдаемых нами небес­ных объектов кроме Солнца и Луны являются соседние с нами плане­ты. Они принадлежат к числу тех девяти миров (включая Землю), которые обращаются вокруг Солнца (а его радиус 700 тыс. км, т.е. в 100 раз больше радиуса Земли) на расстояниях, достигающих не­скольких миллиардов километров. Группа планет вместе с Солнцем составляет Солнечную систему. Планеты хотя и кажутся похожими на звезды, в действительности гораздо меньше последних и темнее. Они видны только потому, что отражают солнечный свет, который кажется очень яркими, поскольку планеты гораздо ближе к Земле, чем звезды. Но если бы мы перенесли на ближайшую звезду наши самые мощные телескопы, то и с их помощью не смогли бы увидеть эти спутники Солнца.

Кроме планет, в солнечную «семью» входят спутники планет (в том числе и наш спутник — Луна), астероиды, кометы, метеорные тела, солнечный ветер. Планеты расположены в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля (один спутник — Луна), Марс (два спутни­ка — Фобос и Деймос), Юпитер (15 спутников), Сатурн (16 спутни­ков), Уран (5 спутников), Нептун (2 спутника) и Плутон (один спутник). Земля к Солнцу в сорок раз ближе, чем Плутон, и в два с поло­виной раза дальше, чем Меркурий. Возможно, что за Плутоном есть еще одна или несколько планет, но поиски их среди множества звезд слабее 15-й величины слишком кропотливы и не оправдывают затра­ченного на них времени. Возможно, они будут открыты «на кончике пера», как это уже было с Ураном, Нептуном и Плутоном. Планеты должны быть и около многих других звезд, однако прямые наблюда­тельные данные о них отсутствуют, а есть только некоторые косвен­ные указания.

С 1962 г. планеты и их спутники успешно исследуются космичес­кими аппаратами. Изучены атмосферы и поверхность Венеры и Марса, сфотографированы поверхность Меркурия, облачный покров Венеры, Юпитера, Сатурна, вся поверхность Луны, получены изображения спутников Марса, Юпитера, Сатурна, колец Сатурна и Юпитера. Спускаемые космические аппараты, исследовали физичес­кие и химические свойства пород, слагающих поверхность Марса, Венеры, Луны (образцы лунных пород были доставлены на Землю и тщательно изучены).

По физическим характеристикам планеты делятся на две группы: планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс); планеты-ги­ганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). О Плутоне известно мало, но, по-видимому, он ближе по своему строению к планетам земной группы.

11.3.2. Строение планет

Строение планет слоистое. Выделяют несколько сферических оболо­чек, различающихся по химическому составу, фазовому состоянию, плотности и другим характеристикам.

Все планеты земной группы имеют твердые оболочки, в которых (сосредоточена почти вся их масса. Венера, Земля и Марс обладают газовыми атмосферами. Меркурий практически лишен атмосферы. Земля имеет жидкую оболочку из воды — гидросферу, а также биосферу (результат прошлой и современной деятельности живых организмов). Аналогом земной гидросферы на Марсе является криосфера — лед в полярных шапках и в грунте (вечная мерзлота). Одна из загадок Солнечной системы — дефицит воды на Венере.

Характеристики твердых оболочек планет относительно хорошо известны лишь для Земли. Модели внутреннего строения других планет земной группы строятся главным образом на основании данных о свойствах вещества земных недр. Как и у Земли, в твердых оболоч­ках планет выделяют: кору - самую внешнюю тонкую (10—100 км) твердую оболочку; мантию — твердую и толстую (1000—3000 км) обо­лочку; ядро — наиболее плотная часть планетных недр.

Ядро Земли, состоящее, скорее всего, из железа, подразделяется на внешнее (жидкое) и внутреннее (твердое); температура в центре Земли оценивается в 4000—5000 К. Жидкое ядро, вероятно, есть также у Меркурия и Венеры; у Марса его, по-видимому, нет.

Наиболее распространены в твердом «теле» Земли железо (34,6%), кислород (29,5%), кремний (15,2%) и магний (12,7%).

Таким образом, планеты земной группы резко отличаются по элементному составу от Солнца и совершенно не соответствуют сред­ней космической распространенности элементов — очень мало водо­рода, инертных газов, включая гелий.

Планеты-гиганты обладают иным химическим составом. Юпитер и Сатурн содержат водород и гелий в той же пропорции, что и Со­лнце. Вероятно, другие элементы также содержатся в пропорциях, соответствующих солнечному составу. В недрах Урана и Нептуна, по-видимому, больше тяжелых элементов.

Недра Юпитера находятся в жидком состоянии, за исключением небольшого ядра, которое представляет собой результат металлиза­ции жидкого водорода. Температура в центре Юпитера около 30 000 К. Химический и изотопный состав Юпитера отражает, по-ви­димому, состав межзвездной среды, какой она была 5 млрд лет назад. Вместе с тем Юпитер никогда не был настолько горяч, чтобы в нем могли протекать термоядерные реакции. Сатурн по внутреннему строению похож на Юпитер. Строение недр Урана и Нептуна иное: доля каменистых материалов в них существенно больше.

Основными источниками энергии в недрах планет являются ра­диоактивный распад элементов и выделение гравитационной потен­циальной энергии при аккреции и дифференциации вещества, его постепенном перераспределении по глубине в соответствии с плот­ностью — тяжелые фрагменты тонут, легкие всплывают. На Земле подобное перераспределение еще далеко не завершилось. Такие про­цессы вызывают перемещения отдельных участков земной коры, де­формацию, горообразование, тектонические и вулканические про­цессы. Причина вулканических процессов в следующем. В верхней мантии существуют небольшие области, где температура достаточна для плавления ее вещества. Расплавленное вещество (магма), выдав­ливающееся вверх, прорывается через кору, и происходит вулкани­ческое извержение. Судя по характеру поверхности, среди планет земной группы тектонически наиболее активна Земля, за ней следуют Венера и Марс. При этом важно, что выделяемая Землей тепловая энергия никогда не приводила ее в полностью расплавленное состо­яние.

Поверхность планет и их спутников формируют кроме эндоген­ных (тектонических, вулканических) процессов и экзогенные—паде­ние метеорных тел (кратеры), эрозия под действием ветра, осадков, воды, ледников, химическое взаимодействие поверхности с атмосфе­рой и гидросферой и др. Эндогенные и экзогенные процессы опре­деляют рельеф поверхности планет.

11.3.3. Происхождение планет

Предполагается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого располагалось молодое Солнце. Образование звезд и планетных систем — это, по-видимому, все-таки единый процесс, происходящий в результате конденсации облака межзвездного газа в силу его гравитационной неустойчивос­ти. Таким образом, протопланетная туманность образовалась вместе с Солнцем из межзвездного вещества, плотность которого превысила критические пределы. По некоторым данным (присутствие специфи­ческих изотопов в метеоритах), такое уплотнение произошло в ре­зультате относительно близкого взрыва сверхновой звезды. Взрыв сверхновой мог ускорить и стимулировать процесс конденсации, а также обеспечить содержание в составе газовой туманности тяжелых элементов. Допланетное облако было мало массивным. Если бы его масса превышала 0,15 массы Солнца, оно аккумулировалось бы не в систему планет, а в звездообразный спутник Солнца.

Протопланетное облако было неустойчивым, оно становилось все более плоским, конденсировалось в уплотненный диск, в нем возникали неустойчивости, которые приводили к образованию ряда колец, а газовые кольца превращались в газовые сгустки — протопла­неты. Протопланеты сжимались, твердые пылинки сближались, сталкивались, образовывали тела все больших и больших разме­ров, и в относительно короткий срок (10n лет, где, по разным оценкам, n = 5—8) сформировались девять больших планет.

В настоящее время господствует идея холодного, а не горячего, начального состояния Земли и других планет Солнечной системы, которые возникли в результате аккреции (объединения) частиц и твердых тел газово-пылевого протопланетного облака, окружавшего Солнце. Однако пока не решен вопрос, была ли Земля гомогенна или гетерогенна к концу своего формирования, образовались ли ядро, мантия и кора в результате гетерогенной аккреции или же наша планета создавалась из гомогенного материала, который затем под­вергался дифференциации в процессе последующей геологической истории. Большинство исследователей придерживаются модели ге­терогенной аккреции, хотя вопрос о разделе вещества допланетного облака на железные и силикатные частицы пока окончательно не решен.

Астероиды, кометы, метеориты являются, вероятно, остатками материала, из которого сформировались планеты. Астероиды сохра­нились до нашего времени благодаря тому, что подавляющее боль­шинство их движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Аналогичные каменистые тела, некогда существовавшие во всей зоне планет земной группы, давно либо присоединились к этим планетам, либо разрушились при взаимных столкновениях, либо были выброшены на пределы этой зоны вследствие гравитаци­онного воздействия планет.

Происхождение систем регулярных спутников (т.е. движущихся в направлении вращения планеты по почти круговым орбитам, лежа­щим в плоскости ее экватора) авторы космогонических гипотез обычно объясняют повторением в малом масштабе того же процесса, который они предлагают для объяснения образования планет Со­лнечной системы. Такие спутники есть у Юпитера, Сатурна, Урана. Происхождение иррегулярных спутников (т.е. таких, которые обла­дают обратным движением) эти теории объясняют захватом.

Что касается Луны, то наиболее вероятным является ее образова­ние на околоземной орбите (возможно, из нескольких крупных спут­ников, которые в конечном счете объединились в одно тело — Луну, что обеспечило ее быстрое нагревание), хотя продолжают обсуж­даться и маловероятные гипотезы захвата Землей готовой Луны и отделения Луны от Земли.

11.3.4. Химический состав вещества во Вселенной

Для понимания структуры и эволюции Вселенной очень важен во­прос о химическом составе вещества во Вселенной.

Как известно, всякое вещество состоит из атомов. В естественном виде на Земле встречается около 90 разных видов атомов; кроме того, несколько новых видов атомов получено искусственно. Вещество, образованное атомами только одного какого-нибудь вида, называется элементом. Атомы большинства элементов способны объединяться друг с другом или с атомами других элементов, образуя молекулы; конкретные законы такого объединения являются предметом изучения химии. Любое вещественное образование — от самого твердого ( алмаза) до газообразного, от органических соединений тела человека до отдаленнейших галактик — представляет собой различные ком­бинации тех же основных элементов.

Простейший элемент — водород. Его атом состоит всего из двух частиц — электрона и протона. Следующий простейший элемент — гелий, каждый атом которого содержит шесть частиц: два протона и два нейтрона, расположенные в центре, образуют ядро, а два электро­на, связанные с ядром электрическим притяжением, вращаются вокруг него по орбитам. Основные различия между атомами обусловле­ны разным количеством протонов в их ядрах. Сейчас известны все атомы, ядра которых содержат от 1 до 92 протонов. Самым сложным из существующих в природе элементов является уран; ядро его атома включает 92 протона и около 140 нейтронов, а вокруг него обраща­ются 92 электрона. Элементы, имеющие в ядре более 92 протонов и полученные искусственным путем (например, нептуний и плутоний), неустойчивы (радиоактивны) и довольно быстро распадаются. Поэ­тому они не были найдены на Земле в естественном виде.

При спектроскопическом исследовании астрономических объек­тов во всей доступной нам Вселенной обнаруживаются одни и те же элементы *. Однако относительная распространенность элементов, присущих Земле, не характерна для других частей Вселенной. Так, около 90% всех атомов во Вселенной — атомы водорода; остальные — главным образом атомы гелия. Более тяжелые атомы, которые обычны для нашей планеты Земля, составляют во Вселенной лишь ни­чтожно малую часть. Ясно, что Земля сформировалась в особенных условиях, не характерных для среднестатистического распростране­ния элементов во Вселенной, что вначале во Вселенной не было сложных атомов, но впоследствии образовался какой-то способ синтеза сложных элементов из более легких и простых. Когда и как образовалась такая «фабрика» химических элементов — одна из цент­ральных проблем современного естествознания, лежащая на «стыке» астрономии, химии и физики.

* Гелий был открыт на Солнце (об этом говорит его название), причем ранее, чем на Земле.

11.4. Звезды

11.4.1. Звезда - газовый шар

Звезды — далекие солнца. Звезды — это огромные раскаленные со­лнца, но столь удаленные от нас по сравнению с планетами Солнечной системы, что, хотя они сияют в миллионы раз ярче, их cвет кажется нам относительно тусклым.

При взгляде на ясное ночное небо вспоминаются строки М.В. Ломоносова:

Открылась бездна, звезд полна,

Звездам числа нет, бездне — дна.

В ночном небе невооруженным газом можно видеть около 6000 звезд. С уменьшением блеска звезд число их растет, и даже простой их счет становится затруднительным. «Поштучно» сосчитаны и занесены в астрономические каталоги все звезды ярче 11-й звездной величины. Их около миллиона. А всего нашему наблюдению доступно около двух миллиардов звезд. Общее количество звезд во Вселенной оценивается в 1022 .

Различны размеры звезд, их строение, химический состав, масса, температура, светимость и др. Самые большие звезды (сверхгиганты) превосходят размер Солнца в десятки и сотни раз. Звезды-карлики имеют размеры Земли и меньше. Предельная масса звезд равна примерно 60 солнечным массам.

Весьма различны и расстояния до звезд. Свет звезд некоторых далеких звездных систем идет до нас сотни миллионов световых лет. Самой близкой к нам звездой можно считать звезду первой величины α- Центавра, не видимую с территории России. Она отстоит от Земли на расстоянии 4 световых лет. Курьерский поезд, идя без остановок со скоростью 100 км/ч, добрался бы до нее через 40 миллионов лет!

В звездах сосредоточена основная масса (98—99%) видимого ве­щества в известной нам части Вселенной. Звезды — мощные источни­ки энергии. В частности, жизнь на Земле обязана своим существова­нием энергии излучения Солнца. Вещество звезд представляет собой плазму, т.е. находится в ином состоянии, чем вещество в привычных для нас земных условиях. (Плазма — это четвертое (наряду с твердым, жидким, газообразным) состояние вещества, представляющее собой ионизированный газ, в котором положительные (ионы) и отрица­тельные заряды (электроны) в среднем нейтрализуют друг друга.) Поэтому, строго говоря, звезда — это не просто газовый шар, а плаз­менный шар. На поздних стадиях развития звезды звездное вещество переходит в состояние вырожденного газа (в котором квантово-механическое влияние частиц друг на друга существенным образом сказывается на его физических свойствах — давлении, теплоемкости и др.), а иногда и нейтронного вещества (пульсары — нейтронные звезды, барстеры — источники рентгеновского излучения и др.).

Звезды в космическом пространстве распределены неравномер­но. Они образуют звездные системы: кратные звезды (двойные, тройные и т.д.); звездные скопления (от нескольких десятков звезд до миллионов); галактики — грандиозные звездные системы (наша Га­лактика, например, содержит около 150—200 млрд звезд).

В нашей Галактике звездная плотность также весьма неравномер­на. Выше всего она в области галактического ядра. Здесь она в 20 тыс. раз выше, чем средняя звездная плотность в окрестностях Солнца.

Большинство звезд находится в стационарном состоянии, т.е. не наблюдается изменений их физических характеристик. Это от­вечает состоянию равновесия. Однако существуют и такие звезды, свойства которых меняются видимым образом. Их называют пере­менными звездами и нестационарными звездами . Переменность и не­стационарность — проявления неустойчивости состояния равнове­сия звезды. Переменные звезды некоторых типов изменяют свое состояние регулярным или нерегулярным образом. Следует отме­тить также и новые звезды , в которых непрерывно или время от времени происходят вспышки. При вспышках (взрывах) сверхновых звезд вещество звезд в некоторых случаях может быть полностью рассеяно в пространстве.

Высокая светимость звезд, поддерживаемая в течение длительно­го времени, свидетельствует о выделении в них огромных количеств энергии. Современная физика указывает на два возможных источни­ка энергии — гравитационное сжатие , приводящее к выделению грави­тационной энергии, и термоядерные реакции , в результате которых из ядер легких элементов синтезируются ядра более тяжелых элементов и выделяется большое количество энергии.

Как показывают расчеты, энергии гравитационного сжатия было бы достаточно для поддержания светимости Солнца в течение всего лишь 30 млн лет. Но из геологических и других данных следует, что светимость Солнца оставалась примерно постоянной в течение мил­лиардов лет. Гравитационное сжатие может служить источником энергии лишь для очень молодых звезд. С другой стороны, термоядерные реакции протекают с достаточной скоростью лишь при тем­пературах, в тысячи раз превышающих температуру поверхности звезд. Так, для Солнца температура, при которой термоядерные ре­акции могут выделять необходимое количество энергии, составляет, по различным расчетам, от 12 до 15 млн К. Такая колоссальная тем­пература достигается в результате гравитационного сжатия, которое и «зажигает» термоядерную реакцию. Таким образом, в настоящее время наше Солнце является медленно горящей водородной бомбой.

Предполагается, что у некоторых (но вряд ли у большинства) звезд есть собственные планетные системы, аналогичные нашей Со­лнечной системе.

11.4.2. Эволюция звезд: звезды от их «рождения» до «смерти»

Процесс звездообразования . Эволюция звезд — это изменение со временем физических характеристик, внутреннего строения и хими­ческого состава звезд. Современная теория эволюции звезд способна объяснить общий ход развития звезд в удовлетворительном согласии с данными наблюдений.

Ход эволюции звезды зависит от ее массы и исходного химического состава, который, в свою очередь, зависит от времени, когда образовалась звезда и от ее положения в Галактике в момент образования. Звезды первого поколения сформировались из вещества, состав которого определялся космологическими условиями (почти 70% водорода, 30% гелия и ничтожная примесь дейтерия и лития). В ходе эволюции звезд первого поколения образовались тяжелые элементы (следующие за гелием в таблице Менделеева), которые были выброшены в межзвездное пространство в результате истечения вещества из звезд или при взрывах звезд. Звезды последующихпоколений сформировались из вещества, содержавшего 3—4% тяжелых элементов.

«Рождение» звезды — это образование гидростатически равновес­ного объекта, излучение которого поддерживается за счет собственных источников энергии. «Смерть» звезды — это необратимое нарушение равновесия, ведущее к разрушению звезды или к ее катастрофическому сжатию.

Процесс звездообразования продолжается непрерывно, он происходит и в настоящее время . Звезды образуются в результате гравитационной конденсации вещества межзвездной среды. К молодым относятся звезды, которые еще находятся в стадии первоначального гравитаци­онного сжатия. Температура в центре таких звезд недостаточна для протекания ядерных реакций, и свечение происходит только за счет превращения гравитационной энергии в теплоту.

Гравитационное сжатие — первый этап эволюции звезд. Он при­водит к разогреву центральной зоны звезды до температуры «вклю­чения» термоядерной реакции (примерно 10—15 млн К) — превраще­ния водорода в гелий (ядра водорода, т.е. протоны, образуют ядра гелия). Это превращение сопровождается большим выделением энергии.

Звезда как саморегулирующаяся система . Источниками энер­гии у большинства звезд являются водородные термоядерные реак­ции в центральной зоне. Водород — главная составная часть космического вещества и важнейший вид ядерного горючего в звездах. Запасы его в звездах настолько велики, что ядерные реакции могут протекать в течение миллиардов лет. При этом, до тех пор пока в центральной зоне весь водород не выгорит, свойства звезды изменя­ются мало.

В недрах звезд, при температурах более 10 млн К и огромных плотностях, газ обладает давлением в миллиарды атмосфер. В этих условиях звезда может находиться в стационарном состоянии лишь благодаря тому, что в каждом ее слое внутреннее давление газа урав­новешивается действием сил тяготения. Такое состояние называется гидростатическим равновесием. Следовательно, стационарная звезда представляет собой плазменный шар, находящийся в состоянии гидроста­тического равновесия . Если внутри звезды температура по какой-либо причине повысится, то звезда должна раздуться, так как возрастает давление в ее недрах.

Стационарное состояние звезды характеризуется еще и тепловым равновесием . Тепловое равновесие означает, что процессы выделения энергии в недрах звезд, процессы теплоотвода энергии из недр к поверхности и процессы излучения энергии с поверхности должны быть сбалансированы. Если теплоотвод превысит тепловыделение, то звезда начнет сжиматься и разогреваться. Это приведет к ускоре­нию ядерных реакций, и тепловой баланс будет вновь восстановлен. Звезда представляет собой тонко сбалансированный «организм», она оказы­вается саморегулирующейся системой . Причем чем звезда больше, тем быстрее она исчерпывает свой запас энергии.

После выгорания водорода в центральной зоне у звезды образует­ся гелиевое ядро. Водородные термоядерные реакции продолжают протекать, но только в тонком слое вблизи поверхности этого ядра. Ядерные реакции перемещаются на периферию звезды. Выгоревшее ядро начинает сжиматься, а внешняя оболочка — расширяться. Звез­да принимает гетерогенную структуру. Оболочка разбухает до колос­сальных размеров, внешняя температура становится низкой, и звезда переходит в стадию красного гиганта . С этого момента жизнь звезды начинает клониться к закату.

Полагают, что звезда типа нашего Солнца может увеличиться настолько, что заполнит орбиту Меркурия. Правда, наше Солнце станет красным гигантом примерно через 8 млрд лет. Так что особых оснований для беспокойства у жителей Земли нет. Ведь сама Земля образовалась всего лишь 5 млрд лет назад.

От красного гиганта до белого и черного карликов . Для красно­го гиганта характерна низкая внешняя температура, но очень высо­кая внутренняя. С ее повышением в термоядерные реакции включа­ются все более тяжелые ядра. На этом этапе (при температуре свыше 150 млн К) в ходе ядерных реакций осуществляется синтез химических элементов . В результате роста давления, пульсаций и других процес­сов красный гигант непрерывно теряет вещество, которое выбрасывается в межзвездное пространство. Когда внутренние термоядер­ные источники энергии полностью истощаются, дальнейшая судьба звезды зависит от ее массы.

При массе менее 1,4 массы Солнца звезда переходит в стационарное состояние с очень большой плотностью (сотни тонн на 1 см3). Такие звезды называются белыми карликами. Здесь электроны образуют вырожденный газ (вследствие сильного сжатия атомы оказываются настолько плотно упакованными, что электронные оболочки начинают проникать одна в другую), давление которого уравновешивает силы тяготения. Тепловые запасы звезды постепенно истощаются, и звезда медленно охлаждается, что сопровождается выбросами оболочки звезды. Молодые белые карлики, окруженные остатками оболочки, наблюдаются как планетарные туманности. Белый карлик как бы вызревает внутри красного гиганта и появляется на свет, когда красный гигант сбрасывает свои поверхностные слои, образовывая планетарную туманность.

Когда энергия звезды иссякнет, звезда изменяет свой цвет от белого к желтому, затем к красному; наконец, она перестанет излучать и начнет непрерывное путешествие в необозримом космическом пространстве в виде маленького темного безжизненного объек­та. Так белый карлик медленно превращается в черный карлик — мертвую холодную звезду, размер которой обычно меньше размеров Земли, а масса сравнима с солнечной. Плотность такой звезды — в миллиарды раз выше плотности воды. Так заканчивают свое существование большинство звезд.

Сверхновые звезды . При массе более 1,4 массы Солнца стацио­нарное состояние звезды без внутренних источников энергии становится невозможным, так как давление не может уравновесить силу тяготения. Теоретически конечным результатом эволюции таких звезд должен быть гравитационный коллапс — неограниченное падение вещества к центру . В случае, когда отталкивание частиц и другие причины все же останавливают коллапс, происходит мощный взрыв — вспышка сверхновой с выбросом значительной части вещества звезды в окружающее пространство с образованием газовых туманностей .

Вспышки сверхновых были зафиксированы в 1054, 1572 , 1604 гг. Китайские летописцы следующим образом писали о событии 4 июля 1054 г.: «В первый год периода Чи-хо, в пятую Луну, в день Чи-Чу появилась звезда-гостья к юго-востоку от звезды Тиен -Куан и исчезла более чем через год». А другая летопись зафиксировала: «Она была видна днем, как Венера, лучи света исходили из нее во все стороны, и цвет ее был красновато-белый. Так была видна она 23 дня». Подобные скупые записи были сделаны арабскими и японскими очевидцами. Уже в наше время было выяснено, что эта сверхновая звезда оставила после себя Крабовидную туманность, являющуюся мощным источником радиоизлучения. Как мы уже отмечали (см. 6.1), вспышка сверхновой в 1572 г.. в созвездии Кассиопеи была отмечена в Европе, изучалась и широкий интерес к ней общественности сыграл важную роль в расширении астрономических исследований и последующем утверждении гелиоцентризма. В 1885 г. появление сверхновой звез­ды было отмечено в туманности Андромеды. Ее блеск превышал блеск всей Галактики и оказался в 4 млрд раз более интенсивным, чем блеск Солнца.

Систематические исследования позволили уже к 1980 г. открыть свыше 500 вспышек сверхновых. Со времени изобретения телескопа ни одна вспышка сверхновой звезды не наблюдалась в нашей звезд­ной системе — Галактике. Астрономы наблюдают пока их только в других неимоверно далеких звездных системах, столь далеких, что даже в мощнейший телескоп в них нельзя увидеть звезду, подобную нашему Солнцу.

Взрыв сверхновой — гигантский по силе взрыв старой звезды, вызванный внезапным коллапсом ее ядра, который сопровождается кратковременным испусканием огромного количества нейтрино. Обладающие только слабым взаимодействием, эти нейтрино тем не менее разметают наружные слои звезды в космическом пространстве и образуют клочья облаков расширяющегося газа. При вспышке сверхновой звезды выделяется чудовищная энергия (порядка 1052 эрг). Вспышки сверхновых имеют фундаментальное значение для обмена веществом между звездами и межзвездной средой, для распространения химических элементов во Вселенной, а также для рождения первичных космических лучей.

Астрофизики подсчитали, что с периодом в 10 млн лет сверхно­вые звезды вспыхивают в нашей Галактике, в непосредственной бли­зости от Солнца. Дозы космического излучения при этом могут пре­вышать нормальные для Земли в 7 тысяч раз! Это чревато серьезней­шими мутациями живых организмов на нашей планете. Так объясня­ют, в частности, внезапную гибель динозавров.

Нейтронные звезды . Часть массы взорвавшейся сверхновой звезды может остаться в виде сверхплотного тела — нейтронной звезды или черной дыры.

Открытые в 1967 г. новые объекты — пульсары отождествляются с теоретически предсказанными нейтронными звездами. Плотность нейтронной звезды очень высока, выше плотности атомных ядер — 1015 г/см3. Температура такой звезды около 1 млрд градусов. Но ней­тронные звезды очень быстро остывают, светимость их слабеет. Зато они интенсивно излучают радиоволны в узком конусе по направле­нию магнитной оси. Для звезд, в которых магнитная ось не совпадает с осью вращения, характерно радиоизлучение в виде повторяющихся импульсов. Поэтому-то нейтронные звезды называют пульсарами. Уже открыты сотни нейтронных звезд. Экстремальные физические условия в нейтронных звездах делают их уникальными естественными лабораториями, представляющими обширный материал для исследования физики ядерных взаимодействий, элементарных частиц и теории гравитации.

Черные дыры . Но если конечная масса белого карлика превышает 2—3 массы Солнца, то гравитационное сжатие непосредственно ведет к образованию черной дыры.

Черная дыра — область пространства, в которой поле тяготения настолько сильно, что вторая космическая скорость (параболическая скорость) для находящихся в этой области тел должна превышать скорость света, т.е. из черной дыры ничто не может вылететь — ни излучение, ни частицы, ибо в природе ничто не может двигаться со скоростью, большей скорости света. Границу области, за которую не выходит свет, называют горизонтом черной дыры.

Для того чтобы поле тяготения смогло «запереть» излучение и вещество, создающая это поле масса звезды должна сжаться до объема, радиус которого меньше гравитационного радиуса r = 2GM/C2 , где G - гравитационная постоянная; с — скорость света; М - масса звезды. Гравитационный радиус чрезвычайно мал даже для больших масс (например, для Солнца r ≈ 3 км). Звезда с массой, равной массе Солнца, всего лишь за несколько секунд превратится из обычной звезды в черную дыру, а если масса равна массе миллиарда звезд, то такой процесс займет несколько дней.

Свойства черной дыры необычны. Особый интерес вызывает возможность гравитационного захвата черной дырой тел, прилетающих из бесконечности. Если скорость тела вдали от черной дыры много меньше световой и траектория его движения подходит близко к ок­ружности сR = 2 r , то тело совершит много оборотов вокруг черной дыры, прежде чем снова улетит в космос. Если же тело подойдет вплотную к указанной окружности, то его орбита будет неограничен­но навиваться на окружность, тело окажется гравитационно захва­ченным черной дырой и никогда снова не улетит в космос. Если же тело подлетит еще ближе к черной дыре, то после нескольких оборо­тов иди даже не успев сделать ни одного оборота, оно упадет в черную дыру.

Представим себе двух наблюдателей: одного на поверхности коллапсирующей звезды, а другого далеко от нее. Предположим, что наблюдатель на коллапсирующей звезде через равные промежутки времени посылает (радио- или световые) сигналы второму наблю­дателю, информируя его о происходящем. По мере приближения первого наблюдателя к гравитационному радиусу сигналы, которые он посылает через равные интервалы времени, будут достигать дру­гого наблюдателя через все более длительные промежутки времени. Если первый наблюдатель передаст последний сигнал как раз перед тем, как звезда достигнет гравитационного радиуса, то сигналу по­требуется почти бесконечное время для того, чтобы прийти к уда­ленному наблюдателю; если же наблюдатель послал сигнал после того, как достиг гравитационного радиуса, наблюдатель вдали ни­когда не примет его, потому что сигнал никогда не покинет звезду. Когда фотоны либо частицы уходят за гравитационный радиус, они просто исчезают. Только во внешней области непосредственно у гравитационного радиуса они могут быть видимыми, причем созда­ется впечатление, что они как бы скрываются за занавесом и больше не появляются.

В черной дыре пространство и время взаимосвязаны необычным образом. Для наблюдателя внутри черной дыры направление возрас­тания времени является направлением уменьшения радиуса. Оказавшись внутри черной дыры, наблюдатель не может вернуться к по­верхности. Он не может даже приостановиться в том месте, где ока­зался. Он «попадает в область бесконечной плотности, где время кончается» *.

* Хокинг С. От большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени. М., 1990. С. 79.

Изучение свойств черных дыр (Я.Б. Зельдович, С. Хокинг и др.) показывает, что в некоторых случаях они могут «испаряться». Этот «механизм» связан с тем, что в сильном поле тяготения черной дыры вакуум (физические поля в самом низком энергетическом состоянии) неустойчив и может рождать частицы (фотоны, нейтрино и др.), которые, улетая, уносят энергию черной дыры. Вследствие этого черная дыра теряет энергию, уменьшаются ее масса и размеры.

Сильное гравитационное поле черной дыры может вызывать бур­ные процессы при падении в них газа. Газ при падении в поле тяготе­ния черной дыры образует закручивающийся вокруг последней быстро вращающийся уплощенный диск. При этом колоссальная кине­тическая энергия частиц, разгоняемых тяготением сверхплотного тела, частично переходит в рентгеновское излучение, и по этому излучению черная дыра может быть обнаружена. Вероятно, одна черная дыра уже обнаружена таким способом в рентгеновском источ­нике Лебедь Х-1. В целом же, по-видимому, на долю черных дыр и нейтронных звезд в нашей Галактике приходится около 100 млн звезд.

Итак, черная дыра так сильно искривляет пространство, что как бы отсекает себя от Вселенной. Она может буквально исчезнуть из Вселенной. Возникает вопрос «куда». Математический анализ дает несколько решений. Особенно интересно одно из них. В соответствии с ним черная дыра может перемещаться в другую часть нашей Вселенной или даже внутрь иной вселенной. Таким образом, вообра­жаемый космический путешественник мог бы использовать черную дыру для передвижения в пространстве и времени нашей Вселенной и даже проникновения в другую вселенную.

Что же происходит, когда черная дыра переходит в другую часть Вселенной или проникает в иную вселенную? Рождение черной дыры во время гравитационного коллапса является важным указанием на то, что с геометрией пространства-времени происходит нечто необычное — изменяется ее метрика, топологические харак­теристики. Теоретически коллапс должен завершиться образованием сингулярности, т.е. должен продолжаться до тех пор, пока черная дыра не станет нулевых размеров и бесконечной плотности (хотя на самом деле речь должна идти не о бесконечности, а о каких-то очень больших, но конечных величинах). Во всяком случае, момент сингулярности — это, возможно, момент перехода из нашей Вселенной в другие вселенные или момент перехода в другие точки нашей Вселенной.

Много вопросов возникает и вокруг исторической судьбы черных дыр. Черные дыры испаряются за счет испускания частиц и излуче­ния, но не из самой черной дыры, а из того пространства, которое находится перед горизонтом черной дыры. Причем, чем меньше черная дыра по размерам, массе, тем выше ее температура и тем быстрее она испаряется. А размеры черных дыр могут быть различными: от массы галактики (1044 г) до песчинки массой 10-5 г. Продол­жительность жизни черной дыры пропорциональна кубу ее радиуса. Черная дыра массой в десять масс Солнца испарится за 1069 лет. Это значит, что массивные черные дыры, образовавшиеся на ранних стадиях эволюции Вселенной, и сейчас существуют, причем,возмож­но, даже в пределах Солнечной системы. Их пытаются обнаружить с помощью гамма-телескопов.

Таким образом, большая часть излучающего свет вещества сосре­доточена в звездах. Каждая звезда — это подобие нашего Солнца, хотя размеры звезд, их цвет, состав и эволюция существенно различаются. Звезды вместе с некоторым количеством пыли и газа (и других объ­ектов) группируются в гигантские скопления — галактики.

11.5. Острова Вселенной: галактики

11.5.1. Общее представление о галактиках и их изучении

Вскоре после изобретения телескопа внимание наблюдателей при­влекли многочисленные светлые пятна туманного вида, так и назван­ные туманностями, видимые в разных созвездиях неизменно в одних и тех же местах. С помощью сильных телескопов В. Гершель и его сын Джон открыли множество таких туманных пятен, а к концу прошлого века было обнаружено, что некоторые из них имеют спиральную форму. Но долго оставалось загадкой, что представляют собой эти туманности. Только в 20-е гг. XX в. с помощью крупнейших в то время телескопов удалось разложить туманности на звезды. Стало ясно, что туманности — это не облака пыли, светящиеся отраженным светом, и не облака разреженного газа, а чрезвычайно далекие звездные систе­мы, в которых звезд несравненно больше, чем в близких к Солнцу шаровых скоплениях. Галактики — это гигантские звездные системы (примерно до 1013 звезд). Такого же порядка (n = 13) и массы галактик по отношению к массе Солнца.

Некоторые галактики можно разглядеть в хороший бинокль. Га­лактику Андромеды, большую по размерам и находящуюся достаточ­но близко к Солнцу (всего в 1,5 млн световых лет), в состоянии увидеть человек с хорошим зрением: это размытое пятно в созвездии Андромеды. Современные телескопы позволяют отыскать сотни миллионов других галактик. Строение их различно. Но наиболее характерна и примечательна одна форма —уплощенный диск с выпук­лостью в центре, откуда исходят спиральные рукава. Галактика Анд­ромеды, как и наша собственная, принадлежит к спиральному типу галактик. Солнечная система расположена в одном из спиральных рукавов Галактики на расстоянии примерно двух третей ее радиуса от центра.

Следует помнить, что, наблюдая Вселенную, мы видим галактики не такими, какие они есть теперь, а такими, какими они были в далеком прошлом. Ведь свет от них приходит к нам через простран­ство в миллионы и миллионы километров, на преодоление которого он затрачивает миллионы лет. Свет от ближайшей к нам галактики Андромеды достигает Земли через 1,5 млн лет. С помощью больших телескопов можно наблюдать еще намного более далекие галактики, и мы видим их такими, какими они были миллиарды лет. назад. Рас­стояние до самых дальних из наблюдаемых в настоящее время галак­тик — свыше 10 млрд световых лет.

Изучение мира галактик является сейчас наиболее бурно развива­ющейся областью астрономии. Именно в этой области происходят наиболее поразительные открытия, которые подводят нас к раскры­тию глубинных тайн Вселенной, загадок, наиболее потрясающих во­ображение. Изучение галактик требует максимально мощных инстру­ментов, в частности, оптических телескопов с зеркалом диаметром более метра, а также новейших средств и методов исследования сла­бых объектов (в частности, радиоастрономии).

Велики не только размеры галактик и расстояния до них, велико и количество галактик, которые наблюдаются астрономами. Так, самый большой 6-метровый телескоп позволяет сфотографировать миллиарды галактик. В хорошо исследованной области пространст­ва, на расстояниях 1500 Мпк, находится сейчас несколько миллиар­дов галактик. Таким образом, наблюдаемая нами область Вселенной - это прежде всего мир галактик.

Одна из центральных проблем внегалактической астрономии свя­зана с определением расстояний до галактик и размеров самих галак­тик. Расстояния до ближайших галактик, которые можно разложить на звезды, определяются по их светимости. Сложнее оценить рассто­яние до далеких галактик.

В 1912 г. американский астроном В. Слайфер обнаружил эффект красного смещения в спектрах далеких галактик: их спектральные линии оказались смещенными к длинноволновому (красному) краю по сравнению с такими же линиями в спектрах источников, непо­движных относительно наблюдателя. В 1929 г. американский астро­ном Э. Хаббл, сравнивая расстояния до галактик и их красные смеще­ния, обнаружил, что последние растут в среднем пропорционально расстояниям (закон Хаббла). Этот закон дал астрономам эффектив­ный метод определения расстояний до галактик по следующей фор­муле:

r z / H (Мпк),

где r - расстояние до галактики; с — скорость света;H - постоянная Хаббла.

По современной оценке, постоянная Хаббла (отношение скорости удаления (V) внегалактических источников к расстоянию (R ) до них Н = V/R ) составляет от 50 до 100 км/(с·Мпк). В настоящее время измерены красные смещения тысяч галактик и квазаров.

Определение расстояний до галактик и их положения на небе позволило сделать еще один вывод. Оказалось, что большинство га­лактик входит в группировки, которые насчитывают от нескольких галактик (группа галактик ) до сотен и тысяч галактик (скопление галак­тик ) и даже облака скоплений (сверхскопления ). Наблюдаются и оди­ночные галактики, но они относительно редки (не более 10%). Другими словами, если галактики — это «острова Вселенной», то они, как правило, объединены в архипелаги. Размеры галактик тоже различ­ны. Есть галактики-карлики в несколько десятков световых лет и галактики-великаны с поперечником до 18 млн световых лет.

Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях примерно в 10—20 раз больше, чем размеры крупнейших галактик. Расстояния между скоплениями галактик составляют десятки мега-парсек. Таким образом, галактики заполняют пространство с большей относительной плотностью, чем звезды во внутригалактическом простран­стве (расстояния между звездами в среднем в 20 млн раз больше их диаметра).

Наиболее исследована местная группа галактик, в которой самы­ми яркими являются наша Галактика и туманность Андромеды. Во­круг них, в свою очередь, располагаются еще целые семейства галак­тик. Так, в семейство нашей Галактики входят 14 карликовых эллип­тических галактик, несколько внегалактических шаровых скоплений и ряд так называемых неправильных галактик, среди которых круп­нейшие Магеллановы Облака (Большое и Малое). Недавно открыта новая галактика, которая находится от нас на расстоянии всего 55 тыс. световых лет. Ее назвали Сникерс (усмешка, ухмылка). Не­сколько меньшее семейство у туманности Андромеды (одна спираль­ная, две эллиптические и несколько карликовых).

Ближайшие соседние группы галактик располагаются в 2—5 Мпк от Местной группы и по составу похожи на нее. В пределах 10—20 Мпк около нашей Галактики обнаружено несколько десятков групп галак­тик. Ближайшее крупное скопление галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около 20 Мпк. В это скопление входит около 200 галактик средней и высокой светимости. Скопление в созвездии Девы представляет собой, по-видимому, центральное сгущение еще более крупной системы галактик — сверхскопления галактик. (Уже давно замечено, что яркие галактики расположены по небу не беспо­рядочно, а поясом, который можно назвать Млечным Путем галак­тик.) Общее число галактик нашего сверхскопления, исключая кар­ликовые, около 20 000, диаметр его около 60 Мпк. Ближайшие соседи нашего Сверхскопления — сверхскопления в созвездии Льва (на рас­стоянии 140 Мпк) и в созвездии Геркулеса (190 Мпк). В настоящее время выявлено свыше полусотни сверхскоплений галактик.

Чрезвычайно многообразны и формы галактик. Типология форм галактик, разработанная еще Э. Хабблом, в основном сохранилась до настоящего времени, хотя, конечно, за прошедшие десятилетия были обнаружены и новые типы галактик. Хаббл выделял три основ­ных типа галактик:

эллиптические , имеющие круглую или эллиптическую форму (обозначаются Е); это наиболее простые галактики, не содержащие горячих звезд, сверхгигантов, пыли и газовых туманностей; в центре их нет ядра;

спиральные, которые Хаббл разбил на два семейства — обычные (S ) и пересеченные (SB ). У первых ветви выходят непосредственно из ядра; у вторых ядро пересечено широкой, яркой полосой, называемой перемычкой или баром; спиральные ветви отходят от концов бара;

неправильные галактики (Ir ) имеют клочковатое строение и непра­вильную форму; яркость и светимость их невелики; они изобилуют горячими сверхгигантами, газовыми туманностями и пылью (напри­мер, Большое и Малое Магеллановы Облака); к неправильным галак­тикам относятся также взаимодействующие галактики; большинство неправильных галактик — карлики.

Форма и структура галактик связаны с их основными физически­ми характеристиками: размером, массой, светимостью. И по этим характеристикам мир галактик оказался поразительно разнообразным.

В центрах галактик обычно сосредоточено огромное количество; вещества (до 10% всей ее массы). Здесь происходят выбросы большо­го количества вещества, что приводит к интенсивному движению от центра туч водорода. В отдельных галактиках ядро, по-видимому, может представлять собой черную дыру.

По нашим человеческим меркам галактики невообразимо огром­ны, но в космологических масштабах они ничтожно малы. Галак­тики разбросаны по Вселенной более или менее беспорядочно, од­нако они обычно собраны в небольшие группы. Подобные группы галактик — «атомы» космологии. Космология рассматривает пове­дение Вселенной лишь в масштабах такого или более высокого по­рядков. Процессы, происходящие в отдельных галактиках (хотя они могут быть очень важными) редко становятся существенными для космологии.

11.5.2. Наша Галактика - звездный дом человечества

Особый интерес вызывает вопрос о том, что представляет собой наш звездный дом — наша Галактика. Те отдельные звезды, которые мы можем различить на ночном небе,— просто ближайшие к нам члены нашей Галактики. Большая же часть Галактики видна лишь как раз­мытая световая полоса, пересекающая небо. Это так называемый Млечный Путь. Благодаря этому (в отличие от других галактик) нашу Галактику может легко наблюдать на небе каждый: на ночном небе светящаяся полоса Млечного Пути представляет собой огромное ко­личество удаленных звезд нашей Галактики, диск которой мы видим как бы «с ребра». Средний телескоп позволяет различить в Млечном Пути мириады отдельных звезд. Для изучения структуры Галактики очень невыгодно положение Земли: мы живем в ней и видим ее изнутри. Это очень затрудняет установление того, что мы могли бы выявить, бросив на нее лишь мимолетный взгляд откуда-нибудь извне.

Наша Галактика — гигантская звездная система, состоящая при­близительно из 200 млрд звезд, среди них и наше Солнце. Кроме звезд Галактика содержит много пыли, газа; она пронизана магнитными полями, заполнена космическими лучами. По форме она представля­ет собой достаточно правильный диск с шарообразным утолщением (балдж) в центре (это напоминает линзу или чечевицу). Диаметр Галактики около 100 000 световых лет (примерно 30 кпк), толщина ее в 10—15 раз меньше, а масса Галактики 2 • 1011 масс Солнца. Около 1 % этой массы составляет межзвездный водород, преимущественно нейтральный. Возраст Галактики около 15 млрд лет.

Звездный состав Галактики очень разнообразный. Звезды разли­чаются по физическим, химическим характеристикам, особеннос­тям орбит, возрасту и др. Есть старые звезды и молодые (около 100 тыс. лет), некоторые звезды рождаются в настоящее время. По­давляющее большинство звезд имеет «средний» возраст — несколько миллиардов лет. К ним относится и наше Солнце — рядовая звезда нашей Галактики, — которое расположено ближе к ее краю, пример­но в 25 000 световых лет от ядра Галактики.

Солнечная система обращается вокруг центра Галактики со ско­ростью около 220 км/с. Центр нашей Галактики лежит в направле­нии на созвездие Стрельца (хотя расположен гораздо дальше). Со­лнце совершает один оборот вокруг центра Галактики за 250 млн лет. Этот период может быть назван галактическим годом. История чело­вечества по сравнению с этим периодом — только краткий миг. Вся наша Галактика вращается вокруг центра Местной системы галактик (примерно на 2/3 пути между нашей Галактикой и туманностью Анд­ромеды, на расстоянии 0,46 Мпк от Галактики).

Особый интерес для астрономов представляет ядро Галактики. Здесь нет горячих сверхгигантов и возбуждаемых ими к свечению диффузных газовых туманностей. Нет и пыли, но есть нейтральный водород, который по не вполне понятной причине растекается отту­да в плоскости Галактики со скоростью 50 км/с. Основное излучение ядра создается оранжевыми звездами-гигантами (но не сверхгиганта­ми). Ядро Галактики должно было бы казаться очень ярким, если бы не поглощение света в массах космической пыли. Но пыль меньше поглощает инфракрасные лучи и почти не поглощает радиоволны. В центре ядра находится небольшое сгущение звезд с малым, но чрезвычайно компактным и сильным радиоисточником (Стрелец А). Высказано предположение, что он является черной дырой (массой равной примерно миллиону солнечных масс).

11.5.3. Межзвездная среда

Хотя в мощные телескопы нам удается увидеть только галактики, в темных пространствах, разделяющих их, несомненно присутствует вещество. Вопрос в том, сколько его и в каком состоянии оно нахо­дится. Кроме вещества, Вселенная насыщена излучениями и быстры­ми частицами различных типов. Сюда входят электромагнитное и гравитационное излучения, потоки нейтрино и космические лучи (состоящие из множества разнообразных субатомных частиц).

Межзвездное пространство заполнено газом и пылью. Основной компонент межзвездного газа — водород. Но втором месте — гелий, Значительно меньше в ней углерода, азота, кислорода и других хи­мических элементов. Тяжелые элементы попадают в Космос как остатки взрывов сверхновых звезд. Таким образом, межзвездная среда - это вещество и поля, заполняющие межзвездное пространство внут­ри галактик.

Межзвездная среда тесно связана со звездами. Из межзвездного газа образуются звезды, которые на поздних стадиях эволюции вновь отдают часть своего вещества межзвездной среде. Обмениваясь со звездами веществом, межзвездная среда обогащается создаваемыми в недрах звезд тяжелыми элементами. Примерно 85% всех тяжелых элементов возникло на заре образования нашей Галактики, т.е. при­мерно 9—10 млрд лет назад. В это время происходил интенсивный процесс звездообразования. Много возникало и сверхновых звезд. Однако 11—13% тяжелых элементов имеют возраст 5 млрд лет.

В межзвездной среде астрофизики наблюдают и различные орга­нические соединения: углеводород, спирты, альдегид, эфиры, амино­кислоты и другие соединения, в которых молекулы содержат до 18 атомов углерода, а самые тяжелые имеют массу до 123 единиц масс водорода. В настоящее время в межзвездной среде открыто около 40 органических молекул. Чаще всего они встречаются в местах наи большей концентрации газопылевого вещества.

Звезды поставляют в межзвездную среду также электромагнитное излучение и космические лучи.

Органические молекулы из межзвездной среды, электромагнитное излучение и космические лучи могли способствовать возникно­вению простейших форм жизни на Земле.

11.5.4. Понятие Метагалактики

Совокупность галактик всех типов, квазаров, межгалактической среды образует Метагалактику — доступную наблюдениям часть Все­ленной.

Одно из важнейших свойств Метагалактики — ее постоянное рас­ширение, «разлет» скоплений галактик. Об этом свойстве Метагалак­тики свидетельствуют «красное смещение» в спектрах галактик и открытие реликтового излучения (фоновое, независимое от направ­ления внегалактическое тепловое излучение, соответствующее тем­пературе около 3 К).

Из явления расширения Метагалактики вытекает важное следст­вие: в прошлом расстояния между галактиками были меньше. А если учесть, что и сами галактики в прошлом были протяженными и раз­реженными газовыми облаками, то очевидно, что миллиарды лет назад границы этих облаков смыкались и образовывали некоторое единое однородное газовое облако, испытывавшее постоянное рас­ширение.

Важное свойство Метагалактики — равномерное распределение в ней вещества (основная масса вещества сосредоточена в звездах). В современном состоянии Метагалактика — однородна и изотропна, т.е. свойства материи и пространства одинаковы во всех частях Ме­тагалактики (однородность) и по всем направлениям (изотропия). Маловероятно, что она была такой в прошлом. В самом начале рас­ширения Метагалактики анизотропия и неоднородность материи и пространства вполне могли существовать. Поиски следов анизотро­пии и неоднородности прошлых состояний Метагалактики — одна из важнейших проблем современной внегалактической астрономии.

Исчерпывает ли Метагалактика собой всю возможную материю и пространство? Многие ученые так и считают, утверждая единствен­ность всей нашей расширяющейся Метагалактики — Вселенной. Но такие утверждения напоминают космологию Аристотеля, многократ­но повторявшиеся заявления о единственности Земли со светилами вокруг нее, единственности Солнечной системы, единственности нашей Галактики и т.д. И потому все чаще высказывается мысль о множественности «метагалактик», множественности вселенных, каждая из которых имеет свой собственный набор фундаментальных физических свойств материи, пространства и времени, свои тип нестационарности, организации и др. Эти гипотезы не противореча современным математическим и физико-теоретическим представлениям. Более того, многие модели релятивистской космологии закономерно подводят к выводам такого рода*.

* См.: Розенталь И.Л. Проблемы начала и конца Метагалактики. М., 1985.

Одна из теоретических посылок для такого вывода связана с тем, что уравнения ОТО и квантовой физики не дают ответа на вопрос о начальных условиях эволюции нашей Вселенной. Здесь возможны два варианта:

1) первичное сингулярное состояние вещества из множества потенциальных физических возможностей реализовалось в одну реальную — нашу Метагалактику;

2) во Вселенной осуществляется все многообразие физических условий, явлений и движений, допускаемых основными физическими теориями.

Если допустить вторую возможность, то надо признать, что ре­ально существует множество вселенных (метагалактик), образовав­шихся в результате «Большого Взрыва», связанных между собой некими материальными «каналами», о которых мы пока можем толь­ко догадываться (представления о топосах и др.) и для познания которых понадобится как минимум завершенная теория супергравитации, а может даже и некоторая «новая физика».

11.6. Вселенная в целом

11.6.1. Особенности современной космологии

Вселенная как целое является предметом особой астрономической науки — космологии, имеющей древнюю историю. Истоки ее уходят в античность. Космология долгое время находилась под значитель­ным влиянием религиозного мировоззрения, будучи не столько пред­метом познания, сколько делом веры. Даже И. Кант, пробивший серьезную брешь в религиозном толковании предмета космологии, полностью не освободился от представления об активности сверхъ­естественного фактора — Творца материи. В XX в. ситуация измени­лась кардинально: был достигнут существенный прогресс в научном понимании природы и эволюции Вселенной как целого.

В наши дни космологические проблемы — не дело веры, а предмет научного познания. Они решаются с помощью научных понятий, представлений, теорий, а также приборов и инструментов, позволя­ющих понять, какова структура Вселенной и как она сформировалась. Конечно, понимание этих проблем пока еще далеко от своего завершения, и, несомненно, будущее приведет к новым великим переворотам в принятых сейчас взглядах на картину мироздания. Тем не менее важно отметить, что здесь мы имеем дело именно с наукой, с рациональным знанием, а не с верованиями и религиозны­ми убеждениями.

Современная космология - это сложная, комплексная и быстро разви­вающаяся система естественно-научных (астрономия, физика, химия и др.) и философских знаний о Вселенной в целом, основанная как на наблю­дательных данных, так и на теоретических выводах, относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной. Теоретико-методологический фундамент космологии составляют современные физические теории, а также философские принципы и представле­ния. Глубинная связь космологии и физики базируется на том, что космологи в современной Вселенной ищут «следы» тех процессов, которые происходили в момент рождения Вселенной. А такими «следами» прежде всего выступают фундаментальные свойства фи­зического мира — три пространственных измерения и одно времен­ное; четыре фундаментальных взаимодействия; преобладание час­тиц над античастицами и др. Эмпирические данные, представленные главным образом внегалактической астрономией, свидетельст­вуют о том, что мы живем в эволюционирующей, расширяющейся, нестационарной Вселенной.

Имеет ли смысл рассматривать Вселенную в целом как единый целостный динамический объект? Современная космология в основ­ном исходит из предположения, что на этот вопрос следует ответить положительно. Иначе говоря, предполагается, что Вселенная в целом подчиняется тем же естественным законам, которые управля­ют поведением ее отдельных составных частей. При этом определяю­щую роль в космологических процессах играет гравитация.

Понятие релятивистской космологии . Поскольку именно тяго­тение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях, а значит, динамику космической материи в масштабах Вселенной, то теоретическим ядром космологии выступает теория тяготения, а со­временной космологии — релятивистская теория тяготения. Поэто­му современную космологию называют релятивистской.

Ньютоновская физика рассматривает пространство и время как «арену», на которой разыгрываются физические процессы; она не связывает воедино пространство и время. Согласно общей теории относительности (см. 9.2), распределение и движение материи изме­няют геометрические свойства пространства-времени и в то же время сами зависят от них; гравитационное поле проявляется как искривление пространства-времени (чем значительнее кривизна пространства-времени, тем сильнее гравитационное поле).

Первым релятивистскую космологическую модель попытался по­строить А. Эйнштейн. В соответствии с методологическими установ­ками классической астрономии о стационарности Вселенной, он ис­ходил из предположения о неизменности свойств Вселенной как целого во времени (радиус кривизны пространства он считал посто­янным). Эйнштейн даже видоизменил общую теорию относительнос­ти, чтобы она удовлетворяла этому требованию, и ввел дополнитель­ную космическую силу отталкивания, которая должна уравновесить взаимное притяжение звезд.

Вселенная Эйнштейна пространственно конечна; она имеет ко­нечные размеры, но не имеет границ! В этой модели пространствен­ный объем Вселенной с равномерно распределенными в нем галакти­ками конечен; но границ у этого пространства нет. Оно не распро­странено бесконечно во все стороны, а замыкается само на себя. Как и на поверхности сферы, в нем можно совершать «кругосветные» путешествия: обитатель такой вселенной мог бы, послав в каком-либо направлении (световой или радио) сигнал, со временем обнаружить, что этот сигнал вернулся к нему с противоположной стороны, обойдя всю Вселенную.

Как и многие другие абстрактные понятия современной физики и астрономии, идея замкнутой, конечной, но неограниченной все­ленной трудно представима в наглядных образах. Поэтому часто спрашивают, что же находится «снаружи» конечной вселенной. Дело в том, что этот вопрос не имеет смысла для трехмерных существ, т.е. в пространственно-временной метрике нашего мира. Как не имеет смысла аналогичный вопрос, что находится «вне» поверхности сферы, для плоских существ, вынужденных постоянно жить на сфе­рической поверхности. В такой вселенной просто нет понятия «сна­ружи». Ведь различение «снаружи» и «внутри» предполагает некото­рую границу, которой на самом деле нет, и каждая точка в ней экви­валентна любой другой — ни края, ни центра здесь нет.

Нестационарная релятивистская космология. С критикой предложенной Эйнштейном космологической модели выступил наш отечественный выдающийся математик и физик-теоретик А. А. Фрид­ман. Именно А.А. Фридман, опубликовавший свою работу в 1922 г., впервые сделал из общей теории относительности космологические выводы, имеющие поистине революционное значение: он заложил основы нестационарной релятивистской космологии.

Фридман показал, что теоретическая модель Эйнштейна является лишь частным решением гравитационных уравнений для однород­ных и изотропных моделей, а в общем случае решения зависят от времени. Кроме того, они не могут быть однозначными и не могут дать ответа на вопрос о форме Вселенной, ее конечности или беско­нечности. Исходя из противоположного постулата (о возможном изменении радиуса кривизны мирового пространства во времени), Фридман нашел нестационарные решения «мировых уравнений» Эйнштейна.

Встретив решения Фридмана с большим недоверием, Эйнштейн затем убедился в его правоте и согласился с критикой молодого фи­зика. Нестационарные решения уравнений Эйнштейна, основанные на постулатах однородности и изотропии, называются фридмановскими космологическими моделями.

А. А. Фридман показал, что решения уравнений общей теории относительности для Вселенной позволяют построить три возмож­ные модели Вселенной. В двух из них радиус кривизны пространства монотонно растет и Вселенная бесконечно расширяется (в одной модели — из точки; в другой — начиная с некоторого конечного объе­ма). Третья модель рисовала картину пульсирующей Вселенной с периодически изменяющимся радиусом кривизны. Выбор моделей зависит от средней плотности вещества во Вселенной.

Модели Вселенной Фридмана уже вскоре получили удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далеких галактик — в эффекте «красного смещения», который свиде­тельствует о взаимном удалении всех достаточно далеких друг от друга галактик. Таким образом, в настоящее время наблюдается рас­ширение Вселенной. Характер дальнейшей ее эволюции зависит от средней плотности вещества во Вселенной и его отношения с крити­ческой плотностью ρ = З H2 /8πG . Если средняя плотность окажется больше критической, то расширение Вселенной через некоторое время прекратится и сменится сжатием. Если средняя плотность меньше критической, то расширение будет продолжаться неограни­ченно долго.

В настоящее время критическая плотность определяется величи­ной 10-29 г/см3 . А средняя плотность вещества во Вселенной по совре­менным представлениям оценивается 3 • 10-31 г/см3 . Иначе говоря, Вселенная будет сколь угодно долго расширяться. Но определение средней плотности вещества во Вселенной пока ненадежно. Во Все­ленной могут присутствовать не обнаруженные еще виды материи, дающие свой вклад в среднюю плотность. И тогда на «вооружение» придется брать «закрытую» модель Вселенной, в которой предпола­гается, что расширение в будущем сменится сжатием.

Космологический постулат . В современной космологии пред­ставление о нестационарности Вселенной удивительным образом сочетается с представлением об однородности Вселенной. Достаточ­но неожиданно то, что Вселенная оказывается однородной в самых различных смыслах.

Во-первых, Вселенная однородна в том смысле, что структур­ные элементы далеких звезд и галактик, физические законы, кото­рым они подчиняются, и физические константы, по-видимому, с большой степенью точности одинаковы повсюду, т.е. те же, что и в нашей области Вселенной, включая Землю. Типичная галактика, на­ходящаяся в сотне миллионов световых лет от нас, выглядит в основ­ном также, как наша. Спектры атомов, следовательно, законы химии и атомной физики там идентичны известным на Земле. Это обстоя­тельство позволяет уверенно распространять открытые в земной лаборатории законы физики на более широкие области Вселенной.

Во-вторых, говоря о космической однородности Вселенной, имеют в виду также однородность распределения вещества. Вещест­во Вселенной «разбросано» в виде сгустков — оно собрано в звезды, которые в свою очередь группируются в скопления, в галактики, в скопления галактик. В настоящее время распространено убеждение, подкрепленное наблюдениями, что подобное объединение останавливается на скоплениях галактик, а более крупномасштабное распре­деление вещества одинаково во всей Вселенной. Это распределение однородно (одинаково во всех областях) и изотропно (одинаково во всех направлениях). Предположение о том, что Вселенная в крупных масштабах однородна, разделяют большинство (хотя и не все) космо­логи; оно известно как космологический постулат.

Представление об однородности Вселенной еще раз доказывает, что Земля не занимает во Вселенной сколько-нибудь привилегиро­ванного положения. Даже после Коперника у астрономов время от времени возникали допущения, что с Землей, Солнцем, нашей Галак­тикой может быть связана какая-нибудь исключительность. Но сей­час физические условия в ближайших к нам областях Вселенной не рассматриваются как особые; доказано, что они характерны для любой области во Вселенной. Конечно, Земля, Солнце и Галактика кажутся нам, людям, важными и исключительными, но для Вселен­ной в целом они такими не являются.

Возраст Вселенной . Космологический постулат может тракто­ваться еще более широко: не только наша область Вселенной типична для нее в целом, но и наша современная эпоха типична во все времена. То есть Вселенная, когда бы ее ни рассматривали, должна была бы выглядеть более или менее одинаковой — так, как мы видим ее сейчас. Такое представление о Вселенной, распространенное среди астрономов в XIX в., существенно изменилось в XX в. Одно из важнейших следствий фридмановских космологических моделей — пред­ставление об ограниченности эволюции Вселенной во времени и наличии особых, сингулярных состояний, в которых радиус Вселен­ной обращается в нуль, а плотность материи — в бесконечность. (О теоретических моделях таких состояний см. далее.) Ограниченность эволюции во времени приводит к понятию возраста Вселенной.

В 1929 г. Э. Хаббл показал, что удаленные галактики разбегаются от нас; и чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Отсюда следовал однозначный вывод — Вселенная находится в состоянии расширения. Это открытие подтвердило идеи Фридмана и коренным образом изменило все представления космологии. Расширяющаяся Вселенная — это Вселенная изменяющаяся. А значит, у нее есть своя история, время возникновения и время гибели; можно сказать, своя биография, имеющая даты рождения и смерти.

Закон Хаббла дает возможность определить возраст Вселенной. Современная оценка постоянной Хаббла от 50 до 100 км/(с • Мпк). Обратная величина t = 1/Н имеет размерность времени и равна 10— 20 млрд лет, что определяет приблизительный возраст нашей Все­ленной. В соответствии с наиболее распространенным представле­нием возраст Вселенной составляет 15 млрд лет.

Космологический горизонт . Конечность времени, прошедшего с момента сингулярности, приводит к существованию космологичес­кого горизонта — границы, отделяющей область пространства, кото­рую в данный момент может видеть наблюдатель, oт области, которая для него пока принципиально ненаблюдаема.

Существование космологического горизонта связано с расшире­нием Вселенной. От момента сингулярного состояния Вселенной прошло t ≈ 15—20 млрд лет. За это время свет успевает пройти в рас­ширяющейся Вселенной конечное расстояние lct , т.е. примерно 15—20 млрд световых лет. Поэтому каждый наблюдатель в момент t' после начала расширения может видеть только область, ограничен­ную сферой, имеющей в этот момент радиус r = ct'. За этой границей, являющейся горизонтом наблюдений, объекты принципиально не­наблюдаемы в моментt ' : свет от них еще не успел дойти до наблюда­теля, даже если он вышел в момент начала расширения Вселенной. Вблизи горизонта мы видим вещество в далеком прошлом, когда плотность его была гораздо больше сегодняшней.

С течением времени горизонт расширяется по мере того, как к наблюдателю доходит свет от более далеких областей Вселенной. В на­стоящее время космологический горизонт равен:ct ≈ c/H ≈ 6000 Мпк (при H = 50 км/(с • Мпк). Таким образом, он охватывает больше по­ловины доступного в принципе для наблюдений объема пространства Вселенной. С каждым днем доступная земным телескопам область Вселенной возрастает на 1018 кубических световых лет.

Представление о космологическом горизонте позволяет понять, что в каждый данный момент для наблюдателя доступна некоторая конечная часть объема Вселенной, с конечным числом галактик и звезд. Более того, очевидно, что у каждого наблюдателя, находящего­ся в каком-либо месте во Вселенной, в каждый данный момент време­ни свой горизонт, своя конечная Вселенная. Это подобно тому, как и на земном шаре каждый наблюдатель имеет свой горизонт.

Строго говоря, космологический горизонт ограничен еще одним фактором, связанным со свойствами электромагнитного поля. На ранних стадиях развития Вселенной при большой плотности вещест­ва фотоны не могли свободно распространяться из-за поглощения и рассеяния. До Земли в неискаженном виде дошло только то излуче­ние, которое возникло в эпоху, когда Вселенная стала практически прозрачной для излучения, и не раньше. Эта эпоха связана с процес­сом рекомбинации водорода, который протекал через 1 млн лет после начала расширения Вселенной и соответствовал плотности вещества ρ = 10-20 г/см3 . Но 1 млн лет—весьма незначительный пери­од по сравнению с 15—20 млрд лет. Поэтому горизонт видимости во Вселенной практически определяется началом ее расширения.

11.7. Эволюция Вселенной

11.7.1. Модель горячей Вселенной

В основе современных представлений об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной, или «Большого Взрыва», основы которой были заложены в трудах американского физика русского происхож­дения Дж. Гамова и его сотрудников в конце 40-х гг. XX в. В соответ­ствии с этой концепцией Вселенная на ранних стадиях расширения характеризовалась не только высокой плотностью вещества, но и его высокой температурой.

Ключ к пониманию ранних этапов эволюции Вселенной — в ги­гантском количестве теплоты, выделившейся при Большом Взрыве. В простейшем варианте теории горячей Вселенной предполагается, что Вселенная возникла спонтанно в результате взрыва из состояния с очень большой плотностью и энергией (состояние сингулярности). По мере расширения Вселенной температура падала (сначала бы­стро, а затем все медленнее) от очень большой до довольно низкой, обеспечивавшей возникновение условий, благоприятных для образо­вания звезд и галактик. На протяжении около 1 млн лет температура превышала несколько тысяч градусов, что препятствовало образова­нию атомов, и, следовательно, космическое вещество имело вид ра­зогретой плазмы, состоящей из ионизированных водорода и гелия. Лишь когда температура Вселенной понизилась приблизительно до температуры поверхности Солнца, возникли первые атомы. Таким образом, атомы — это реликты эпохи, наступившей через 1 млн лет после Большого Взрыва.

Модель горячей Вселенной получила экспериментальное под­тверждение после открытия в 1965 г. реликтового излучения — мик­роволнового фонового излучения с температурой около 3 К. Косвен­ным подтверждением этой модели служит также наблюдаемое оби­лие гелия, превышающее повсеместно 22% по массе, а также обнару­женное в межзвездном газе неожиданно высокое содержание дейтерия, происхождение которого можно объяснить лишь ядерны­ми реакциями синтеза легких элементов в горячей Вселенной. Зная современную температуру реликтового излучения, можно провести экстраполяцию в прошлое, используя хорошо известные и проверен­ные законы механики, термодинамики, статистической, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц и др.*

* Фундаментальным открытием самых последних лет, конца XX в., является обнаружение пространственной анизотропии реликтового излучения, фона Все­ленной. Это расширяет возможности релятивистской космологии, делает несуще­ственным влияние различных мешающих познанию начальных этапов Вселенной факторов — рассеяние электромагнитных волн на свободных электронах, на холод­ном молекулярном газе, поглощение пылью и др.

Возможность установить процессы, происходившие в первые се­кунды и минуты существования Вселенной, безусловно, следует рас­сматривать как блестящее достижение современного естествознания. Моделирование первой секунды существования Вселенной при­ближает нас к главной загадке природы — самому акту «сотворения мира»! Первые секунды Вселенной — это время таинственных со­стояний вещества и неведомых сил природы. Конечно, здесь следует быть осторожным. Наши представления об этом отрезке времени основаны во многом на гипотезах и гипотетических экстраполяциях, теоретическом моделировании, во многом спорных и умозри­тельных.

Экстремальные условия первых секунд жизни Вселенной сегодня можно изучать экспериментально. На современных ускорителях эле­ментарных частиц удается воспроизводить физические условия, су­ществовавшие в то время, когда возраст Вселенной составлял 10-4 с, когда температура достигала 1012 К, а вся наблюдаемая сегодня Все­ленная была «сжата» до размеров Солнечной системы. За этими границами возможна только теоретическая экстраполяция известных нам физических законов. В целом она не вызывает сомнений вплоть до того момента, когда начинают проявляться квантовые свойства гравитации.

Вблизи сингулярности решения релятивистских уравнений не­применимы, поскольку там должны проявляться квантовые свойства гравитации, а свойства вещества в этом состоянии неизвестны. Существующие теории вещества и тяготения применимы к состояниям материи, плотность и температура которой меньше планковских: ρ = 1093 г/см3 ; Т ≈ 1032 К. Планковской плотности и температуре соот­ветствует возраст Вселенной τ ≈ 10-43 с и расстояние r ≈ 10-33 см. В планковскую эпоху физические условия были таковы, что для их описания требуется еще несозданная квантовая теория тяготения, и поэтому для описания самых ранних моментов рождения Вселенной пользуются гипотетическими, умозрительными моделями.

11.7.2. Большой Взрыв: инфляционная модель

Первая и важнейшая проблема связана с причинами Большого Взры­ва, сложившимися в первые мгновения Вселенной. Они моделируют­ся так называемой гипотезой инфляционной Вселенной. В основе этой гипотезы — представление о существовании компенсирующей гравитационное притяжение силы космического отталкивания неве­роятной величины, которая смогла разорвать некое начальное состо­яние материи и вызвать ее расширение, продолжающееся по сей день. В этой модели начальное состояние Вселенной является ваку­умным.

Физический вакуум — это наинизшее энергетическое состояние всех полей, форма материи, лишенная вещества и излучения, но характеризующаяся активностью, возникновением и уничтожением виртуальных частиц (постоянно «кипит», но не выкипает) и способ­ностью находиться в одном из многих состояний с сильно различаю­щимися энергиями и давлениями, причем эти давления — отрица­тельные. Возбужденное состояние такого вакуума называют «ложным вакуумом», который способен создать гигантскую силу космичес­кого отталкивания. Эта сила и вызвала безудержное и стремительное раздувание «пузырей пространства» (зародышей одной или несколь­ких вселенных, каждая из которых характеризуется, допустим, свои­ми фундаментальными постоянными*), в которых концентрировались колоссальные запасы энергии. Подобное раздувание Вселенной осуществлялось по экспоненте (за каждые 10-32 с диаметр Вселенной увеличивался в 1050 раз). Скорость раздувания значительно превосхо­дила световую, но это не противоречит закону теории относитель­ности, так как раздувание не связано с установлением причинно-след­ственных связей в веществе. Данный тип раздувания был назван инфляцией. Такое быстрое расширение означает, что все части Все­ленной разлетаются, как при взрыве. А это и есть Большой Взрыв. В период квантовой космологии, т. е. с 10-43 с по 10-34 с произошло, по-видимому, и формирование пространственно-временных харак­теристик нашей Вселенной.

* О концепции множественности вселенных см.: Розенталь И.Л. Вселенная и частицы. М., 1990.

Но фаза инфляции не может быть длительной. Отрицательный (ложный) вакуум неустойчив и стремится к распаду. Когда распад завершается, отталкивание исчезает, следовательно, исчезает и инфляция. Вселенная переходит во власть обычного гравитационного притяжения. «Часы» Вселенной в этот момент показывали всего 10-34 с. Но благодаря полученному первоначальному импульсу, приобре­тенному в процессе инфляции, расширение Вселенной продолжает­ся, но неуклонно замедляется. Постепенное замедление расширения Вселенной — это единственный след, который сохранился до настоя­щего времени от начальных моментов Большого Взрыва.

В конце фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной. Но по окончании фазы огромные запасы энергии, сосредоточенные в исходном физическом вакууме; высвободились в виде излучения, ко­торое мгновенно нагрело Вселенную до температуры примерно 1027 К и энергии 1014 ГэВ. С этого момента начинается эволюция горячей Вселенной. Благодаря энергии возникли вещество и антивещество, затем Вселенная стала остывать и испытывать последова­тельные фазовые переходы, в которых постепенно стали «кристал­лизоваться» все ее элементы, наблюдаемые сегодня.

Инфляционная модель Большого Взрыва объясняет крупномас­штабную однородность и изотропность Вселенной, образование структур галактик и их скоплений из первичных малых возмущений плотности, особенности изменения радиуса пространственной кри­визны (современное значение его близко к единице, как и в момент Большого Взрыва).

Несмотря на то что инфляционная модель разработана пока только частично, тем не менее она позволяет успешно объяснить ряд фундаментальных космологических закономерностей. Большой Взрыв перестал быть загадкой, лежащей за пределами естество­знания.

11.7.3. Первые секунды Вселенной

Ранняя Вселенная представляла собой гигантскую лабораторию природы, в которой энергия, высвободившаяся в результате Большого взрыва, пробудила физические процессы, не воспроизводимые в земных условиях.

Следующий этап рождения Вселенной связан с так называемой эрой Великого объединения: возраст Вселенной всего лишь 10-34 с, а температура около 1027 К. В этот момент Космос был заполнен «супом» из странных, неведомых нам частиц, в том числе чрезвычайно массивных. Важнейшими составляющими экзотического «супа» были, вероятно, сверхмассивные частицы — переносчики взаимодействия в теориях Великого объединения, так называемые Х - и У -частицы (см. 10.3.5). Именно эти частицы привели к асимметрии в соотно­шении вещества и антивещества.

Как показал А.Д. Сахаров (1967), при падении Т < 1027 К Х - и У - бозоны уже не могут эффективно рождаться, задерживается и процесс аннигиляции; начинает преобладать процесс распада. Но распад час­тиц и античастиц идет по-разному (с нарушением барионного числа). В результате появляется небольшой избыток частиц над античасти­цами. По оценкам, эта асимметрия характеризуется отношением (109 + 1): 109 , т.е. на каждый миллиард античастиц рождается милли­ард плюс одна частица. Несмотря на малость этого эффекта, он игра­ет решающую роль. По мере остывания Вселенной антивещество аннигилировало с веществом и при этом почти все вещество исчеза­ло. «Почти», но не все, поскольку имелся избыток вещества над анти­веществом в одну частицу на миллиард. Именно этот мизерный оста­ток и послужил материалом, из которого построена вся Вселенная, включая человека. Если бы этого остатка не было, то мир был бы практически «пустым», т.е. заполнен только полем, но не веществом. Можно сказать, что вещество возникло благодаря оплошности при­роды. Именно в эти самые ранние моменты развития Вселенной сложилась ее современная структура.

Таким образом, подавляющая часть вещества, возникшего в про­цессе Большого Взрыва, аннигилировала в первые секунды Вселен­ной, а вместе с ним исчезло и все космическое антивещество. (Теперь понятно, почему во Вселенной так мало антивещества.) Исчезнув, оно превратилось в энергию: в процессе аннигиляции на каждый уцелевший электрон (или протон) возникало около миллиарда гамма-квантов. В результате расширения Вселенной это гамма-излучение «остыло», образовав к настоящему времени так называемое фоновое тепловое излучение, которое составляет значительную часть энер­гии Вселенной.

Спустя 10 -12 с после Большого Взрыва температура была столь высока (Т > 1015 К), что тепловой энергии оказалось достаточно для рождения всех известных частиц и античастиц, причем такой плотности, что установилось равновесие, при котором энергия равномер­но распределялась между всеми видами частиц. На этой стадии харак­тер вещества во Вселенной резко отличался от всего, что мы можем непосредственно наблюдать: вещество представляло собой «кварковую жидкость»; адроны не имели индивидуальных свойств; протоны и нейтроны не существовали как различные объекты; не различались слабое и электромагнитное взаимодействия; такие частицы, как элек­троны, мюоны и нейтрино, не существовали в обычном виде; кварки, лептоны, бозоны не обладают массой покоя, как и фотон; свойства фотонов перемешаны со свойствамиW - и Z -частиц.

Однако вещество не могло продолжительно существовать в столь нестабильной фазе. Падение температуры ниже 1015 К вызывает вне­запный фазовый переход, напоминающий замерзание воды и образо­вание льда. В этот момент нарушается калибровочная симметрия, а электромагнитное взаимодействие отделяется от слабого. W и Z -бозоны, кварки и лептоны приобретают массу, а фотон остался безмас­совым. Результатом этого перехода явилось возникновение извест­ных нам частиц — электронов, нейтрино, фотонов и кварков, кото­рые теперь вполне различимы.

Следующий фазовый переход происходит через одну миллисекун­ду после Большого Взрыва при Т = 1013 К и приводит к конденсации кварков. Кварки объединяются в группы (попарно или по три) и образуются адроны (протоны, нейтроны, мезоны и другие сильно взаимодействующие частицы). С этого момента открылся прямой путь для синтеза гелия, который и начинается через несколько минут после Большого Взрыва.

При Т ≈ 2 • 1010 К и t ≈ 0,2 с электронные нейтрино перестают взаимодействовать с частицами. Поскольку нейтрино стабильны и очень слабо взаимодействуют с веществом, мир для них оказывается практически прозрачным; они легко перемещаются во Вселенной, сохранившись до наших дней, только их энергия уменьшается из-за ее расширения. К нашей эпохе температура этих реликтовых нейтри­но должна оказаться около 2 К. Обнаружение этого излучения будет великим достижением астрономии. Но пока, к сожалению, методы обнаружения таких реликтовых нейтрино не разработаны.

11.7.4. От первых минут Вселенной до образования звезд и галактик

Методом математического моделирования астрофизикам удалось воспроизвести детали ядерных процессов, происходивших в первые минуты существования Вселенной *.

* См.: Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М.,1981.

Согласно полученным результатам, в конце первой секунды тем­пература достигала 1010 К. При такой высокой температуре сложные ядра существовать не могут. Тогда все пространство было заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами вперемешку с электронами, нейтрино и фотонами. Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро и по прошествии еще минуты температура упала на два порядка, а спустя еще несколько минут стала ниже уров­ня, при котором возможны ядерные реакции. В этот относительно короткий (буквально несколько минут) промежуток времени прото­ны и нейтроны могли объединяться, образуя сложные ядра.

В тот период основной ядерной реакцией было слияние протонов и нейтронов с образованием ядер гелия, каждое из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов. Поскольку протоны немного легче нейтронов, они присутствовали в несколько большем количе­стве и по завершении синтеза гелия часть протонов оставалась сво­бодной. Образовавшаяся плазма состояла примерно на 10% из ядер гелия и на 90 % из ядер водорода (протонов). Эти цифры соответст­вуют наблюдаемому содержанию названных элементов в современ­ной Вселенной.

Великое счастье для нас, что в первичном веществе был избыток протонов над нейтронами. Благодаря ему остались во Вселенной несвязанные протоны, и впоследствии образовался водород, без которого не светило бы Солнце, не было бы воды, не могла воз­никнуть жизнь. Не было бы жизни, не было бы и человечества. Так наше существование и сама возможность познания Вселенной прямо определяется отдаленным прошлым, начальными моментами Все­ленной.

После стадии термоядерных реакций температура вещества была еще настолько высока, что оно находилось в состоянии плазмы еще сотни тысяч лет, вплоть до периода рекомбинации (Т ≈ 4000 К), когда ядра присоединяли электроны и превращались в нейтральные атомы. Первыми образовались атомы гелия и водорода. Как полага­ют, из этих первичных водорода и гелия, находившихся в газообраз­ном состоянии, сформировались первые звезды и галактики.

Когда размеры Вселенной были примерно в 100 раз меньше, чем в настоящую эпоху, из зарождавшихся неоднородностей газообраз­ного водорода и гелия возникли газовые сгустки — протогалактические сгущения. Постепенно они фрагментировались, в них образовы­вались меньшие сгустки вещества. Из таких сгустков разной массы, имевших определенный вращательный момент, постепенно сформи­ровались звезды и галактики. Расширение Вселенной определило разлет галактик, которые сами практически не расширяются.

11.7.5. Образование тяжелых химических элементов

Таким образом, согласно современным космологическим представ­лениям, атомы существовали не всегда: они являются реликтами фи­зических процессов, происходивших в глубинах Вселенной задолго до образовании Земли. Атомы — это «ископаемые» космоса. Первоос­нову космического вещества составляли водород и гелий; элементов среднего и тяжелого веса космическое вещество практически не со­держало. Такие элементы — это «зола» ядерных «костров», пылаю­щих в недрах звезд.

Как мы уже отмечали, ядро звезды представляет собой термоядер­ный реактор, в котором горючим служат в основном ядра водорода (протоны). Огромная температура заставляет протоны преодоле­вать электростатическое отталкивание и соударяться друг с другом. При соударении протоны сближаются до радиуса сильного ядерного взаимодействия и могут слиться в ядро (синтез). Правда, ядро, состоящее из двух протонов, неустойчиво. Но если один из протонов (в результате слабого взаимодействия) превратится в нейтрон, то обра­зуется устойчивое ядро дейтерия. Такая реакция высвобождает зна­чительную энергию, способствующую поддержанию в недрах звезды высокой температуры. Последующие реакции синтеза приводят к превращению дейтерия в гелий, образованию углерода, а затем и все более сложных ядер. По мере исчерпания запасов ядерного горючего звезды ее внутренняя структура представлена слоями различных хи­мических элементов, каждый из которых отражает различные ста­дии ядерного синтеза. Так на протяжении своей «жизни» звезда по­степенно превращается из смеси первичного водорода и гелия в хранилище тяжелых химических элементов.

На заключительном этапе эволюции такой звезды ядерные реак­ции уже не могут поддерживать необходимые значения температуры и давления, которые обеспечивают ее устойчивость. Неустойчивость звездной массы постепенно нарастает. В результате гравитация, выйдя из-под контроля, вызывает мгновенное сжатие звезды. Но внутреннее давление противостоит сжатию и приводит к выбросу гигантской энергии: внешние слои звезды буквально сдуваются в окружающее пространство, разбрасывая тяжелые элементы по про­сторам галактики. Подобный выброс обычно называют взрывом сверхновой (см. 11.4.2). Каждый взрыв сверхновой обогащает галак­тику тяжелыми элементами, из которых впоследствии и могут обра­зоваться планетные системы, где возможны зарождение и эволюция жизни.

За всю историю развития нашей Галактики в ней вспыхнуло при­мерно один миллиард сверхновых звезд!

11.7.6. Сценарии будущего Вселенной

Любопытно знать не только далекое прошлое Вселенной, но и ее далекое будущее. Тем более что это будущее не менее поразительно, чем ее прошлое. Теоретическое моделирование будущего Вселенной существенно различается в «открытых» и «закрытых» ее моделях.

«Закрытые» модели предполагают, что в будущем расширение Вселенной сменится ее сжатием. Исходя из общей массы Вселенной 1052 т можно предположить, что примерно через 30 млрд лет она начнет сжиматься и через 50 млрд лет вновь вернется в сингулярное состояние. Полный цикл расширения и сжатия Вселенной составля­ет примерно 100 млрд лет. Таким образом, Вселенная может быть представлена как грандиозная закрытая система, испытавшая множе­ство эволюционных циклов. При переходе от одного цикла к другому некоторые общие параметры Вселенной (Метагалактики) могут из­меняться. Например, могут изменяться фундаментальные физичес­кие константы.

Совершенно иначе предстает будущее Вселенной в «открытых» космологических моделях, которые, По сути, представляют собой сценарии «тепловой смерти» Вселенной. В соответствии с ними уже через 1014 лет многие звезды остынут, что достаточно быстро (через 1015 лет) приведет к тому, что планеты начнут отрываться от своих звезд, а звезды покидать свои галактики. Примерно через 1019 лет большая часть звезд покинут свои галактики и постепенно превратят­ся в «черные карлики»; центральные области галактик коллапсируют, образуя «черные дыры» и тем самым прекращают свое существо­вание.

Дальнейшая эволюция будущей Вселенной не вполне ясна. Если обнаружится, что протон действительно нестабилен и распадается через 1032 лет на у -квант и нейтрино, то Вселенная и будет представ­лять собой совокупность нейтрино, квантов света с убывающей энергией и черных дыр. Самые массивные черные дыры испарятся за 1096 лет и через 10100 лет во Вселенной останется лишь электронно-позитронная плазма ничтожной плотности.

Иначе разворачивается возможный сценарий будущего Вселен­ной в том случае, если протон стабилен. Тогда примерно через 1065 лет любое твердое вещество превратится даже при абсолютном нуле в жидкость. Все оставшиеся черные карлики станут жидкими капля­ми. А через 101500 лет любое вещество станет радиоактивным, и все жидкие капли (т.е. бывшие звезды) станут железными. От грандиоз­ной и разнообразнейшей Вселенной останутся только жидкие холод­ные железные капли!

Что же дальше? Пройдет невообразимое число лет, которое можно выразить числом 1010 , пока такие железные капли не превра­тятся в «черные дыры». Эти, уже последние, «черные дыры» за относительно небольшой промежуток времени 1067 лет испарятся, пре­вратив Вселенную в поток сверхдлинноволновых квантов и электронно-позитронную плазму. Такое состояние — окончательная «смерть» Вселенной.

11.8. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций

11.8.1. Понятие внеземных цивилизаций. Вопрос об их возможной распространенности

В последние десятилетия в массовом сознании отмечается наплыв очередной волны мистицизма. На этом фоне широкое распростране­ние получило обсуждение вопроса о внеземных цивилизациях, их поисках и контактах с ними. Увлечение поисками НЛО и страстное ожидание пришельцев из внеземных цивилизаций стали чуть ли не повальными. Подчас это увлечение приобретает явные черты массо­вого психоза — почти ежемесячно в средствах массовой информации (в том числе и достаточно серьезных) появляется «информация» об инопланетянах, контактах с ними и даже об умыкании ими землян прямо в центрах многомиллионных городов. Ширятся слухи о нача­той операторами НЛО эвакуации землян в просторы Вселенной... Нет числа сообщениям о найденных доказательствах посещения Земли представителями высокоразвитых разумных цивилизаций в прошлом...

Занимается ли вопросом о внеземных цивилизациях современная наука? И если занимается, то как она его решает? Прежде всего следу­ет отметить, что вопрос о внеземных цивилизациях имеет свою научную постановку, которая существенно отличается от его трактовок массовым, обыденным, вненаучным сознанием. Современная наука трактует внеземные цивилизации как общества разумных существ, которые могут возникать и существовать вне Земли (на других плане­тах, космических телах, в иных Вселенных, средах и др.).

С позиций современной науки предположение о возможности существования внеземных цивилизаций имеет объективные основа­ния: представление о материальном единстве мира; о развитии, эво­люции материи как всеобщем ее свойстве; данные естествознания о закономерном, естественном характере происхождения и эволюции жизни, а также происхождения и эволюции человека на Земле; астро­номические данные о том, что Солнце — типичная, рядовая звезда нашей Галактики и нет оснований для его выделения среди множест­ва других подобных звезд; в то же время астрономия исходит из того, что в Космосе существует большое разнообразие физических усло­вий, что может привести в принципе к возникновению самых разно­образных форм высокоорганизованной материи.

Оценка возможной распространенности внеземных (космичес­ких) цивилизаций в нашей Галактике осуществляется по формуле Дрейка:

N=R • f • n • k • d • q • L.

где N — число внеземных цивилизаций в Галактике; R — скорость образования звезд в Галактике, усредненная по всему времени ее существования (число звезд в год);f — доля звезд, обладающих планет­ными системами; n — среднее число планет, входящих в планетные системы и экологически пригодных для жизни;k — доля планет, на которых действительно возникла жизнь;d — доля планет, на которых после возникновения жизни развились ее разумные формы;q — доля планет, на которых разумная жизнь достигала фазы, обеспечиваю­щей возможность связи с другими мирами, цивилизациями;L — сред­няя продолжительность существования таких внеземных (космичес­ких, технических) цивилизаций.

За исключением первой величины (R ), которая относится к аст­рофизике и может быть подсчитана более или менее точно (около 10 звезд в год), все остальные величины являются весьма и весьма неопределенными, поэтому они определяются компетентными уче­ными на основе экспертных оценок, которые, разумеется, носят субъ­ективных характер.

Вот как, например, оценивается вероятность возникновения жизни. Ясно, что далеко не на всякой планете может возникнуть жизнь. Для возникновения жизни (посредством естественного отбо­ра) необходим сложный комплекс условий.

Во-первых, значительные интервалы времени; поэтому жизнь может возникнуть только вокруг старых звезд. Причем старых звезд не первого, а второго поколения, поскольку только рядом с ними могут быть остатки тяжелых элементов, оставшиеся после взрывов сверхновых звезд первого поколения.

Во-вторых, на планете должны быть соответствующие темпе­ратурные условия: слишком высокая или слишком низкая температу­ры исключают появление жизни.

В-третьих, масса планеты не должна быть слишком маленькой. Ведь в этом случае планета быстро теряет свою атмосферу, которая попросту испаряется («диссипация»). Чем легче газ, тем быстрее он уходит за пределы планеты. С другой стороны, масса планеты не должна быть очень большой, чтобы не удерживать свою первоначаль­ную атмосферу (из водорода и гелия), не препятствовать изменению ее состава и появлению вторичной атмосферы.

В-четвертых, наличие жидкой оболочки на ее поверхности. Ведь первичные формы жизни скорее всего возникли в воде.

И наконец, в - п я т ы х, на планете должны быть условия для воз­никновения сложных молекулярных соединений, на основе которых могут протекать разнообразные химические процессы.

В результате учета всех этих условий оказывается, что лишь у 1—2% всех звезд в Галактике могут быть планетные системы с явле­ниями жизни. Иначе говоря, при самых оптимальных оценках около 1 млрд звезд могут иметь планетные системы, на которых в принципе возможна жизнь *. В целом остается большой и неопределенность в оценке общей величиныN : от 109 цивилизаций в Галактике до одной цивилизации в нескольких соседних галактиках.

* Что касается Солнечной системы, то современная астрономия пришла к выводу о невозможности существования высокоразвитой жизни на других плане­тах. Лишь на Марсе, по-видимому, могут быть простейшие формы жизни.

Расстояние между цивилизациями,

св.год

Число цивилизаций N

7000

102

1500

104

320

106

32

109

Как один из аргументов в пользу того, что внеземные цивилиза­ции — явление очень редкое, выдвигается отсутствие видимых проявлений их активности. Но это утверждение тоже недостаточно стро­гое. Оно определяется во многом уровнем развития нашей цивилиза­ции, в том числе и совершенством средств астрономических наблюдений.

11.8.2. Типы контактов с внеземными цивилизациями

Тема контактов со внеземными цивилизациями — пожалуй, одна из самых популярных в научно-фантастической литературе и кинемато­графии. Она вызывает, как правило, самый горячий интерес у по­клонников этого жанра, всех, интересующихся проблемами Миро­здания. Но художественное воображение здесь должно быть подчи­нено жесткой логике рационального анализа. Такой анализ показы­вает, что возможны следующие типы контактов: непосредственные контакты, т.е. взаимные (или односторонние) посещения; контакты по каналам связи; контакты смешанного типа — посылка к внеземной цивилизации автоматических зондов, которые передают получен­ную информацию по каналам связи.

Конечно, наиболее привлекательны контакты первого типа, но именно они наиболее трудны в реальном осуществлении. Основная трудность связана с длительностью полета к другим цивилизациям, которая может быть больше времени жизни самой земной цивилиза­ции. Отсюда возникает вопрос о возвращении, ценности привезен­ной информации, а значит, и смысле самого полета. Например, при полетах к далеким звездам со скоростями, много меньшими скорости света (v « с ), требуются тысячелетия, а значит, такие полеты возмож­ны только к ближайшим звездам. Теоретические аспекты таких про­ектов учеными обсуждаются, хотя до их практического осуществле­ния еще очень далеко.

Так называемые фотонные ракеты позволили бы перемещаться в пространстве со скоростями, близкими к скорости света (v ~ с). При этом путешествия в отдаленные области Галактики (и даже в другие галактики) заняли бы время жизни одного поколения космонавтов. Но согласно теории относительности, в условиях такого полета время сокращается только для экипажа космического корабля, а для жителей Земли оно будет течь как в нерелятивистской системе. Это значит, что за время путешествия на Земле пройдут сотни и тысячи лет, земная цивилизация изменится настолько, что не только достав­ленная информация станет ненужной, но исходный смысл такого полета будет утерян.

Правда, учитывая эти аргументы, иногда высказывают идею кос­мического путешествия без возвращения на Землю, т.е. межзвездного перелета со сменой поколений во время полета. В будущем эта проблема, очевидно, будет в принципе технически решаемой. Но ее смысл уже иной — это расселение земной цивилизации во Вселенной. Оценка целесообразности такого расселения — дело наших далеких потомков.

В настоящее время реально возможными контактами с внеземны­ми цивилизациями являются контакты по каналам связи. Если время распространения сигнала в обе стороны ( больше времени жизни цивилизации (t > L ), то речь может идти об одностороннем контак­те. Если жеt << L , то возможен двусторонний обмен информацией. Современный уровень естественно-научных знаний позволяет се­рьезно говорить лишь о канале связи с помощью электромагнитных волн, а сегодняшняя радиотехника может реально обеспечить уста­новление такой связи.

Развитие естествознания во второй половине XX в., выдающиеся открытия в области астрономии, кибернетики, биологии, радиофи­зики позволили перевести проблему внеземных цивилизаций из чисто умозрительной и абстрактно-теоретической в практическую плоскость. Впервые в истории человечества появилась возможность вести глубокие и подробные экспериментальные исследования по этой важной фундаментальной проблеме. Необходимость такого рода исследований определяется тем, что открытие внеземных циви­лизаций и установление контакта с ними могут иметь, огромное вли­яние на научный и технологический потенциал общества, оказать положительное воздействие на будущее человечества.

11.8.3. Поиски внеземных цивилизаций

Изучению внеземных цивилизаций должно предшествовать установ­ление той или иной формы связи с ними. В настоящее время намети­лось несколько направлений поиска следов активности внеземных цивилизаций.

Во-первых, поиск следов астроинженерной деятельности вне­земных цивилизаций. Это направление базируется на предположе­нии, что технически развитые цивилизации рано или поздно должны перейти к преобразованию окружающего космического пространст­ва (создание искусственных спутников, искусственной биосферы и др.), в частности для перехвата значительной части энергии звезды. Как показывают расчеты, излучение основной части таких астроинженерных сооружений должно быть сосредоточено в инфракрасной области спектра. Следовательно, задача обнаружения подобных вне­земных цивилизаций должна начинаться с поиска локальных источников инфракрасного излучения или звезд с аномальным избытком инфракрасного излучения. Такие исследования в настоящее время ведутся. В результате было обнаружено несколько десятков инфрак­расных источников, однако пока нет оснований связать какой-либо из них с внеземной цивилизацией.

Во-вторых, поиск следов посещения внеземных цивилизаций на Земле. В основе этого направления лежит допущение о том, что активность внеземных цивилизаций могла проявляться в историчес­ком прошлом в виде посещения Земли, и такое посещение не могло не оставить следов в памятниках материальной или духовной культу­ры различных народов. Так проблема внеземных цивилизаций сбли­жается с историей культуры, археологией, где также имеется немало «белых пятен», загадок, тайн и проблем. На этом пути немало возмож­ностей для различного рода сенсаций — ошеломляющих «открытий », квазинаучных мифов о космических истоках отдельных культур (или их элементов); так, рассказом о космонавтах называют легенды о вознесении святых на небо. Необъяснимые пока постройки больших каменных сооружений также не доказывают их космического проис­хождения. Например, спекуляции такого рода вокруг гигантских ка­менных идолов на острове Пасхи были развеяны Т. Хейердалом:потомки древнего населения этого острова показали ему, как это делалось не только без вмешательства космонавтов, но и без всякой техники. В этом же ряду находится и гипотеза о том, что Тунгусский метеорит был не метеоритом или кометой, а космическим кораблем инопланетян. Такого рода гипотезы и предположения необходимо исследовать самым тщательным образом.

В-третьих, поиск сигналов от внеземных цивилизаций. Данная проблема в настоящее время формулируется прежде всего как про­блема поиска искусственных сигналов в радио- и оптическом (напри­мер, остронаправленным лучом лазера) диапазонах. Наиболее веро­ятной является радиосвязь. Поэтому важнейшей задачей оказывает­ся выбор оптимального диапазона волн для такой связи. Анализ по­казывает, что наиболее вероятны искусственные сигналы на волнах λ ≡ 21 см (радиолиния водорода),λ ≡ 18 см (радиолиния ОН), λ ≡ 1,35 см (радиолиния водяного пара) или же на волнах, скомбини­рованных из основной частоты с какой-либо математической кон­стантой (π, е и др.).

Серьезный подход к поиску сигналов от внеземных цивилизаций требует создания постоянно действующей службы, охватывающей всю небесную сферу. Причем такая служба должна быть достаточно универсальной — рассчитанной на прием сигналов различного вида (импульсных, узкополосных и широкополосных).

Первые работы по поиску сигналов внеземных цивилизаций были выполнены в США в 1960 г. Исследовалось радиоизлучение ближай­ших звезд (τ Кита и ε Эридана) на волне 21 см. В последующем (70— 80-е гг.) такие исследования проводились и в СССР. В ходе исследо­ваний были получены обнадеживающие результаты. Так, в 1977 г. в США (обсерватория Огайского университета) в процессе обзора неба на волне 21 см был зарегистрирован узкополосный сигнал, ха­рактеристики которого указывали на его внеземное и, вероятно, ис­кусственное происхождение. Однако повторно этот сигнал зареги­стрировать не удалось, и вопрос о его природе остался открытым. С 1972 г. поиски в оптическом диапазоне проводились на орбиталь­ных станциях. Обсуждались проекты строительства многозеркаль­ных телескопов на Земле и на Луне, гигантских космических радио­телескопов и др.

Поиск сигналов от внеземных цивилизаций — это одна сторона контакта с ними. Но существует и другая — сообщение таким циви­лизациям о нашей, земной цивилизации. Поэтому наряду с поисками сигналов от космических цивилизаций предпринимались попытки направить послание внеземным цивилизациям. В 1974 г. с радио­астрономической обсерватории в Аресибо (Пуэрто-Рико) в сторону шарового скопления М-31, находящегося от Земли на расстоянии 24 тыс. световых лет, было направлено радиопослание, содержащее закодированный текст о жизни и цивилизации на Земле. Инфор­мационные сообщения также неоднократно помещались на косми­ческие аппараты, траектории которых обеспечивали им выход за пределы Солнечной системы. Конечно, очень мало шансов на то, что эти послания когда-либо достигнут цели, но начинать с чего-то надо. Важно, что человечество не только серьезно зaдyмывaeтcя о контактах с разумными существами из других миров, но уже и оказывается способным налаживать такие контакты, пусть в самой, про­стейшей форме.

В последнее десятилетие среди ученых и философов все более преобладает мнение, что Человечество одиноко если не во всей Все­ленной, то во всяком случае в нашей Галактике. Такое мнение влечет за собой важнейшие мировоззренческие выводы о значении и цен­ности земной цивилизации, ее достижений. Вполне возможно, что наша планета Земля является высшим «цветом» развития всей или, по крайней мере, огромной части Вселенной, в человечестве скон­центрированы все основные результаты, итоги саморазвития Мира, Природы. Это значит, что мы, люди, человечество, в огромной сте­пени ответственны — не только за нашу планету, но и за развитие Вселенной в целом!

11.9. Методологические остановки «неклассической» астрономии XX в.

Краткий обзор современной астрономической картины мира пока­зывает, что астрономия в XX в. кардинально преобразовала старые классические представления о Вселенной, ее структуре и эволюции, пережила глубокую научную революцию, которая изменила способ астрономического познания. На смену классическому пришел «не­классический» способ астрономического познания. Свидетельством этого является радикальная смена методологических установок аст­рономического познания.

· Основа астрономического познания - признание объективного суще­ствования предмета астрономической науки (космических тел, их систем и Вселенной в целом) и их принципиальной познаваемости научно-рациональными средствами (причем не только структур­ного, но и исторического аспекта Вселенной). Следовательно, можно говорить о полной победе материалистического прин­ципа познаваемости природы, истории Вселенной в системе методологии астрономии XX в.

· Эмпирическая основа современной астрономии - наблюдение во всевол­новом диапазоне. Теоретические исследования и эксперимен­тальные попытки регистрации гравитационных волн открыва­ют перспективы развития гравитационной астрономии. Све­дения о космосе несут не только волновые процессы, но и частицы (космические лучи, нейтрино). Причем важная осо­бенность наблюдений во внеонтических диапазонах состоит в том, что они дают информацию, как правило, о нестационар­ных процессах во Вселенной.

· Теоретическая основа современной астрономии - не только классическая механика, но и релятивистская и квантовая механика , кванто­вая теория поля. Классическая механика не потеряла своего значения для астрономического познания (прежде всего, для объяснения процессов, происходящих в Солнечной системе). Как и прежде, все основные расчеты движений тел планетной системы и искусственных спутников Земли, Луны и планет, космических аппаратов, созданных человеком, осуществляют­ся (в силу слабости релятивистских и квантовых эффектов для этих систем) на базе ньютоновской механики.

· Физическая реальность состоит из трех качественно несводи­мых друг к другу уровней: микро-, макро-и мегамиров. В системе астрономического познания выделяются две большие подсистемы: во-первых, астрономические науки, изучающие закономерности космических тел и процессов макроуровня (небесная механика, астродинамика, астрометрия и др.); во-вторых, астрономические науки, изучающие космические процессы на уровне мегамира (вне­галактическая астрономия, релятивистская космология и др.). Считается, что исследования носят космологический харак­тер, если предмет изучения имеет линейные размеры, превы­шающие 109 пк; именно здесь проходит разграничительная линия между «обычным» астрономическим и космологичес­ким масштабами.

· В системе астрономического познания большую роль играет ис­следование закономерностей микромира, связанных с процессами излучения звезд, ранних этапов эволюции Вселенной и т.п., поэтому современная астрономия пользуется и аппаратом микрофизики (квантовая механика, квантовая электродинамика, теория электро­слабого взаимодействия, квантовая хромодинамика и др.). Вопрос о глубинных внутренних связях между микро-, макро- и мегамирами, о том, что на определенном уровне они представляют собой некое (диалектическое) единство, также входит в поле зрения современной астрономии *.

* Косвенным свидетельством в пользу наличия такого единства является не­объяснимая пока закономерность взаимосвязи физических констант (гравитаци­онная постоянная, постоянная Планка, скорость света, заряд электрона, констан­ты сильного и слабого взаимодействий, массы электрона, протона и других элемен­тарных частиц, постоянная Хаббла, средняя плотность масс во Вселенной и др.). из которых можно построить безразмерные величины двух видов: порядка 10-2 и порядка 1040 , в которых связаны как атомные, так и космологические константы.

· Вопрос о единственности Вселенной как объекта космологии в совре­менной астрономии решается отнюдь не однозначно . Наряду с точ­кой зрения, что Вселенная как объект космологии — это наша Метагалактика в ее самых общих свойствах (причем данная точка зрения пока доминирует), существует мнение, что ото­ждествлять Вселенную с Метагалактикой нельзя, поскольку Вселенная может состоять из множества метагалактик, множеств вселенных, порождаемых виртуальной «пеной» физического вакуума, могут сосуществовать друг с другом, а тезис об уникальности Вселенной должен рассматривать­ся как исторически относительный, определяемый уровнем практики.

Хотя эмпирических данных, подтверждающих представление о множественности метагалактик (вселенных), пока нет (более того, проблематична даже та конкретная логико-гносеологическая форма, в которой такой эмпирический базис может быть зафиксирован), тем не менее среди астрономов все чаще высказывается мнение о сущест­вовании других метагалактик (вселенных). Одна из теоретических посылок для такого вывода состоит в следующем. Уравнения общей теории относительности и квантовой физики не дают ответа на во­прос о начальных условиях эволюции нашей Вселенной. Здесь воз­можны два варианта: во-первых, первичное сингулярное состоя­ние вещества из множества потенциальных физических возможнос­тей реализовалось в одну реальную — нашу Метагалактику; в о - в т о р ы х, во Вселенной осуществляется все многообразие физических условий, явлений и движений, допускаемых основными физически­ми теориями. Если допустить вторую возможность, то надо признать, что реально существует множество вселенных (метагалактик), обра­зовавшихся в результате «первоначального взрыва» (сингулярного) протовещества, связанных между собой некими материальными «ка­налами».

· В трактовке сущности пространства и времени современная астрономия опирается на общую теорию относительности, в соответствии с которой пространственно-временные характе­ристики перестают быть фундаментальными, независимыми ни от чего понятиями физики. Геометрические характеристи­ки тел, их поведение и ход часов зависят прежде всего от гравитационных полей, которые в свою очередь создаются материальными телами. Иначе говоря, предполагается, что пространственно-временная метрика Вселенной обусловлена гравитационным полем, которое создается вещественными те­лами. Пространственно-временная метрика Вселенной, опре­деляющаяся гравитационным полем, в конечном счете зависит от закономерностей эволюции Вселенной. Другими словами, «искривленность» пространства и «замедленность» времени признаются-не только в отдельных частях Вселенной вблизи тяготеющих масс, но и в масштабах всей Метагалактики. Не исключена возможность, что метрика нашей Вселенной (Ме­тагалактики) замкнута. В таком случае надо вводить представ­ление о различии бесконечности и безграничности Вселенной в пространстве и времени. Важное значение имеет то обстоя­тельство, что в релятивистской физике такая характеристика, как «конечность-бесконечность», является вариантом (относи­тельной величиной), значит, противопоставление конечности и бесконечности относительно - конечность пространства в одной сис­теме не исключает его бесконечности в другой . Более того, относи­тельны не только «конечность-бесконечность», но и топологи­ческие характеристики пространства-времени. Есть основа­ния предполагать, что метрический и континуальный харак­тер пространства-времени в нашей Вселенной относителен и возможны пространственно-временные организации вещест­ва и поля с иными топологическими характеристиками *.

* См.: Мицкевич Н.В. Парадоксы пространства-времени в современной космо­логии // Астрономия. Методология. Мировоззрение. М., 1979. С.163—179.

· Современная астрономия теоретически и эмпирически обо­сновывает идею нестационарности Вселенной: мир астрономи­ческих объектов находится в состоянии постоянного качественного изменения, развития . Идея развития пронизывает всю совре­менную астрономию. Эта идея носит не умозрительный харак­тер, а воплощается в разного рода астрофизических и космо­логических моделях.

Общая идея о нестационарности Вселенной (пространственной и структурной) конкретизируется в следующих методологических установках: во-первых, развитие космических тел рассматривает­ся диалектически — со взрывами, скачками, перерывами постепен­ности; при этом учитывается многообразие путей развития, включая моменты нисходящего, регрессивного движения; в о - вторых, в ка­честве факторов, определяющих процесс развития космических тел, рассматриваются все четыре известных сейчас фундаментальных взаимодействия; прибегать ко всем четырем приходится в моделиро­вании начальных стадий эволюции Вселенной, вблизи сингулярнос­ти; в масштабах Метагалактики решающая роль принадлежит силе тяготения; в-третьих, признается необходимость доведения тео­ретического описания астрономического объекта и его эволюции до выделения его индивидуальных черт, поскольку астрономические объекты даже одного типа (например, звезды или даже звезды опре­деленного класса) имеют заметные индивидуальные различия (масса, светимость, химический состав, температура и др.).

· То обстоятельство, что идея развития пронизывает все совре­менное астрономическое знание, привело к переосмыслению роли космогонического аспекта в астрономическом познании. Современная астрономия исходит из установки о космогоническом смысле (прямом или опосредованном) любой астрономической пробле­мы . Именно космогонический аспект исследования Вселенной начинает все больше выступать в виде того организующего центра, который объединяет различные разделы дифферен­цировавшейся астрономической науки.

· В современной "неклассической" астрономии (так же, как и в класси­ческой) нет свободы выбора условий наблюдения. Так же, как и клас­сическая, современная астрономия осознает зависимость результата наблюдения от условий, в которых находится наблюдатель. Но в отличие от классической современная астроно­мия не во всех случаях допускает возможность пренебречь этой зависимостью или внести на нее поправку. В современной астрономии на эмпирическом уровне познания возрастает роль субъекта. Так, при объяснении с помощью общей теории относительности космологических явлений (искривленного пространства-времени) необходимо пользоваться классичес­кими понятиями для описания содержания эксперимента с излучением от удаленных объектов, поскольку он происходит в однородной и изотропной локальной области плоского пространства-времени. Это описание условий эксперимента не может быть элиминировано в окончательном результате исследования.

· Резкое возрастание теоретической активности субъекта современного астрономического познания. Современная астрономия (как и «неклассическая» физика) отвергает классический идеал абсолютного описания, согласно которому в рамках одной теории можно достичь исчерпывающего описания закономерностей и свойств мира астрономических объектов. В системе теорети­ческого описания структуры и эволюции Вселенной необходи­ма не одна, а множество теоретических моделей. Поэтому от­сутствует единство в вопросах о содержании исходных аб­стракций (принципов, аксиом), в которых отражаются сущест­венные характеристики предметной области, в вопросах выбора исходной концептуальной базы для построения таких моделей (например, разное отношение к космологическому постулату и др.).

Возрастание роли субъекта своеобразно проявляет себя в так называемом антропном принципе в космологии. В соответствии с этим принципом возникновение человечества стало возможным в силу уникальных крупномасштабных характеристик нашей Вселен­ной, позволяющих ей саморазвиваться от простого к сложному (см. 16).

· Изменяемость структуры познавательной деятельности в астроно­мии - одна из новых методологических установок . Принципы и спо­собы познавательной деятельности в развитии астрономии периодически изменяются. Эпохи, когда происходят такие из­менения, — это эпохи научных революций в астрономии.

Итак, методологические установки современной астрономии XX в. существенно отличаются от методологических установок клас­сической астрономии. Перечислим основные направления по кото­ром произошло их размежевание:

отказ от установки на признание неизменности структуры косми­ческих образований, признание фундаментальной роли структурной эволюции Вселенной;

изменение пространственно-временных представлений;

расширение теоретической базы астрономии за счет новых фун­даментальных теорий;

тенденции к отказу от идеи единственности Вселенной;

необходимость учета «условий познания» и на этой основе — новая гносеологическая ситуация в астрономии;

представление о периодической смене астрономических спосо­бов познания.

Такое существенное различие в методологических установках классической и неклассической астрономии позволяет сделать вывод о том, что в XX в. в астрономии происходит научная револю­ция — смена способов астрономического познания и астрономичес­кой картины мира.

Современная биологическая картина мира

12. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИИ XX в.

В XX в. динамичное развитие биологического познания позволило открыть молеку­лярные основы живого и непосредственно приблизиться к решению величайшей проблемы науки — раскрытию сущности жизни. Радикально изменились и сама биоло­гия, и ее место, роль в системе наук, отношение биологической науки и практики. Биология постепенно становится лидером естествознания.

Выражением этой тенденции являются следующие процессы: укрепление связи биологии с точными и гуманитарными науками; развитие комплексных и междисцип­линарных исследований; увеличение каналов взаимосвязи с теоретическим познани­ем и со сферой практической деятельности, прежде всего с глобальными проблемами современности; явное участие запросов практики в актуализации тех или иных про­блем биологического познания; непосредственным основанием исследовательской деятельности в биологии все в большей степени выступают прямые практические потребности, интересы и запросы общества; непосредственно программирующая роль биологии по отношению к аграрной, медицинской, экологической и другим видам практической деятельности; возрастание ответственности ученых-биологов за судьбы человечества (прежде всего в связи с перспективами генной инженерии); непосредственное проявление гуманистического начала биологического познания, широкое внедрение ценностных подходов и др. Все в большей мере становится ясно, что логика биологического познания в перспективе будет непосредственно задаваться потребностями практического преобразования природы, развития общественных отношений и интересов людей.

12.1. Век генетики

12.1.1. Хромосомная теория наследственности

Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. Важнейшим исходным событием явилось новое открытие законов Менделя. В 1900 г. законы Менделя были переоткрыты неза­висимо сразу тремя учеными — Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. Далее последовала лавина эмпирических открытий и построение различных теоретических мо­делей. За относительно короткий срок (20-30 лет) в учении о наследственности был накоплен колоссальный эмпирический и теорети­ческий материал.

Начало XX в. принято считать началом экспериментальной гене­тики, принесшей множество новых эмпирических данных о наслед­ственности и изменчивости. К такого рода данным можно отнести: открытие дискретного характера наследственности; обоснование представления о гене и хромосомах как носителях генов *; представ­ление о линейном расположении генов; доказательство существова­ния мутаций и возможность вызывать их искусственно; установление принципа чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков; разработка методов гибридологического ана­лиза, чистых линий и инцухта, кроссинговера (нарушение сцепления генов в результате обмена участками между хромосомами) и др. Важно, что все эти и другие открытия были экспериментально под­тверждены, строго обоснованы.

* Понятия гена, генотипа, фенотипа были введены в биологию датским уче­ным В.Л. Иогансеном.

В первой четверти XX в. интенсивно развивались и теоретичес­кие аспекты генетики. Особенно большую роль сыграла хромосо­мная теория наследственности, разработанная в 1910—1915 гг. в трудах А. Вейсмана, Т. Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера и др. Она строилась на следующих исходных абстракциях: хромосома состоит из генов; гены расположены на хромосоме в линейном порядке; ген — неделимая корпускула наследственности, «квант»; в мутациях ген из­меняется как целое. Эта теория была первой обстоятельной попыт­кой теоретической конкретизации идей, заложенных в законах Мен­деля.

Первые 30 лет XX в. прошли под знаком борьбы представителей различных концепций наследственности. Так, против хромосомной теории наследственности выступал У. Бэтсон, считавший, что эво­люция состоит не в изменениях генов под влиянием внешней среды, а лишь в выпадении генов, в накоплении генетических утрат.

12.1.2. Создание синтетической теории эволюции

Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генети­кой стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эволюци­онной биологии. Синтез генетики и эволюционного учения был качественным скачком в развитии как генетики, так и эволюционной теории. Он означал создание качественно нового ядра системы био­логического познания, свидетельствовал о переходе биологии с клас­сического на современный, неклассический уровень развития.

Принципиальные положения синтетической теории эволюции были заложены работами С. С. Четверикова (1926), а также Р. Фише­ра, С. Райта, Дж. Холдейна, Н.П. Дубинина (1929-1932) и др. Непо­средственными предпосылками для синтеза генетики и теории эво­люции выступали: хромосомная теория наследственности, биомет­рические и математические подходы к анализу эволюции, закон Харди — Вейберга для идеальной популяции (гласящий, что такая популяция стремится сохранить равновесие концентрации генов при отсутствии факторов, изменяющих его), результаты эмпиричес­кого исследования изменчивости в природных популяциях и др.

В основе этой теории лежит представление о том, что элементар­ной «клеточкой» эволюции является не организм и не вид, а популя­ция. Именно популяция — та реальная целостная система взаимосвя­зи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в смене био­логических поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген (участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кисло­ты — ДНК, отвечающий за развитие определенных признаков орга­низма). Наследственное изменение популяции в каком-либо опреде­ленном направлении осуществляется под воздействием ряда эволю­ционных факторов (изменяющих генотипический состав популя­ции): мутационный процесс (поставляющий элементарный эволюционный материал), популяционные волны (колебания чис­ленности популяции в ту или иную сторону от средней численности входящих в нее особей), изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на не­сколько самостоятельных), естественный отбор — процесс, опреде­ляющий вероятность достижения индивидами репродукционного возраста. Естественный отбор является ведущим эволюционным фактором, направляющим эволюционный процесс.

Формирование синтетической теории эволюции ознаменовало переход к популяционной концепции, сменившей организмоцентрическую, начало преодоления противопоставления исторического и структурно-инвариантного «срезов» в исследовании живого, интег­рацию биологии на базе дарвинизма (в России — Н.И. Вавилов, И.И. Шмальгаузен, А.Н. Северцов, разработавший учение о главных направлениях биологического процесса — аромофозе и идиоадаптации, и др.). Это открыло качественно новый этап в развитии биоло­гии — переход к созданию единой системы биологического знания, воспроизводящей законы развития и функционирования органичес­кого мира как целого.

12.1.3. Революция в молекулярной, биологии

Во второй половине 40-х гг. в биологии произошло важное событие — осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. Предпосылки новых открытий в области биохимии складыва­лись раньше. В 1936 г. в СССР А. Н. Белозерский получил из растения тимонуклеиновую кислоту, которая до тех пор выделялась лишь в животных организмах, что доказало тождество животных и расти­тельных миров на молекулярном уровне. Важные идеи, открывавшие новые широкие ориентиры познания, намного опередившие свое время, были выдвинуты Н. К. Кольцовым. Так, еще в 1927 г. он выска­зал мысль о том, что при размножении клеток осуществляется мат­ричная ауторепродукция материнских молекул. Правда, Кольцов считал, что эти процессы осуществляются на белковой основе, по­скольку в то время генетические свойства ДНК не были известны. Именно вследствие незнания наследственных свойств ДНК биохи­мия развивалась относительно независимо от генетики до середины 40-х гг. Скачок в направлении их тесного взаимодействия произошел после того, как биология перешла от белковой к нуклеиновой трак­товке природы гена. (В начале 40-х гг. впервые появился термин «молекулярная биология».)

В 1944 г. американскими биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось лавинообразное развитие молекуляр­ной биологии. Последовавшие в 1949—1951 гг. исследования Э. Чаргаффа, сформулировавшего знаменитые правила, объясняющие структуры ДНК, а также рентгенографические исследования ДНК, проведенные М. Уилкинсом и др., подготовили почву для расшиф­ровки в 1953 г. (Ф. Крик, Д. Уотсон) структуры ДНК, которая показа­ла, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Именно поэтому в хромосомах клеток молекула ДНК способна к ауторепродукции. Свойство самоуд­воения ДНК обеспечивает явление наследственности. Расшифровка структуры ДНК была великой революцией в молекулярной биологии и стала ключом к пониманию того, что происходит в гене при пере­даче наследственных признаков.

Но расшифровка структуры молекулы ДНК была лишь первым шагом на пути выявления механизма наследственности и изменчи­вости. Далее за относительно непродолжительный срок времени были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной-РНК; расшифрован генетический код; осуществлен синтез гена; теоретически решена проблема био­синтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура для некоторых из них; на этой основе выяснен принцип и особенности функционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке; зало­жены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (это имеет и свои нравственно-ценностные аспекты). В последние 40 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми тем­пами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий — выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт— наследственности, изменчивости, обме­не веществ и др.

12.1.4. Методологические установки современной биологии

Методологические установки биологии XX в. значительно отличают­ся от методологических регулятивов классической биологии (см. 7.4.7.). Основные направления, по которым произошло их раз­межевание, следующие.

Во-первых, качественно новое представление объекта позна­ния (полисистемное видение биологического объекта, отказ от моно­центризма и организмоцентризма в пользу полицентризма и популяционного стиля мышления). Представление о том, что «клеточкой» эволюционного процесса выступает не организм, а популяция, может рассматриваться как исходный момент в формировании сис­темы методологических установок неклассической биологии.

Во-вторых, качественно новая гносеологическая ситуация, требующая явного указания на условия познания, на особенности субъект-объектных отношений; невозможность пренебречь ролью и позицией субъекта познания в окончательном результате биологи­ческого исследования.

В-третьих, установление диалектического единства ранее про­тивопоставлявшихся друг другу методологических подходов. На этом пути формируются методологические установки, предполагающие: единство описательно-классифицирующего и объяснительно-номотетического подходов; единство операций расчленения, редукции к более элементарным компонентам и процессов интегрирующего вос­производства целостной организации; диалектическое сочетание структурного и исторического подходов; понимание причинности, учитывающее диалектику необходимости и случайности, внутренне­го и внешнего через единство функционально-целевого и статисти­чески-вероятностного подходов; единство эмпирических исследова­ний с процессом интенсивной теоретизации биологического знания, включающем его формализацию, математизацию, аксиоматизацию и др.

В-четвертых, в XX в. заметно преобразовывается мировоз­зренческая функция биологии. К концу века мировоззренческая на­целенность биологии, ориентированность ее результатов на конкре­тизацию наших представлений об отношении человек — мир реали­зуется в двух направлениях:

1) на человека, на выявление взаимосвязей биологического и со­циального в человеке; определение функционирования биологичес­кого в общественном (социуме). Человек становится непосредствен­ной исходной «точкой отсчета» биологической науки, от него, для него и на него непосредственно ориентировано познание живого. Это направление развивается в контексте взаимосвязи биологического и социального познания; историческим пьедесталом здесь вы­ступает процесс антропосоциогенеза, выявление биологических предпосылок становления человека и общества;

2) на мир, на выявление закономерностей включенности живого в эволюцию Вселенной, перспектив биологического мира в разви­тии мира космического. Это направление раскрывается прежде всего через взаимосвязь биологических и астрономических наук, истоки единства которых уходят в весьма далекое прошлое — в пе­риод становления мифологического сознания, чувственно-образные обобщения которого строились, в частности, и на базе единства ритмики некоторых биологических и астрономических явлений. В XIX—XX вв. основной формой интегрирования этих двух отрас­лей познания выступила астробиология — поиск и исследование имеющимися в нашем распоряжении средствами (во второй поло­вине XX в. это прежде всего всеволновые астрономические наблю­дения и космические аппараты) неземных форм жизни. В самое последнее время складывается новый интересный теоретический подход, имеющий не только специально научное, но и общемировоззренческое значение. Он связан с антропным принципом в кос­мологии и принципом глобального эволюционизма (см. 16).

13. МИР ЖИВОГО

Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Богатейший мир многоклеточных су­ществ представлен тремя царствами — грибами, растениями и животными. Каждое из них в свою очередь представлено разнообразными типами, классами, отрядами, се­мействами, родами, видами, популяциями и особями. Все эти таксоны являются ре­зультатом исторического развития мира живого, его эволюции.

13.1. Особенности живых систем

13.1.1. Существенные черты живых систем

Число видов ныне существующих растений достигает более 500 тыс., из них цветковых примерно 300 000. Царство животных не менее разнообразно, чем царство растений, а по числу видов животные превосходят растения. Описано около 1 200 000 видов животных (из них около 900 000 видов — членистоногих, 110 000 — моллюсков, 42 000 — хордовых животных).

Но мир живого имеет еще и структурно-инвариантный аспект: живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структур­ностью. Подавляющее большинство ныне живущих организмов (кроме вирусов и фагов) состоит из клеток. По признаку клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточ­ные. Доклеточные формы жизни — вирусы (открытые в 1892 г. русским микробиологом Д.И. Ивановским) и фаги. Вирусы занимают промежуточное место между живым и неживым. Они состоят из бел­ковых молекул и нуклеиновых кислот; не имеют собственного обмена веществ; вне организма или клетки они не проявляют признаков жизни. Все клеточные подразделяются на четыре царства: безъядер­ные (бактерии, цианеи), растения (багрянки, настоящие водоросли, высшие растения), грибы (низшие и высшие) и, наконец, животные (простейшие и многоклеточные). Безъядерные, видимо, относятся к самым древним формам жизни на Земле. Кроме того, существует множество сообществ разной сложности, включающих как особей одного вида, так и особей, принадлежащих к разным видам.

Биология XX в. углубила понимание существенных черт живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной биоло­гической картины мира лежит представление о том, что мир живого — это грандиозная СИСТЕМА высокорганизованных систем. Любая система (и в неорганической, и в органической природе) состоит из совокупности элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в единое целое. Биоло­гическим системам свойственны свои специфические элементы и особенные типы связей между ними.

Сначала об элементах и компонентах биологических систем. В них выражена дискретная составляющая живого. Живые объекты, системы в природе относительно обособлены друг от друга (особи, популяции, виды). Любая особь многоклеточного животного состо­ит из клеток, а любая клетка и одноклеточные существа — из опреде­ленных органелл. Органеллы образуются дискретными, обычно вы­сокомолекулярными, органическими веществами. Среди живых сис­тем нет двух одинаковых особей, популяций и видов.

Вместе с тем сложная организация немыслима без целостности. Целостность порождается структурой системы, типом связей между ее элементами. Биологические системы отличаются высоким уров­нем целостности и самоорганизацией. Живые системы — открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом и энергией со сре­дой. Для них характерны отрицательная энтропия (увеличение упо­рядоченности), возрастающая в процессе органической эволюции, способность к самоорганизации материи.

Всем живым системам свойственны следующие существенные черты: обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размно­жение, приспособляемость. Каждое из этих свойств порознь может встречаться и в неживой природе и поэтому само по себе не может рассматриваться как специфическое для живого. Однако все вместе они никогда не характеризуют объекты неживой природы и свойст­венны только миру живого, и в своем единстве являются критериями, отличающими живое от неживого.

Живой организм — это множественная система химических про­цессов, в ходе которых происходит постоянное разрушение молеку­лярных органических структур и их воспроизводство. Современная молекулярная биология показала поразительное единство живой ма­терии на всех уровнях ее развития — от простейшего микроорганиз­ма до высшего млекопитающего. Выяснилось, что существует только два основных класса молекул, взаимодействие которых определяет то, что мы называем жизнью. Это — нуклеиновые кислоты и белки. Взятые вместе, они и образуют основу живого.

Основой воспроизводства является синтез белков, который про­исходит в клетках организма при помощи нуклеиновых кислот — ДНК и РНК (рибонуклеиновая кислота). Белки — это очень сложные макромолекулы, структурными элементами которых являются ами­нокислоты. Структура белка задается последовательностью образую­щих его аминокислот. Причем характерно то, что из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании белков всех орга­низмов используется только 20. Почему именно эта двадцатка амино­кислот, а не какие-либо другие синтезирует белки нашего органичес­кого мира, до сих пор так и не ясно.

Нуклеиновые кислоты обладают более простой структурой. Они образуют длинные полимерные цепи, звеньями которых выступают нуклеотиды — соединения азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. В ДНК основаниями служат аденин, гуанин, цитозин и тимин. Эти азотистые основания присоединяются к сахару по одному в разной последовательности. Аденин и гуанин являются пуринами, а цитозин, тимин и урацил — пирамидинами. В РНК тимин заменен урацилом, а сахар дезоксирибоза в ДНК — рибозой в РНК.

Сущность живого наиболее концентрированно выражена в заме­чательном явлении конвариантной редупликации. Конвариантная редупликация — «самовоспроизведение с изменениями», осуществляемое на основе матричного принципа синтеза макромолекул. В его основе — уникальная способность к самовоспроизведению основ­ных управляющих систем (ДНК, хромосом и генов), которые облада­ют относительно высокой степенью стабильности. Такая стабиль­ность и обеспечивает возможность идентичного самовоспроизведе­ния (явление наследственности). Все основные свойства живого не­мыслимы без наследственной передачи свойств в ряду поколений.

С другой стороны, при самовоспроизведении управляющих сис­тем в живых организмах происходит не абсолютное повторение, а воспроизведение с внесением изменений, что также определяется свойствами молекул ДНК. Абсолютной стабильности в природе не бывает. Любая достаточно сложная молекулярная структура, претер­певает структурные изменения в результате движения атомов и молекул. Если эти изменения не ведут к летальному исходу, они будут передаваться по наследству в результате самовоспроизведения по матричному принципу. Конвариантная редупликация означает воз­можность передачи по наследству мутаций, т.е. дискретных отклоне­ний от исходного состояния.

13.1.2. Основные уровни организации живого

Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого достаточно многочисленны. Среди них: молекулярный, кле­точный, тканевой, органный, онтогенетический, популяционный, видовой, биогеоценотический, биосферный. Могут быть определе­ны и другие уровни. Но во всем многообразии уровней должны быть выделены некоторые основные. Критерием выделения основных уровней выступают специфические дискретные структуры и фунда­ментальные биологические взаимодействия. На основании таких критериев достаточно четко выделяются следующие уровни органи­зации живого: молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический.

Молекулярно-генетический уровень . Знание закономерностей молекулярно-генетического уровня организации живого — необходи­мая предпосылка для ясного понимания жизненных явлений, проис­ходящих на всех остальных уровнях организации жизни. На этом уровне организации жизни гены представляют собой элементарные единицы. В XX в. развитие хромосомной теории наследственности, анализ мутационного процесса, изучение строения хромосом, фагов и вирусов, развитие молекулярной биологии, биохимии позволило раскрыть основные черты организации элементарных генетических структур и связанных с ними явлений.

Выяснено, что основные структуры на этом уровне, несущие в себе коды наследственной информации, представлены молекулами ДНК, дифференцированными по длине на элементы кода — трипле­ты азотистых оснований, образующих гены. Основные свойства генов: способность их к конвариантной редупликации, к локальным структурным изменениям (мутациям), способность передавать хран­ящуюся в них информацию внутриклеточным управляющим сис­темам.

Молекула ДНК представляет собой две спаренные нити, закручен­ные в спирали. Каждая из этих нитей соединяется с другой водород­ными связями; причем каждая из таких связей попарно соединяет либо аденин одной цепи с тимином другой, либо гуанин с цитозином. Конвариантная редупликация происходит по матричному принципу. Сначала разрываются водородные связи двойной спирали ДНК с участием фермента ДНК-полимеразы. Затем каждая из нитей на своей поверхности строит соответствующую нить, после чего новые нити комплементарно соединяются между собой. Пиримидиновые и пуриновые основания комплементарных нитей «сшиваются» между собой ДНК-полимеразой. Этот процесс осуществляется очень быстро. Так, на самосборку ДНК, состоящей примерно из 40 тыс. пар нуклеотидов, требуется всего 100 с.

В синтезе белков важная роль принадлежит также и РНК. Синтез белка происходит в особых областях клетки — рибосомах. Рибосомы иногда образно называют «фабриками белка». Существует по крайне мере три типа РНК: высокомолекулярная РНК, локализующаяся в рибосомах; информационная-РНК, образующаяся в ядре клетки; транспортная-РНК.

В ядре генетический код переносится с молекул ДНК на молекулу информационной-РНК. Генетическая информация о последователь­ности и характере синтеза белка переносится из ядра молекулами информационной-РНК в цитоплазму к рибосомам и там участвует в синтезе белка. Перенос и присоединение отдельных аминокислот к месту синтеза осуществляется транспортной-РНК. Белок, содержа­щий тысячи аминокислот, в живой клетке синтезируется за 5 — 6 мин.

Таким образом, как при конвариантной редупликации, так и при внутриклеточной передаче информации используют единый матрич­ный принцип: исходные молекулы ДНК и РНК являются матрицами, рядом с которыми строятся соответствующие макромолекулы. Моле­кулы ДНК играют роль кода, в котором как бы «зашифрованы» все синтезы белковых молекул в клетках организма. Характерно, что все биологические организмы, известные нам на Земле, используют оди­наковый тип генетического кода. Редупликация, основанная на мат­ричном копировании, делает возможным сохранение не только гене­тической нормы, но и отклонений от нее, т.е. мутаций (основа про­цесса эволюции).

Центральная проблема современной молекулярной биологии — изучение строения и функций органических макромолекул, прежде всего иерархии их структурной организации: первичная структура (последовательность мономеров в биополимерах), вторичная струк­тура (биополимерная спираль), третичная структура (определенная организация молекул белка), четвертичная структура (макромолекулярные комплексы молекул белков). В настоящее время молекуляр­ной биологией успешно дешифруется заложенный в структуре нукле­иновых кислот код, служащий матрицей при синтезе специфических белковых структур.

Онтогенетический уровень . Следующий, более сложный, ком­плексный уровень организации жизни на Земле — онтогенетический. Он связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидуумов. Индивид, особь — неделимая и целостная единица жизни на Земле. В многобразной земной органической жизни особи имеют различное морфологическое содержание. Здесь и одноклеточные, состоящие из ядра, цитоплазмы, множества органелл и мембран, макромолекул и т. д. Здесь и многоклеточная особь, образованная из миллионов и миллиардов клеток. Сложность много­клеточных особей неизмеримо выше сложности одноклеточных. Но и одноклеточная и многоклеточная особи обладают системной орга­низацией и выступают как единое целое.

Причем важно то, что характеристика особи не может быть исчер­пана рассмотрением физико-химических свойств макромолекул, вхо­дящих в его состав. Разделить особь на части без потери «индивиду­альности» невозможно. Это позволяет выделить онтогенетический уровень как особый уровень организации жизни. Таким образом, на онтогенетическом уровне единицей жизни служит особь — с момента ее рождения до смерти.

Развитие особи, последовательность морфологических, физиоло­гических и биохимических преобразований, претерпеваемых орга­низмом от образования зародышевой клетки до смерти составляет содержание процесса онтогенеза. Онтогенез состоит из роста, пере­мещения отдельных структур, дифференциации и усложнения интег­рации организма. По сути, онтогенез — это процесс реализации на­следственной информации, закодированной в управляющих структу­рах зародышевой клетки, а также испытания, проверки согласован­ности и работы управляющих систем во времени и пространстве, присособления особи к среде и др.

Причины развития организма в онтогенезе являются предметом обстоятельного и интенсивного изучения эмбриологами, биохими­ками, генетиками. Многие отрасли биологии изучают процессы и явления, происходящие в особи, согласованное функционирование ее органов и систем, механизм их работы, роль в жизнедеятельности организма, взаимоотношение органов, поведение организмов, приспособительные изменения и т.п. Пока не создана общая теория онтогенеза, не ясны всепричины и факторы, определяющие строгую организованность этого процесса. Имеющиеся результаты позволяют понять только некоторые отдельные процессы, обеспечивающие индивидуальное развитие организма. Прежде всего это касается изу­чения дифференциации, т.е. образования разнообразных, специали­зированных для выполнения определенных функций частей организ­ма. Элементарными структурами на онтогенетическом уровне орга­низации жизни служат клетки, а элементарными явлениями — какие-то процессы, связанные с их дифференциацией. Онтогенез определяется деятельностью некоторой саморегулирущейся иерар­хической системы, согласованно реализующей наследственные свой­ства и работу управляющих систем в пределах особи.

Вместе с тем до сих пор не известно, почему в онтогенезе строго определенные процессы происходят в должное время и в должном месте. Одна из важнейших проблем современной биологии — выяв­ление закономерностей регуляции внутриклеточных процессов, функций клетки и механизма включения генов в процессе клеточной дифференцировки, ведь в процессе развития каждой клетки в ней работают только те гены, функция которых необходима для развития данной ткани (органа).

Популяционно-видовой уровень . Особи в природе не абсолют­но изолированы друг от друга, а объединены более высоким рангом биологической организации. Это популяционно-видовой уровень. Он возникает там и тогда, где и когда происходит объединение осо­бей в популяции, а популяций в виды. Популяции - это совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида . Такие объедине­ния характеризуются появлением новых свойств и особенностей в живой природе, отличных от свойств молекулярно-генетического и онтогенетического уровней.

Популяции целостны, хотя состоят из множества особей. Их це­лостность базируется на иных основаниях, чем целостность молеку­лярно-генетического и онтогенетического уровней. Она обеспечива­ется взаимодействием особей в популяциях и воссоздается через обмен генетическим материалом в процессе полового размножения. Виды — это системы популяций. Популяции и виды как надындивиду­альные образования способны к существованию в течение длитель­ного времени и к самостоятельному эволюционному развитию.

Популяции выступают как элементарные, далее неразложимые эволюционные единицы, представляющие собой генетически от­крытые системы, так как особи из разных популяций иногда скрещи­ваются и популяции обмениваются генетической информацией. На популяционно-видовом уровне особую роль играет свободное скре­щивание между особями внутри популяции и вида. Виды являются наименьшими генетически закрытыми системами, поскольку скре­щивание особей разных видов в природе в подавляющем большинст­ве случаев не ведет к появлению плодовитого потомства.

Популяция — основная элементарная структура на популяционно-видовом уровне, а элементарное явление на этом уровне — изменение генотипического состава популяции; элементарный материал на этом уровне — мутации. В синтетической теории эволюции выделены элементарные факторы, действующие на этом уровне: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор. Каждый из этих факторов может оказать определенное воздействие на популяцию и вызвать изменения в генотипическом составе попу­ляции.

Популяции и виды, а также протекающий в популяциях процесс эволюции всегда существуют в определенной природной среде, кон­кретной системе, которая включает в себя биотические и абиотичес­кие факторы. Такая система получила название «биогеоценоз» — это элементарная единица следующего (биогеоценотического) уровня организации жизни на Земле.

Биогеоценотический уровень . Популяции разных видов взаимо­действуют между собой. В ходе взаимодействия они объединяются в сложные системы — биоценозы. Биоценоз - совокупность растений, жи­вотных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся опреде­ленными взаимосвязями между собой. Компоненты, образующие биоце­ноз, взаимозависимы. Изменения, касающиеся только одного вида, могут сказаться на всем биоценозе и даже вызвать его распад. Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные систе­мы (сообщества) — биогеоценозы.

Биогеоценоз (экосистема, экологическая система) - взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обме­ном веществ и энергией. Биогеоценоз — одна из наиболее сложных природных систем, продукт совместного исторического развития многих видов растений и животных, в ходе которого виды приспо­сабливались друг к другу. Структура биогеоценоза меняется в ходе эволюции видов.

Биогеоценоз — это целостная система. Виды в биогеоценозе дей­ствуют друг на друга не только по принципу прямой, но и обратной связи (в том числе посредством изменения ими абиотических условий). Выпадание одного или нескольких компонентов биогеоценоза может привести к разрушению целостности биогеоценоза, что часто ведет к необратимому нарушению равновесия и гибели биогеоценоза как системы. В целом жизнь биогеоценоза регулируется силами, дей­ствующими внутри самой системы, т.е. можно говорить о саморегу­ляции биогеоценоза. В то же время биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую каналы вещества и энергии, связы­вающие соседние биогеоценозы. Обмен веществ и энергией между соседними биогеоценозами может осуществляться в разных формах: газообразной, жидкой и твердой, а также в форме миграции животных.

Биогеоценоз — уравновешенная, взаимосвязанная и стойкая во времени система, которая является результатом длительной и глубо­кой адаптации составных компонентов. Устойчивость его пропорциональна многообразию его компонентов: чем многообразнее биогео­ценоз, тем он, как правило, устойчивее во времени и пространстве. Например, биогеоценозы, представленные тропическими лесами, гораздо устойчивее биогеоценозов в зоне умеренного или арктичес­кого поясов, так как тропические биогеоценозы состоят из гораздо большего множества видов растений и животных, чем умеренные и тем более арктические биогеоцнозы.

Высокоорганизованные организмы для своего существования нуждаются в более простых организмах; каждая экосистема неизмен­но содержит как простые, так и сложные компоненты. Биогеоценоз только из бактерий или деревьев никогда не сможет существовать, как нельзя представить экосистему, населенную лишь позвоночными или млекопитающими. Таким образом, низшие организмы в экосис­теме — это не какой-то случайный пережиток прошлых эпох, а необходимая составная часть биогеоценоза, целостной системы органи­ческого мира, основа его существования и развития, без которой не возможен обмен веществом и энергией между компонентами биогео­ценоза.

Абиотическими компонентами биогеоценозов являются атмо­сфера, солнечная энергия, почва, вода. Первичной биотической основой для сложения биогеоценозов служат автотрофы — зеленые растения и микроорганизмы, хемосинтетики, производящие орга­ническое вещество. Автотофные растения и микроорганизмы пред­ставляют жизненную среду для гетеротрофов — животных, грибов, большинства бактерий, вирусов. Поэтому и границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами растительных сообществ (фитоценозов) *. Но и животные впоследствии начинают играть важную роль в жизни растений: они осуществляют опыление, распростра­нение плодов, участвуют в круговороте веществ и т.д. Так склады­вается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.

* Автотрофы, и прежде всего фотосинтетики, играют поистине космическую роль на Земле. Фиксируя энергию солнечного света в продуктах фотосинтеза, растения выполняют роль космического очага энергии на Земле. Ежегодно расте­ния образуют до 100 млрд т органических веществ и фиксируют до 10 кДж энергии солнечной радиации. При этом растения усваивают из атмосферы до 170 млрд т углекислого газа и разлагают до 130 млрд т воды, выделяя до 115 млрд т свободного кислорода. Таким образом, жизнь на Земле полностью зависит от фотосинтеза. Учение о фотосинтезе было создано нашим соотечественником — великим ботаником К.А. Тимирязевым.

Вся совокупность связанных между собой круговоротам веществ и энергии биогеоценозов на поверхности нашей планеты образуют мощную систему биосферы Земли. Верхняя граница жизни в атмосфере достигает при­мерно 25—30 км, нижняя граница в земной коре сосредоточена в самом верхнем ее слое — до 10 м. (Хотя отдельные виды микроорга­низмов встречаются в нефтеносных слоях на глубине до 3 км.) В гидросфере (океаны и моря) зона, богатая живыми организмами, занимает слой воды до 200 м, но некоторые организмы обнаружены и на максимальной глубине глубоководных океанских впадин — до 11 км. Таким образом, «пленка жизни» на Земле достаточно тонкая и дости­гает всего лишь около 40 км. Она ограничена интенсивным потоком губительных ультрафиолетовых лучей за пределами озонового слоя в тропосфере и высокой температурой земных недр (на глубине 3 км она может достигать 100° С).

Благодаря деятельности растений биосфера стала аккумулятором солнечной энергии. Живые организмы представляют собой самую важную биохимическую силу, которая преобразует земную кору. Мас­штабы деятельности живых организмов поистине грандиозны. О них свидетельствуют тысячеметровые толщи известняка, огромные зале­жи каменного угля, мощные биогенные породы и т.п. Именно живое вещество определило состав атмосферы, осадочных пород, почвы, гидросферы. Благодаря этому неузнаваемо изменился внешний облик планеты.

Между неорганической и органической материей на Земле суще­ствует постоянный кругооборот вещества и энергии, в котором про­является закон сохранения массы и энергии: каждое живое существо благодаря следующим цепям питания (особенно бактериям) после окончания жизненного цикла возвращает природе все, что взяло от нее в течение жизни. Именно кругооборот вещества и энергии обес­печивает продолжительность существования жизни, потому что иначе на Земле запасы необходимых элементов были бы очень бы­стро исчерпаны. Рассматривая биосферу Земли как единую экологи­ческую систему, можно убедиться, что живое вещество Земли сущест­венно не уменьшается и не увеличивается в массе, а только переходит из одного состояния в другое.

Раздел биологии, изучающий экологические, системы (биоценозы, биогеоценозы) называется биогеоценология. Основателем ее был выдающийся отечественный ученый В.Н. Сукачев, учение о био­сфере создал наш великий мыслитель В.И. Вернадский.

Таким образом, молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой и биоценотический уровни — четыре основ­ных уровня организации жизни на Земле.

13.2. Возникновение жизни на Земле

13.2.1. Развитие представлений о происхождении жизни

Происхождение жизни — одна из трех важнейших мировоззренчес­ких проблем наряду с проблемой происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека.

Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, были предприняты еще в глубокой древности. В античности сложи­лись два противоположных подхода к решению этой проблемы. Первый, религиозно-идеалистический, исходил из того, что возникнове­ние жизни на Земле не могло осуществиться естественным, объектив­ным, закономерным образом; жизнь является следствием божествен­ного творческого акта (креационизм), и потому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира «жизнен­ная сила» (vis vitalis), которая направляет все процессы жизни (вита­лизм). В основе второго, материалистического подхода лежало пред­ставление о том, что под влиянием естественных факторов живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. Несмотря на свою примитивность. Первые исторические формы кон­цепции самозарождения сыграли прогрессивную роль в борьбе с креационизмом.

Идея самозарождения получила широкое распространение в сре­дневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих (например, мышей из тря­пок). Например, в трагедии В. Шекспира «Антоний и Клеопатра» Леонид говорит Марку Антонию: «Ваши египетские гады заводятся в грязи от лучей вашего египетского солнца. Вот, например, кро­кодил...» *. Известны попытки Парацельса разработать рецепты ис­кусственного человека (гомункулуса).

* Шекспир В. Полн. собр. соч.: В 8 т. М., 1960. Т. 7. С. 157.

Невозможность произвольного зарождения жизни была доказана целым рядом опытов. Итальянский ученый Ф. Реди эксперименталь­но доказал невозможность самозарождения сколько-нибудь сложных животных. Применение микроскопа в биологических исследованиях способствовало открытию большого разнообразия одноклеточных организмов. На этой основе вновь возродились старые идеи произ­вольного самозарождения простейших существ. Окончательно вер­сия о самозарождении была развенчана Л. Пастером в середине XIX в. Пастер показал, что не только в запаянном сосуде, но и неза­крытой колбе с длинной S-образной горловиной хорошо прокипяченный бульон остается стерильным, потому что в колбу через такую горловину не могут проникнуть микробы. Так было доказано, что в наше время какой бы то ни было новый организм может появиться только от другого живого существа.

Появление жизни на Земле пытались объяснить и занесением ее из других космических миров. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответст­вии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие миро­вое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Эта гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными XIX в. — У. Томсоном, Г. Гельмгольцем и др. Сходную гипотезу в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С, Аррениус. Его гипотеза получила название панспермии: во Вселенной вечно существуют зародыши жизни, которые движутся в космичес­ком пространстве под давлением световых лучей; попадая в сферу притяжения планеты, они оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.

Естествознание XX в. сделало шаг вперед в изучении жизни, ее проявлений на Земле и за ее пределами. Такие отрасли знаний, как биохимия, биофизика, генетика, молекулярная биология, космичес­кая биохимия и др., намного расширили представления о сущности земной жизни, о возможности существования подобных явлений вне пределов нашей планеты. Сейчас уже определенно выяснено, что «азбука» живого сравнительно проста: в любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, пять оснований, два углевода и один фосфат. Существование небольшого числа одних и тех же моле­кул во всех живых организмах убеждает нас, что все живое должно иметь единое происхождение.

Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возмож­ности развития органической природы и жизни в прошлом из неор­ганической материи. На определенной стадии развития материи жизнь может возникнуть как результат естественных процессов, со­вершающихся в самой материи. Кроме того, элементарные химичес­кие процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселен­ной и в различное время. Поэтому не исключается возможность зане­сения определенных предпосылочных факторов жизни на Землю из Космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной толь­ко на Земле они привели к формированию и расцвету жизни.

13.2.2. Возникновение жизни

С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь — это свойство ма­терии, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей планеты Земля. Возникновение жизни явилось ре­зультатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Все­ленной, а затем многие миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим —таковы последовательные стадии, по которым осуществлялся про­цесс зарождения жизни.

Возраст Земли исчисляется примерно 5 млрд лет. Жизнь сущест­вует на Земле, видимо, более 3,5 млрд лет. Признаки деятельности живых организмов обнаружены в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару.

В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выде­лить несколько основных этапов. Первый из них связан с образова­нием простейших органических соединений из неорганических.

Образование простых органических соединений . Происхожде­ние жизни связано с протеканием определенных химических реак­ций на поверхности первичной планеты. Каковы же основные этапы химической эволюции жизни?

На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном сниже­нии температуры атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элемен­тов (водорода, углерода, кислорода, азота), из которых и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, циа­нистый водород, а также молекулярный водород, кислород, азот. Физические и химические свойства воды (высокий дипольный мо­мент, вязкость, теплоемкость и т. д.) и углерода (трудность образова­ния окислов, способность к восстановлению и образованию линей­ных соединений) определили то, что именно они оказались у колы­бели жизни.

На этих начальных этапах сложилась первичная атмосфера Земли, которая носила не окислительный, как сейчас, а восстанови­тельный характер. Кроме того, она была богата инертными газами (гелием, неоном, аргоном). Эта первичная атмосфера уже утрачена. На ее месте образовалась вторая атмосфера Земли, состоящая на 20% из кислорода — одного из наиболее химически активных газов. Эта вторая атмосфера — продукт развития жизни на Земле, одно из его глобальных следствий.

Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда га­зообразных соединений в жидкое и твердое состояние, а также обра­зование земной коры. Когда температура поверхности Земли опустилась ниже 100°С произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни с частыми грозами привели к образованию больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, в том числе карбидов — соединений металлов с углеродом. При взаи­модействии карбидов с водой выделялись углеводородные соедине­ния. Горячая дождевая вода как хороший растворитель имела в своем составе растворенные углеводороды, а также газы (аммиак, углекис­лый газ, цианистый водород), соли и другие соединения, которые могли вступать в химические реакции. С особым успехом, видимо, протекали процессы роста молекул при наличии группы – N = С = N -. У этой группы большие химические возможности к росту за счет как присоединения к атому углерода атома кислорода, так и реагирова­ния с азотистым основанием. Так постепенно на поверхности моло­дой планеты Земля накапливались простейшие органические соеди­нения. Причем накапливались в больших количествах. Подсчеты по­казывают, что только посредством вулканической деятельности на поверхности Земли могло образоваться около 1016 кг органических молекул. Это всего на 2—3 порядка меньше массы современной био­сферы!

Вместе с тем астрономическими исследованиями установлено, что и на других планетах, и в космической газопылевой материи имеются углеродные соединения, в том числе углеводороды.

Возникновение сложных органических соединений. Второй этап биогенеза характеризовался возникновением более сложных органических соединений, в частности белковых веществ в водах первичного океана. Благодаря высокой температуре, грозовым раз­рядам, усиленному ультрафиолетовому излучению относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры, аминокослоты, белки и нуклеиновые кислоты.

Возможность такого синтеза была доказана опытами А.М. Бутле­рова, который еще в середине прошлого столетия получил из фор­мальдегида углеводы (сахар). В 1953—1957 гг. химиками различных стран (США, СССР, Германии) в целом ряде экспериментов из смеси газов (аммиака, метана, водяного пара, водорода) при 70—80°С и давлении несколько атмосфер под воздействием электрических раз­рядов напряжением 60 000 В и ультрафиолетовых лучей были синтезированы органические кислоты, в том числе аминокислоты (гли­цин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты), которые явля­ются материалом для образования белковой молекулы. Таким обра­зом, были смоделированы условия первичной атмосферы Земли, при которых могли образовываться аминокислоты, а при их полимериза­ции — и первичные белки.

Эксперименты в этом направлении оказались перспективными. В дальнейшем (при использовании других соотношений исходных газов и видов энергии) путем реакции полимеризации из простых молекул получали более сложные молекулы: белки, липиды, нуклеи­новые кислоты и их производные, а позже была доказана возмож­ность синтеза в условиях лаборатории и других сложных биохимических соединений, в том числе белковых молекул (инсулина), азо­тистых оснований нуклеотидов. Особенно важно то, что лаборатор­ные эксперименты совершенно определенно показали возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.

С определенного этапа в процессе химической эволюции на Земле активное участие стал принимать кислород. Он мог накапливаться в атмосфере Земли в результате разложения воды и водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. (Для превраще­ния восстановленной атмосферы первичной Земли в окисленную потребовалось не менее 1—1,2 млрд лет.) С накоплением в атмосфере кислорода восстановленные соединения начали окисляться. Так, при окислении метана образовались метиловый спирт, формальде­гид, муравьиная кислота и т.д., которые вместе с дождевой водой попадали в первичный океан. Эти вещества, вступая в реакции с аммиаком и цианистым водородом, дали начало аминокислотам и соединениям типа аденина. Важно и то, что более сложные органи­ческие соединения являются более стойкими перед разрушающим действием ультрафиолетового излучения, чем простые соединения.

Анализ возможных оценок количества органического вещества, которое накопилось неорганическим путем на ранней Земле, впечат­ляет: по некоторым расчетам за 1 млрд лет над каждым квадратным сантиметром земной поверхности образовалось несколько кило­граммов органических соединений. Если их все растворить в миро­вом океане, то концентриация раствора была бы приблизительно 1%. Это довольно концентрированный «органический бульон». В таком «бульоне» мог вполне успешно развиваться процесс образо­вания более сложных органических молекул. Таким образом, воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными орга­ническими веществами, образуя «первичный бульон». Насыщению такого «органического бульона» в немалой степени способствовала еще и деятельность подземных вулканов.

«Первичный бульон» и образование коацерватов . Дальнейший этап биогенеза связан с концентрацией органических веществ, воз­никновением белковых тел.

В водах первичного океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходили их смешивание, взаимодействие и объ­единение в мелкие обособленные структуры раствора. Такие структу­ры можно легко получить искусственно, смешивая растворы разных белков, например желатина и альбумина. Эти обособленные в раство­ре органические многомолекулярные структуры выдающийся рус­ский ученый А.И. Опарин назвал коацерватными каплями или коацерватами *. Коацерваты — мельчайшие коллоидальные частицы — капли, обладающие осмотическими свойствами. Коацерваты образу­ются в слабых растворах. Вследствие взаимодействия противоположных электрических зарядов происходит агрегация молекул. Мелкие сферические частицы возникают потому, что молекулы воды созда­ют вокруг образовавшегося агрегата поверхность раздела.

* См.: Опарин А.И. Материя → жизнь → интеллект. М., 1977.

Исследования показали, что коацерваты имеют достаточно слож­ную организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами. Например, они способны погло­щать из окружающей среды разные вещества, которые вступают во взаимодействие с соединениями самой капли, и увеличиваться в раз­мере. Эти процессы в какой-то мере напоминают первичную форму ассимиляции. Вместе с тем в коацерватах могут происходить процес­сы распада и выделения продуктов распада. Соотношение между этими процессами у разных коацерватов неодинаково. Выделяются отдельные динамически более стойкие структуры с преобладанием синтетической деятельности. Однако все это еще не дает основания для отнесения коацерватов к живым системам, потому что они лише­ны способости к самовоспроизведению и саморегуляции синтеза ор­ганических веществ. Но предпосылки возникновения живого в них уже содержались.

Коацерваты объясняют, как появились биологические мембраны. Образование мембранной структуры считается самым «трудным» этапом химической эволюции жизни. Истинное живое существо (в виде клетки, пусть даже самой примитивной) не могло оформиться до возникновения мембранной структуры и ферментов. Биологичес­кие мембраны — это агрегаты белков и липидов, способные отграни­чить вещества от среды и придать упаковке молекул прочность. Мем­браны могли возникнуть в ходе формирования коацерватов.

Повышенная концентрация органических веществ в коацерватах увеличивала возможность взаимодействия между молекулами и усложнения органических соединений. Коацерваты образовывались в воде при соприкосновении двух слабо взаимодействующих полиме­ров.

Кроме коацерватов в «первичном бульоне» накапливались полинуклеотиды, полипептиды и различные катализаторы, без которых невозможно образование способности к самовоспроизведению и об­мену веществ. Катализаторами могли быть и неорганические вещест­ва. Так, Дж. Берналом в свое время была выдвинута гипотеза о том, что наиболее удачные условия для возникновения жизни складыва­лись в небольших спокойных теплых лагунах с большим количеством ила, глинистой мути. В такой среде очень быстро протекает полиме­ризация аминокислот; здесь процесс полимеризации не нуждается в нагревании, так как частицы ила выступают в качестве своеобразных катализаторов.

Возникновение простейших форм живого. Главная проблема в учении о происхождении жизни состоит в объяснении возникнове­ния матричного синтеза белков. Жизнь возникла не тогда, когда образовались пусть даже очень сложные органические соединения, отдельные молекулы ДНК и др., а тогда, когда начал действовать механизм конвариантной редупликации. Именно поэтому заверше­ние процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов. В ходе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.

Переход к матричному синтезу белков был величайшим качест­венным скачком в эволюции материи. Однако механизм такого пере­хода пока не ясен. Основная трудность здесь состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны ферментные белки, а для созда­ния белков — нуклеиновые кислоты. Как разорвать эту «замкнутую цепь»? Иначе говоря, нужно объяснить, как в ходе предбиологичес­кого отбора объединились способности к самовоспроизведению полинуклеотидов с каталитической активностью полипептидов в ус­ловиях пространственно-временного разобщения начальных и ко­нечных продуктов реакции.

Существуют разные гипотезы на сей счет, но все они так или иначе не полны. Однако в настоящее время наиболее перспективными здесь являются гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации, синергетики *, на представления о гиперциклах, т.е. системах, связывающих самовоспроизводящиеся (автокаталити­ческие) единицы друг с другом посредством циклической связи. В таких системах продукт реакции одновременно является и ее катали­затором или исходным реагентом. Потому и возникает явление само­воспроизведения, которое на первых этапах вовсе могло и не быть точной копией исходного органического образования. О трудностях становления самовоспроизведения свидетельствует само существо­вание вирусов и фагов, которые представляют собой, по-видимому, осколки форм предбиологической эволюции.

* См.: Эйген М., Шустер П. Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромоле­кул. М., 1982.

В последующем предбиологический отбор коацерватов, по-види­мому, шел по нескольким направлениям. Во-первых, в направле­нии выработки способности накопления специальных белковоподобных полимеров, ответственных за ускорение химических реак­ций. В результате строение нуклеиновых кислот изменялось в на­правлении преимущественного «размножения» систем, в которых удвоение нуклеиновых кислот осуществлялось с участием фермен­тов. На этом пути и возникает характерный для живых существ цик­лический обмен веществ:

Во-вторых, в системе коацерватов присходил и отбор самих нуклеиновых кислот по наиболее удачному сочетанию последова­тельности нуклеотидов. На этом пути формировались гены. Самовоспроизводящиеся системы со сложившейся стабильной последова­тельностью нуклеотидов в нуклеиновой кислоте уже могут быть на­званы живыми.

В проблеме возникновения жизни еще много неопределенного, она еще далека от своего окончательного разрешения. Так, напри­мер, не ясно, почему все белковые соединения, входящие в состав живого вещества, имеют только «левую симметрию». Какие механиз­мы предбиологической эволюции могли к этому привести?

Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют понять, почему в наше время невозможно появ­ление живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза и усложнения органических веществ: простые соединения, которые могли бы где-то образоваться, сразу же были бы использованы гетеротрофами. Теперь живые существа по­являются только вследствие размножения.

Возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами (ускоре­ние эволюции во времени). Так, развитие от первичных протобионтов до аэробных форм потребовало около 3 млрд лет, тогда как с момента возникновения наземных растений и животных прошло около 500 млн лет; птицы и млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн лет, приматы выделились за 12— 15 млн лет, для становления человека потребовалось около 3 млн лет.

13.3. Развитие органического мира

13.3.1. Основные этапы геологической истории Земли

Прежде чем перейти к рассмотрению развития органического мира, ознакомимся с основными этапами геологической истории Земли.

Геологическая история Земли подразделяется на крупные про­межутки — эры; эры — на периоды, периоды — на века. Разделение на эры, периоды и века, конечно же, относительное, потому что резких разграничений между этими подразделениями не было. Но все же именно на рубеже соседних эр, периодов преимущественно происхо­дили существенные геологические преобразования: горообразова­тельные процессы, перераспределение суши и моря, смена климата и проч. Кроме того, каждое подразделение характеризовалось каче­ственным своеобразием флоры и фауны.

Геологические эры Земли:

катархей (от образования Земли 5 млрд лет назад до зарождения жизни);

архей , древнейшая эра (3,5 млрд — 2,6 млрд лет);

протерозой (2,6 млрд — 570 млн лет);

палеозой (570 млн — 230 млн лет) со следующими периодами:

кембрий (570 млн — 500 млн лет);

ордовик (500 млн — 440 млн лет);

силур (440 млн — 410 млн лет);

девон (410 млн — 350 млн лет);

карбон (350 млн — 285 млн лет);

пермь (285 млн — 230 млн лет);

мезозой (230 млн — 67 млн лет) со следующими периодами:

триас (230 млн — 195 млн лет);

юра (195 млн — 137 млн лет);

мел (137 млн — 67 млн лет);

кайнозой (67 млн — до нашего времени) со следующими периодами и веками:

палеоген (67 млн — 27 млн лет):

палеоцен (67—54 млн лет)

эоцен (54—38 млн лет)

олигоцен (38—27 млн лет)

неоген (27 млн — 3 млн лет):

миоцен (27—8 млн лет)

плиоцен (8—3 млн лет)

четвертичный (3 млн — наше время):

плейстоцен (3 млн — 20 тыс. лет)

голоцен (20 тыс. лет — наше время)

13.3.2. Начальные этапы эволюции жизни

Более 3,5 млрд лет назад на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей, водоемов возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ. Первый период развития органического мира на Земле характеризуется тем, что первичные живые организмы были анаэробными (жили без кислорода), питались и воспроизводились за счет «органического бульона», возникшего из неорганических систем; иначе говоря, они питались готовыми орга­ническими веществами, синтезированными в ходе химической эво­люции, т.е. были гетеротрофами. Но это не могло длиться долго, ведь такой резерв органического вещества быстро убывал.

Первый великий качественный переход в эволюции живой мате­рии был связан с «энергетическим кризисом»: «органический бу­льон» был исчерпан и следовало выработать способы формирования крупных молекул биохимическим путем, внутри клеток, с помощью ферментов. В этой ситуации преимущество было у тех клеток, кото­рые могли получать большую часть необходимой им энергии непо­средственно из солнечного излучения.

Такой переход вполне возможен, так как некоторые простые со­единения обладают способностью поглощать свет, если они включа­ют в свой состав атом магния (как в хлорофилле). Уловленная таким образом световая энергия может быть использована для усиления реакций обмена, в частности, для образования органических соеди­нений, которые могут сначала накапливаться, а затем расщепляться с высвобождением энергии. На этом пути и шел процесс образования хлорофилла и фотосинтеза. Фотосинтез обеспечивает организму по­лучение необходимой энергии от Солнца и вместе с тем независи­мость от внешних питательных веществ. Такие организмы называют­ся автотрофными. Это значит, что их питание осуществляется внут­ренним путем благодаря световой энергии. При этом, разумеется, поглощаются из внешней среды и некоторые вещества — вода, угле­кислый газ, минеральные соединения. Первыми фотосинтетиками на нашей планете были, видимо, цианеи, а затем зеленые водоросли. Остатки их находят в породах архейского возраста (около 3 млрд лет назад). В протерозое в морях обитало много разных представителей зеленых и золотистых водорослей. В это же время, видимо, появи­лись первые прикрепленные ко дну водоросли.

Переход к фотосинтезу и автотрофному питанию был великим революционным переворотом в эволюции живого. Значительно уве­личилась биомасса Земли. В результате фотосинтеза кислород уже в значительных количествах стал выделяться в атмосферу. Первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, и для анаэроб­ных организмов он был ядом. Потому многие одноклеточные анаэ­робные организмы погибли в «кислородной катастрофе»; другие ук­рылись в болотах, где не было свободного кислорода, и, питаясь, выделяли не кислород, а метан. Третьи приспособились к кислороду, получив огромное преимущество в способности запасать энергию (аэробные клетки выделяют энергии в 10 раз больше, чем анаэроб­ные). Благодаря фотосинтезу в органическом веществе Земли накап­ливалось все больше и больше энергии солнечного света, что способ­ствовало ускорению биологического круговорота веществ и ускоре­нию эволюции в целом.

Переход к фотосинтезу потребовал много времени. Он завершил­ся примерно 1,8 млрд лет назад и привел к важным преобразованиям на Земле: первичная атмосфера земли сменилась вторичной, кисло­родной; возник озоновый слой, который сократил воздействие ульт­рафиолетовых лучей, а значит, и прекратил производство нового «органического бульона»; изменился состав морской воды, он стал менее кислотным. Таким образом, современные условия на Земле в значительной мере были созданы жизнедеятельностью организмов.

С «кислородной революцией» связан и переход от прокариотов к эукариотам. Первые организмы были прокариотами. Это были такие клетки, у которых не было ядра, деление клетки не включало в себя точной дупликации генетического материала (ДНК), через оболочку клетки поступали только отдельные молекулы. Прокариоты — это простые, выносливые организмы, обладавшие высокой вариабель­ностью, способностью к быстрому размножению, легко, приспосаб­ливающиеся к изменяющимся условиям природной среды. Но новая кислородная среда стабилизировалась; первичная атмосфера была заменена новой. Понадобились организмы, которые пусть были бы и не вариабельны, но зато лучше приспособлены к новым условиям. Нужна была не генетическая гибкость, а генетическая стабильность. Ответом на эту потребность и явилось формирование эукариотов примерно 1,8 млрд лет назад.

У эукариотов ДНК уже собрана в хромосомы, а хромосомы сосре­доточены в ядре клетки. Такая клетка воспроизводится без каких-либо существенных изменений. Это значит, что в неизменной природной среде «дочерние» клетки имеют столько же шансов на выжи­вание, сколько их имела клетка «материнская».

13.3.3. Образование царства растений и царства животных

Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Это разделение произошло еще в протерозое, когда мир был заселен одноклеточными организмами.

Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая их защищает. Но одновременно такая оболочка не дает им возможности свободно перемещаться и получать пищу в процессе передвижения. Вместо этого растительные клетки совершенствуют­ся в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ.

С самого начала своей эволюции растения развивались двояким образом — в них параллельно существовали группы с автотрофным и гетеротрофным питанием. Это способствовало усилению целостности растительного мира, его относительной автономности: ведь две эти группы взаимодополняли друг друга в круговороте веществ.

Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому не те­ряют способности к передвижению; это дает им возможность самим искать пищу — растительные клетки или другие животные клетки. Животные клетки эволюционировали в направлении совершенст­вования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы (а не отдельные органические молекулы) через оболочку. Сначала крупные органические фрагменты, затем куски мертвой ткани и разлагающиеся остатки живого, и наконец, поеда­ние и переваривание целых клеток (формирование первых хищников). С появлением хищников естественный отбор резко уско­ряется.

Следующим важным этапом развития жизни и усложнения ее форм было возникновение примерно 900 млн лет назад полового размножения. Половое размножение состоит в механизме слияния ДНК двух индивидов и последующего перераспределения генетичес­кого материала, при котором потомство похоже на родителей, но не идентично им. Достоинство полового размножения в том, что оно значительно повышает видовое разнообразие и резко ускоряет эво­люцию, позволяя быстрее и эффективнее приспосабливаться к изме­нениям окружающей среды.

Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации живых существ было появление примерно 700—800 млн лет назад многоклеточных организмов с дифференцированным телом, развитыми тканями, органами, которые выполняли определенные функ­ции. Первые многоклеточные животные представлены сразу не­сколькими типами: губки, кишечнополостные, плеченогие, членистоногие. Многоклеточные происходят от колониальных форм одно­клеточных жгутиковых. Эволюция многоклеточных шла в направлении совершенствования способов передвижения, лучшей координации деятельности клеток, совершенствования форм отра­жения с учетом предыдущего опыта, образования вторичной полос­ти, совершенствования способов дыхания и др.

В протерозое и в начале палеозоя растения населяют в основном моря. Среди прикрепленных ко дну встречаются зеленые и бурые водоросли, а в толще воды — золотистые, красные и другие водоросли.

В кембрийских морях уже существовали почти все основные типы животных, которые впоследствии лишь специализировались и со­вершенствовались. Облик морской фауны определяли многочислен­ные ракообразные, губки, кораллы, иглокожие, разнообразные мол­люски, плеченогие, трилобиты. В теплых и мелководных морях ордовика обитали многочисленные кораллы, значительного развития достигли головоногие моллюски — существа, похожие на современ­ных кальмаров, длиной несколько метров. В конце ордовика в море появляются крупные плотоядные, достигавшие 10—11 м в длину. В ордовике, примерно 500 млн лет назад появляются и первые животные, имеющие скелеты, позвоночные. Это было значительной вехой в истории жизни на Земле.

Первые позвоночные, по-видимому, возникли в мелководных пресных водоемах, и уже затем эти пресноводные формы завоевыва­ют моря и океаны. Первые позвоночные — мелкие (около 10 см длиной) существа, бесчелюстные рыбообразные, покрытые чешуей, ко­торая помогала защищаться от крупных хищников (осьминогов, каль­маров). Дальнейшая эволюция позвоночных шла в направлении об­разования челюстных рыбообразных, которые быстро вытеснили большинство бесчелюстных. В девоне возникают и двоякодышащие рыбы, которые были приспособлены к дыханию в воде, но обладали и легкими.

Как известно, современные рыбы подразделяются на два больших класса: хрящевые, и костистые. К хрящевым относятся акулы и скаты*. Костистые рыбы представляют собой наиболее многочисленную группу рыб, в настоящее время преобладающую в морях, океа­нах, реках, озерах. Некоторые пресноводные двоякодышащие рыбы девонского периода, очевидно, и дали жизнь сначала первичным земноводным (стегоцефалам), а затем и сухопутным позвоночным, Таким образом, первые амфибии появляются в девоне. В девоне возникает и другая чрезвычайно прогрессивная группа животных — насекомые.

* В настоящее время интерес к акулам в массовом сознании «подогревается» и рассказами об их нападениях на людей, и серией фантастических фильмов «Челюс­ти». Акулы, действительно, обладают сложной системой поведения, прекрасным обонянием и электромагнитной системой ориентации. Акулы — очень древние животные; они появились еще в девоне и с тех пор некоторые их виды не измени­лись.

Образование насекомых свидетельствовало о том, что в ходе эво­люции сложилось два разных способа решения задач укрепления каркаса тела (основных несущих органов и всего тела в целом) и совершенствования форм отражения. У позвоночных роль каркаса играет внутренний скелет, у высших форм беспозвоночных — насеко­мых — наружный. Что касается форм отражения, то у насекомых чрезвычайно сложная нервная система, с разбросанными по всему телу огромными и относительно самостоятельными нервными цент­рами, преобладание врожденных реакций над приобретенными. У позвоночных — развитие головного мозга и преобладание условных рефлексов над безусловными. Различие этих двух разных способов решения важнейших эволюционных задач в полной мере проявилось после перехода к жизни на суше.

13.3.4. Завоевание суши

Важнейшим событием в эволюции форм живого являлся выход рас­тений и живых существ из воды и последующее образование большо­го многообразия наземных растений и животных. Из них в дальней­шем и происходят высокоорганизованные формы жизни.

Переход к жизни в воздушной среде требовал многих изменений. Во-первых, вес тел здесь больше, чем в воде. Во-вторых, в воздухе не содержится питательных веществ. В-третьих, воздух сухой, он иначе, чем вода, пропускает через себя свет и звук. Кроме того, содержание кислорода в воздухе выше, чем в воде. Выход на сушу предполагал выработку соответствующих приспособлений.

По-видимому, еще в протерозое на поверхности суши в результате взаимодействия абиотических (минералы, климатические факторы) и биотических (бактерии, цианеи) условий возникает почва. Почво­образовательные процессы в протерозое подготовили условия для выхода на сушу растений, а затем и животных.

Выход растений на сушу начался, очевидно, в конце силура. Расте­ния, переселявшиеся в воздушную среду, получали значительные эво­люционные преимущества. И главное из них — то, что солнечной энергии здесь больше, чем в воде, а значит, и фотосинтез становится более совершенным. Проблема высыхания решалась посредством формирования водонепроницаемой внешней оболочки, пропитан­ной восковидными веществами. А перестройка системы питания из почвы требовала развития корневой системы и системы транспорти­ровки питательных веществ и воды по организму. Корни способство­вали также укреплению опоры. А по мере роста размеров растений формировалась и поддерживающая ткань — древесина. Жизнь на суше требовала и изменения репродуктивной системы.

Первые наземные растения — псилофиты; они занимали проме­жуточное положение между наземными сосудистыми растениями и водорослями. У псилофитов образуются сосудистая система, пере­страиваются покровные ткани, появляются примитивные листья. Именно псилофиты в конце силура покрывали сплошным зеленым ковром прибрежные участки суши. Кстати, только в силуре началось сплошное озеленение Земли. После кислородной революции и до появления первой растительности поверхность Земли была крас­ной — результат коррозии минералов железа.

Вслед за растениями из воды на сушу и воздух (сначала по берегам рек, озер, болот) последовали различные виды членистоногих — предки насекомых, пауков и скорпионов. Первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов. И если первые амфи­бии появились в девоне, то активное завоевание суши позвоночными началось в карбоне. Первые полностью приспособившиеся к жизни на суше позвоночные — рептилии. Яйца рептилий были покрыты твердой скорлупой, не боялись высыхания, были снабжены пищей и кислородом для эмбриона. Первые рептилии были небольшими жи­вотными, напоминающими ныне живущих ящериц. В карбоне значи­тельного развития достигают насекомые. Появляются летающие на­секомые,

Рассмотрим основные пути исторического развития основных наземных групп органического мира Земли — царства животных и царства растений.

13.3.5. Основные пути эволюции наземных растений

Эволюция растений после выхода на сушу была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы, изменением способов размножения, распространения и т.д. Переход от трахеид к сосудам обеспечивал приспо­собление к засушливым условиям, ведь с помощью сосудов можно поднимать воду на большую высоту. В наземных условиях оказались непригодными для размножения свободно плавающие голые поло­вые клетки; здесь для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциа­ция тела на корень, стебель и лист, развитие сети проводящей систе­мы, совершенствование покровных, механических и других тканей.

С момента выхода на сушу растения развиваются в двух основных направлениях: гаметофитном и спорофитном. Высшим растениям свойственна правильная смена поколений в цикле их развития. Растение имеет две фазы развития, которые сменяют одна другую: гаметофит и спорофит. Гаметофит — это половое поколение, на котором образуются половые органы — антеридии и архегонии. Спорофит — неполовое поколение, на котором формируются органы неполового размножения. Спорофит — это нормально развитое растение, кото­рое имеет корень, стебель и листья. На спорофите образуются споры, которые прорастают и дают начало гаметофиту. Подобная смена поколений в цикле развития растений сложилась эволюционно, в ходе естественного отбора. Гаметофитное направление было представлено мохообразными, а спорофитное — остальными высши­ми растениями, включая цветковые. Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к наземным условиям.

Уже в девоне встречаются пышные леса из прогимноспермов и древних голосеменных. В карбоне растения приспособились удер­живать воду и защищать семена от высыхания; это позволило им завоевать сухие места обитания. В карбоне, характеризующемся ув­лажненным и равномерно теплым климатом в течение всего года, мощные споровые растения — лепидодендроны и сигиллярии — достигали 40 м высоты. В карбоне и перми получают дальнейшее рас­пространение голосеменные, у которых происходил переход от гаплоидности (одинарный набор хромосом) к диплоидности (двойной набор хромосом), что усиливало генетические потенции организма.

Дальнейшая эволюция шла по пути совершенствования семян: превращение мегаспорангия в семязачаток; после оплодотворения (благодаря ветру, переносящему пыльцу, вырабатываемую в доста­точном количестве) семязачаток превращается в семя; оплодотво­ренный эмбрион упаковывается в водонепроницаемую защитную оболочку, наполненную пищей для эмбриона. Внутри семени зародыш мог находиться достаточно долго, пока растение не рассеет семена, и они не попадут в благоприятные условия произрастания. И тогда росток раздувает семенную оболочку, прорастает и питается запасами до тех пор, пока его корни и листья не станут сами поддер­живать и питать растение. Так у всех семенных растений исчезает зависимость процесса полового размножения от наличия водной среды.

Переход к семенному размножению связан с рядом эволюцион­ных преимуществ; диплоидный зародыш в семенах защищен от не­благоприятных условий наличием покровов и обеспечен пищей, а семена имеют приспособления для распространения животными и др. Эти и другие преимущества способствовали широкому распро­странению семенных растений.

В дальнейшем происходит специализация опыления (с помощью насекомых) и распространение семян и плодов животными; усиле­ние защиты зародыша от неблагоприятных условий: обеспечение пищей, образование покровов и др. В раннем меловом периоде у некоторых растений улучшается система защиты семян путем обра­зования дополнительной оболочки. В это же примерно время появляются и первые покрытосеменные растения.

Возникновение покрытосеменных было связано с совершенство­ванием процесса оплодотворения: с переходом к тому, чтобы пыльцу переносил не ветер, а животные (насекомые). Это потребовало значительных трансформаций растительного организма. Такой орга­низм должен содержать средства сигнализации животным о себе, привлечения животных к себе, чтобы затем отнести пыльцу на другое растение того же вида; и в конце концов животное должно само что-либо при этом получить для себя (нектар или пыльцу). Весь этот комплекс вопросов решался на пути возникновения огромного множества прекрасных и разнообразных покрытосеменных (цветковых) растений: цветки каждого растения по внешнему (форме, окраске) виду (и запаху) должны отличаться от цветков прочих растений.

Покрытосеменные возникают в горах тропических стран, где и ныне сосредоточено около 80% покрытосеменных. Цветковым рас­тениям свойственна высокая эволюционная пластичность, разнообразие, порождаемые опылением насекомыми. Ведь отбор шел как по растениям, так и по насекомым. Постепенно распространяясь, цвет­ковые растения завоевали все материки, победили в борьбе за сушу. В этом главную роль играл цветок, обеспечивавший привлечение насекомых-опылителей. Кроме того, цветковые имеют развитую про­водящую систему, плод, значительные запасы пищи зародыша, разви­тие зародыша и семени происходит быстрее и т.д.

В кайнозое формируются близкие к современным ботанико-географические области. Покрытосеменные достигли господства. Леса достигали наибольшего распространения на Земле. Территория Ев­ропы была покрыта пышными лесами: на севере преобладали хвой­ные, на юге — каштаново-буковые леса с участием гигантских секвой. Ботанико-географические области изменялись в зависимости от пе­риодических потеплений и похолоданий, наступления ледников и вызванного ими отступления теплолюбивой растительности на юг, а кое-где и ее полного вымирания, а также возникновения холодо­устойчивых травянистых и кустарниковых растений, смены лесов степью и т.д. А в плейстоцене складываются современные фитоценозы.

13.3.6. Пути эволюции животных

Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой. Воз­никло множество видов рептилий; они осваивали все новые места обитания. При этом одни (большинство) уходили от воды, а некото­рые вновь ушли в воду (мезозавры). В конце пермского периода реп­тилии уже полностью преобладали на суше.

Некоторые рептилии становятся хищными, другие — растительноядными. В меловом периоде возникают гигантские растительноядные динозавры. От мелких древних рептилий, напоминающих яще­риц, произошли самые разнообразные виды — плавающие, передви­гающиеся по суше и летающие рептилии, динозавры (весом до 30 т и до 30 м в длину, «правившие миром» более 100 млн лет). Особенно интенсивно развиваются морские рептилии в юре (ихтиозавры, пле­зиозавры).

Постепенно идет и завоевание воздушной среды. Насекомые на­чали летать еще в карбоне и около 100 млн лет были единовластными в воздухе. И только в триасе появляются первые летающие ящеры. В юре пресмыкающиеся успешно осваивают воздушную среду. Возни­кают самые известные летающие ящеры — птеродактили, охотив­шиеся на многочисленных и крупных насекомых. Некоторые летаю­щие ящеры имели размах крыльев до 20 м! В юрском же периоде от одной из ветвей рептилий возникают птицы; первые птицы причуд­ливо сочетали признаки peптилий и птиц. Поэтому птиц иногда на­зывают «взлетевшими рептилиями».

От примитивных рептилий, из группы цельночерепных, развива­ется ветвь, приведшая несколько позже — через терапсид — к возник­новению в триасе млекопитающих. В юрском и меловом периодах млекопитающие стали более разнообразными. В конце мезозоя возникают плацентарные млекопитающие.

В конце мезозоя в условиях похолодания сокращаются простран­ства, занятые богатой растительностью. Это влечет за собой вымирание сначала растительноядных динозавров, а затем и охотившихся на них хищных динозавров. В условиях похолодания исключитель­ные преимущества получают теплокровные животные — птицы и млекопитающие.

Но время расцвета насекомых, птиц и млекопитающих — это кай­нозой. В палеоцене появляются первые хищные млекопитающие. В это же время некоторые виды млекопитающих «уходят» в море (китообразные, ластоногие, сиреневые). От древних хищных проис­ходят копытные. От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд приматов. В плиоцене встречаются уже все современные семейства млекопитающих.

В кайнозое формируются те важнейшие тенденции, которые привели к возникновению человека. Это касается возникновения стайного, стадного образа жизни, который выступил ступенькой к возникновению социального общения. Причем, если у насекомых (муравьи, пчелы, термиты) биосоциальность вела к потере индиви­дуальности; то у млекопитающих, напротив, к подчеркиванию ин­дивидуальных черт особи. В неогене на обширных открытых про­странствах саванн Африки появляются многочисленные виды обезь­ян. Некоторые виды приматов переходят к прямохождению. Так в биологическим мире вызревали предпосылки возникновения Чело­века и мира Культуры.

14. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА И ОБЩЕСТВА (антропосоциогенез)

Что такое человек ? Каково место человека в природе? Вечно ли существует человек или он возник на каком-то этапе развития мира? Если он возник исторически, то каким образом? Каким было его раннее существование? В чем состоит его предназначение? Эти тесно связанные между собой вопросы издавна волновали людей.

Ответы на них определялись достигнутым уровнем развития науки, естествозна­ния, философскими и идеологическими позициями мыслителей, ученых. Консерва­тивные, реакционные социальные классы, не заинтересованные в историческом про­грессе, представляли человека как существо бренное, полностью зависимое и произ­водное от (внешних и чуждых ему) нематериальных, сверхъестественных сил. В то же время прогрессивные классы и социальные слои, смело идущие в направлении обще­ственно-исторической эволюции, в своей идеологии обычно стремились к научно-ма­териалистической интерпретации происхождения человека. В конце XIX и XX в. материалистическое естествознание в тесном союзе с гуманитарными и общественны­ми науками существенно продвинулось в решении проблемы происхождения человека и общества.

14.1. Естествознание XVII— первой половины XIXв. о происхождении человека

Несмотря на ряд гениальных догадок, проблема происхождения че­ловека и общества в древности и средневековье была покрыта насло­ениями мифологии, мистики, религиозных домыслов, умозрительных спекуляций, далеких от строгости, доказательности, обоснован­ности. Настоящий переворот в накоплении антропологических и этнографических данных начинается в эпоху Великих географичес­ких открытий (с конца XV в.). Неизмеримо расширился мир для европейских мореплавателей, ученых и исследователей. Во вновь открытых заморских странах жили народы, находившиеся на разных ступенях общественного развития, имевшие различный физический облик, различные нравственные нормы, традиции и т.д. В этот пери­од начинается взаимное знакомство народов, удаленных друг от друга на тысячи километров, разделенных океанами и материками.

Мысль о том, что живущие в Новом Свете, в Северной и Южной Америке, в Австралии и других регионах племена и народности нахо­дятся на этапе первобытного развития, который с необходимостью должны пройти все народы, в том числе европейцы, не сразу сфор­мировалась после Великих географических открытий XV—XVI вв. Причина этого в том, что в общественном сознании еще не утверди­лась идея развития. И потому естественное развитие природных и общественных форм от простого к сложному, от низшего к высшему еще не осознавалось. В сознании господствовало представление, что народы являются такими, какими их создал Творец, и другими стать не могут.

В XVIII в. на основе анализа глубинных социально-экономичес­ких процессов и достижений естествознания постепенно формиру­ется и входит в общественное сознание идея развития — в антропологии, философии и этнографии возникает представление о том, что общественный строй жизни первобытных племен похож на общественное устройство древних народов и может помочь в изу­чении древнейшей истории народов, ушедших далеко от первобыт­ного состояния. Подобные идеи высказали французский исследова­тель-миссионер Ж.Ф. Лафито в своей книге «Обычаи американских дикарей в сравнении с обычаями первобытных времен» (1724), а также немецкий просветитель Г. Форстер, проживший бурную и полную приключений жизнь.

Следующий шаг в понимании первобытной истории человечества связан с построением таких общих схем всемирно-исторического процесса, в которых народы заморских стран выступали как предста­вители ранней ступени развития человечества. Значительную роль в разработке таких теорий сыграли великие французские просветите­ли XVIII в. - Ж.Ж. Руссо, Д. Дидро, Ш. Монтескье, Вольтер, Ж. Кондорсе и др. Одни из них (Руссо, Дидро и др.) идеализировали перво­бытность, представляли ее как «золотой век» человечества, все ос­новные позитивные качества которого утеряны последующими поко­лениями в эпоху цивилизации. Другие (например, Ж. Кондорсе) разрабатывали концепции исторического прогресса человеческой истории, разума и культуры. Благодаря развитию разума человек про­ходит следующие ступени общественного устройства — от охоты и рыболовства к одомашниванию животных (эпоха рабства), а от него — к земледелию (эпоха феодализма) *.

* См.: Кондорсе Ж.А. Эскиз исторической картины прогресса человеческого разума. М., 1936.

Первоначально каменные орудия древних людей, которые слу­чайно находили в земле, не рассматривались как предметы, имеющие отношение к истории человечества. Их считали талисманами, посла­ниями богов, которые они метают вместе с молнией на землю. Но уже в XVIII в. возник интерес к изучению найденных в раскопках орудий труда и предметов утвари первобытных людей — ведь именно такими инструментами пользовались первобытные народы Нового Света, Африки и Южной Азии. В первой половине XVIII в. все чаще выска­зываются мысли о существовании каменного века у древних людей, о том, что каменные предметы — это выполненные в незапамятные времена "произведения рук человеческих", что человек существовал задолго до Адама и Евы. Долгое время такие заявления резко оттор­гались не только церковными, но и научными кругами. В 1730 г. в Парижской академии письменности и изящной литературы разра­зился громкий публичный скандал: после доклада одного французско­го исследователя о каменных орудиях древних людей академики устроили ему обструкцию, требуя от него признания возможности обра­зования каменных орудий в процессе физических реакций в воздухе, вызываемых ударами молнии.

В середине XVIII в. К. Линней положил начало научному представ­лению о происхождении человека. В своей «Системе природы» (1735) он отнес человека к животному миру, помещая его в своей классификации рядом с человекообразными обезьянами. Интерес­но, что Линней, подчеркивая родство человека и человекообразных обезьян, называет орангутанга Homo silvetris («человек лесной»). В XVIII в. зарождается и научная приматология; так, в 1766 г. появи­лась научная работа Ж. Бюффона об орангутанге. Голландский ана­том П. Кампер показал глубокое сходство в строении основных орга­нов человека и животных. Все это позволило поставить на принци­пиально новую, научную основу вопрос о границах между человеком и высшими приматами.

В XVIII — первой половине XIX в. археологи, палеонтологи, этно­графы накопили эмпирический материал, по объему уже достаточ­ный для разработки научной теории антропосоциогенеза. Особый интерес здесь представляют исследования французского археолога Буше де Перта. В 40—50-х гг. XIX в. он искал, собирал грубо оббитые каменные орудия и доказывал, что это — орудия труда первобытного человека, жившего одновременно с древним носорогом, мамонтом и т.д. Открытия Б. де Перта отодвигали происхождение человека в такую глубь тысячелетий, что опрокидывали библейскую хронол­огию. Не случайно креационисты и клерикально настроенные уче­ные встретили эти открытия в штыки. Длительная борьба Б. де Перта с консервативными французскими академическими кругами была полна драматизма, а временами носила чуть ли не детективный характер. И только в 60-х гг. XIX в. его идеи признали в науке. В 1862 г. в археологии для периодизации истории каменного века были введе­ны понятия «палеолит» и «неолит».

Вместе с тем в первой половине XIX в. создаются и теоретические предпосылки для создания научной теории антропосоциогенеза. Они связаны с развитием в биологии идеи эволюции органических форм (см. 7.4). В свете этой идеи эмпирический материал о древней­шем прошлом человечества получал качественно новое теоретичес­кое толкование. Однако вопросы о происхождении человека рас­сматривались (при всей прогрессивности по сравнению с предыду­щими столетиями) все еще в духе согласия с основными религиозны­ми догмами (творение человека Богом). Даже Ламарк не решался довести до логического завершения идею эволюции животных и че­ловека, т.е. до отрицания роли Бога в происхождении человека. Он закончил разбор проблемы происхождения человека в своей «Фило­софии зоологии» словами об ином происхождении человека, чем только лишь от животных.

Возможность последовательно материалистического решения проблемы антропогенеза впервые появилась после создания Ч. Дар­виным селекционной теории эволюции органического мира. Теория естественного отбора нанесла сокрушительный удар идеализму, креационизму, телеологизму, явилась одним из важнейших естественно-­научных подтверждений материализма, позволила заложить основы естественно-научного понимания антропосоциогенеза.

В 1871 г. вышел в свет труд Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», в котором на громадном фактическом материале (из сравнительной анатомии, зоогеографии, истории, археологии) Дар­вин обосновывал два кардинально важных положения: о животном происхождении человека и о том, что современные человекообраз­ные обезьяны представляют собой боковые ветви его эволюции, а чедовек ведет свое происхождение от каких-то вымерших более ней­тральных форм. И хотя идеи Дарвина были приняты в штыки клери­калами и креационистами, подвергались чудовищным нападкам со стороны священнослужителей и реакционеров самых разных мас­тей, тем не менее последующее развитие учения о происхождении человека было возможно только в русле естественно-научного, мате­риалистического мировоззрения. «Тот, кто не смотрит, подобно ди­карю, на явления природы как на нечто бессвязное, не может больше думать, чтобы человек был плодом отдельного акта творения», — писал Дарвин. После работ Дарвина материалистическое положение о животном происхождении человека стало краеугольным камнем теории антропосоциогенеза.

Поскольку человек — это не только биологическое, но и социаль­ное существо, то его происхождение нельзя свести к действию исключительно биологических факторов эволюции. На определенном этапе в биологическую эволюцию предков человека должен был включиться еще и некоторый надбиологический, социокультурный фактор. Какой же это фактор? Ответ на этот вопрос дал Ф. Энгельс в работе «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека». В ее основе лежит идея о том, что труд — не только средство преобра­зования окружающей среды и удовлетворения потребностей челове­ка, но и средство изменения самого человека. Именно трудовая дея­тельность является всеобщим основанием человеческого бытия, а вместе с тем и решающим критерием, разграничивающим человека и его животных предков — человекообразных обезьян. Идея о роли труда в происхождении человека и общества не потеряла своего зна­чения и по сей день. Все специалисты по древней археологии, палео­антропологии исходят из представления о решающей роли труда в антропосоциогенезе.

14.2. Предпосылки антропосоциогенеза

14.2.1. Абиотические предпосылки

Каким же образом происходило естественное возникновение челове­ка, общества и сознания? Каковы основные закономерности антро­посоциогенеза, этого связующего звена между историей природы, и историей общества? Каковы его этапы? Разумеется, мы не знаем всех деталей перехода от биологического к социальному в развитии мате­рии. Вместе с тем современной наукой уже создана достаточно це­лостная и стройная общая картина.

Общей предпосылкой возникновения человечества выступило длительное историческое развитие природы. Пьедесталом антропо­социогенеза явилось развитие органического (биологического) мира в его единстве с геологическими, географическими, климати­ческими, физико-химическими, космическими и другими неоргани­ческими (абиотическими) системами. В соответствии с современной теорией эволюции, историческое развитие биологических организ­мов определяется рядом эволюционных факторов (мутационными процессами, популяционными волнами, изоляцией, естественным отбором и др.), включенными во взаимодействие с абиотическими системами природы. Эволюция действует не на отдельного индиви­да, а на популяцию. Через последовательную смену поколений сохра­няются и утверждаются те признаки, которые оказываются удобны­ми в данных условиях среды. Такое взаимодействие абиотических систем с эволюционными факторами определяло предпосылки и протекание антропосоциогенеза.

Абиотические предпосылки антропосоциогенеза лучше всего изу­чены в том, что касается геологического, географического и клима­тического фона, на котором возник человек. Космические и физико-химические факторы, которые, безусловно, оказывали большое вли­яние на процесс антропосоциогенеза, пока изучены меньше.

Становление человечества происходило в последний период кай­нозойской эры истории Земли, в конце эпохи неогена. Геологические процессы — это важная часть абиотической среды, изменения которой определяли развитие органических видов. Геологические предпо­сылки антропосоциогенеза включают в себя оледенения и потепле­ния, усиленный вулканизм, сейсмические и тектонические процес­сы, повышение уровня радиоактивности (в результате землетрясе­ний, горообразовании, тектонических разломов коры и др.), измене­ние магнитного поля Земли (за последние 5 млн лет магнитные полюсы Земли менялись четыре раза) и др.

Географические предпосылки включают в себя прежде всего измене­ния очертаний материков и морей. Так, например, еще в плейстоце­не существовали мосты суши, которые соединяли Британские остро­ва с Европой, острова Малайского архипелага с Азиатским континен­том, Азиатский и Американский континенты и др. Это способствова­ло миграции животных, расселению их на Земле. Географические предпосылки связаны с климатическими изменениями , вызванными оледенениями.

Периоды оледенения с резкими похолоданиями чередовались с периодами сравнительного потепления, особенно характерными для плейстоцена. В периоды древних оледенений колоссальные про­странства (до 30% суши) занимали ледники, двигавшиеся с севера на юг. 250 тыс. лет назад материковые льды достигали широт Волгограда на Восточно-Европейской равнине и Оклахомы на Великих равнинах Северной Америки. Огромные территории, лежащие за пределами ледников, превращались в заболоченные тундры, которые на юге переходили в холодную степь и лесостепь. Для этих районов харак­терна резкая смена фауны. Хотя на юге Азии и в Африке не было материкового льда и ледники наблюдались лишь в районах больших гор, но общее похолодание отразилось и на этих регионах. В период антропогена они испытали несколько смен влажных (дождливых) и засушливых (аридных) эпох. Но смена фауны и флоры в этих районах не была такой резкой, как в более северных регионах. (Например, в Сахаре обитали крокодилы и бегемоты.) Для эволюции животного мира имели большое значение и резкие колебания уровня Мирового океана. Во время оледенений этот уровень понижался по сравнению с современным на 120 м, обнажая при этом сухопутные мосты между Азией и Америкой, Европой и Британскими островами, материковые отмели континентов.

В периоды оледенений резко изменялись фауна и флора: вымира­ли многие виды теплолюбивых животных и растений, а оставались те виды, которым удалось приспособиться к новым условиям. При этом у них резко изменялись образ жизни, характер питания, пове­денческие реакции. Так, в ходе рисского оледенения вымерли либо переселились на юг гиппопотамы, теплолюбивые виды слонов, носо­рогов. Их место заняли приспособившиеся к холодному климату ма­монты и шерстистые носороги; кроме того, были распространены зубры, пещерные медведи, пещерные львы, северные олени, овцебы­ки и др.*

* В четвертичном периоде выделяются следующие периоды оледенений: дунай (от 1,8 до 1.2 млн лет), гюнц (от 1 млн лет до 750 тыс. лет), мивдель (от 500 до 350 тыс. лет), рисе (от 200 до 120 тыс. лет) ивюрм (от 80 до 10 тыс. лет). Кроме того, ярко выделяются межледниковые периоды относительного потепления: гюнц — миндель, миндель - рисс, рисс — вюрм. Особенно сильными и вызывающими резкие перепады температуры и климата были плейстоценовые оледенения -миндель, рисс, вюрм.

К абиотическим предпосылкам антропосоциогенеза следует отне­сти также влияние космических (ритмы солнечной активности, влия­ние космических лучей и др.) и физико-химических факторов (состав атмосферы, радиационный фон и др.).

Главная роль всех этих абиотических факторов в антропосоциогенезе состояла в том, что они, будучи мощным генератором му­тационных процессов, средством интенсивной перекомбинации генофонда (слияние пар хромосом либо их выпадение, сальтация генов и др.), поставляли богатый разнообразный элементарный эво­люционный материал для естественного отбора, ускоряя происхождение новых видов животных. Очень важна интенсивность абиоти­ческих факторов. Абиотическая среда была такой, что, с одной сто­роны, она не оказывала чересчур сильного давления на предков человека и ранних людей, которое могло бы привести к их полному вымиранию. (Хотя, конечно, многие виды обезьян третичного пе­риода несомненно вымерли, так и не перейдя на уровень человека.) С другой стороны, полное господство предков человека в своей экологической нише, отсутствие конкуренции в борьбе за сущест­вование тоже имело бы негативные последствия: отсутствие стиму­лов биологической эволюции, развитие в направлении узкой спе­циализации, закрытие выходов на путь гоминидной, человеческой эволюции и др.

Анализ абиотических предпосылок важен для ответа на один из ключевых вопросов учения об антропосоциогенезе — вопроса о пра­родине человека. Поскольку самое большое количество ископаемых остатков высших человекообразных обезьян эпохи плиоцена найде­ны в Южной Азии и Восточной Африке, то именно эти области претендуют на то, чтобы считаться прародиной человечества. В на­стоящее время больше всего аргументов свидетельствует в пользу африканской гипотезы. Ученые считают, что наиболее благоприят­ной для качественного перехода от животных к человеку была палеогеографическая обстановка, которая сложилась в рифтовой зоне приэкваториальной части Восточной Африки.

Она характеризовалась разломами земной коры, сейсмическими процессами, выходами радиоактивных пластов, повышением радиа­ционного фона, вулканическими извержениями. Например, в 25 км от Олдувайского ущелья, где найдены самые древние известные сей­час остатки гоминид и прегоминид, примерно 2 млн лет назад актив­но действовал вулкан (кратер Нгоро-Нгоро), забрасывая это ущелье продуктами своих извержений. Здесь теплый, устойчивый, достаточ­но влажный климат, в целом благоприятный для развития раститель­ных и животных видов. Разнообразный ландшафт — саванны, тропи­ческие и горные леса, альпийские луга - также способствовал эволю­ции приматов. Конечно, это предположение о прародине человече­ства будет уточнено и конкретизировано (возможно, и скорректировано) в ходе дальнейшего развития науки о происхожде­нии человека *.

* См.: Решетов Ю.Г. Природа Земли и происхождение человека. М., 1966; Фоули Р. Еще один неповторимый вид. Экологические аспекты эволюции человека. М., 1990.

14.2.2. Биологические предпосылки

Для понимания антропосоциогенеза большое значение имеет анализ эволюции высших биологических организмов, их анатомо-физиологического строения, которое явилось предпосылкой формирования определенной телесной организации человека, а следовательно, перехода к трудовой деятельности, формированию сознания. Совре­менное материалистическое естествознание исходит из того, что человек естественным Образом произошел от высших представите­лей животного мира — человекообразных обезьян.

Человек имеет настолько много общих свойств с обезьянами, что это позволяет объединить их в один отряд приматов. Приматы —высшие представители класса млекопитающих. Они обладают качествами самого широкого биологического значения. Невозможно себе представить появление человека в составе иного отряда, менее одаренного. Особенно важно то, что большая подвижность отряда приматов и разнообразие функций их передних конечностей обусло­вило развитие большого по размерам головного мозга и его высокую дифференциацию, поскольку быстрое перемещение в трехмерном пространстве и цепкие передние конечности, помогающие исследо­вать окружающую среду, требуют высокой организаций нервной сис­темы. В современной фауне насчитывается около 200 видов прима­тов среди более чем 4000 видов млекопитающих.

Еще в середине XIX в. Ч. Дарвин (на основании данных сравни­тельной анатомии и эмбриологии, которые убедительно указывали на множество сходных черт у человека и человекообразных обезьян) выдвинул и обосновал идею родства человека и обезьян, их проис­хождения от одного общего предка, жившего в эпоху неогена. Дарвин и его последователи (Т. Хаксли, Э. Геккель и др.) установили наличие сотен общих признаков телесного строения человека и антропоид­ных обезьян (шимпанзе, горилл), а также сходство эмбрионального развития человека с основными периодами развития органического мира. Более того, было показано, что антропоидные обезьяны по своей морфофизиологической организации ближе к человеку, чем к низшим обезьянам. Тем самым были заложены основы симиальной (обезьяньей) теории антропогенеза.

Согласно этой теории, человек и современные человекообразные обезьяны произошли от жившего в период неогена одного общего предка — обезьяноподобного существа. Дальнейшее развитие антропологии полностью подтвердило эту идею *. Прямым доказательст­вом родства человека и обезьян стали останки ископаемых существ — как общих предков человека и человекообразных обезьян, так и про­межуточных форм между обезьяньим предком и современным чело­веком. Четыре вида известных сейчас антропоидов (человекообраз­ных обезьян) — шимпанзе, горилла, орангутанг и гиббон — представ­ляют собой боковые ветви «родственников» человека и тоже произо­шли от вымерших обезьян эпохи неогена. Во второй половине XX в. симиальная теория была подтверждена еще и данными молекулярной биологией, доказавшей родство белковых структур и ДНК у че­ловека и антропоидов.

* В истории антропологии имели место попытки ставить под сомнение симиальный характер сходства человека с высшими приматами. Так, в 1916 г. была высказана «тарзиальная гипотеза», в соответствии с которой человек произошел от древнетретичного долгопята, а черты сходства с обезьянами приобрел конвергентно, аналогично конвергенции обезьян Старого и Нового Света. Развитие науки не подтвердило этой точки зрения.

Долгое время отсутствовали эмпирические данные о промежуточ­ных формах между человекообразными обезьянами позднего палео­гена и неогена и далекими предками человека. Дарвин знал только одну такую форму — дриопитеков (найденных в 1856 г. во Франции) и писал о них, как о далеких предках человека. Все это стимулировало появление различных гипотез о своеобразии далеких предков чело­века. Например, высказывалась точка зрения о том, что древесная стадия в развитии обезьяньих предков человека отсутствовала, а предки человека просто передвигались по земле. Такая точка зрения нашла свое выражение в концепции Г. Осборна об эоантропе («чело­веке зари»), в соответствии с которой еще в олигоцене человеческий предок уже был наземным существом, обладавшим многими особен­ностями человека.

Только в XX в. палеоантропологические раскопки позволили об­наружить остатки ископаемых обезьян, живших в эпоху неогена (ми­оцен, плиоцен), т.е. примерно от 20 до 12 млн лет назад. К ним относятся проконсулы (обнаруженные в Восточной Африке), ориопитек (находка скелета в 1958 г. в Италии), рамапитек (30-е гг. XX в., в Индии), сивапитеки и др., которые уже по многим признакам обна­руживают определенное сходство как с современными человекооб­разными обезьянами, так и с человеком.

Наиболее ранние находки высших обезьян (парапитек, проприопитек и др.) ученые относят к позднему палеогену, к эпохе олигоцена. Именно в олигоцене сформировалось то ответвление от общего ствола обезьян, которое через высших обезьян привело к возникно­вению далеких обезьяньих предков человека (проконсулы, дриопи­теки, рамапитеки и др.). По последним данным, это ответвление произошло не более 20—23 млн лет назад. Расцвет высших обезьян пришелся на неоген, эпохи миоцена и плиоцена. Найдены остатки высших обезьян, живших в это время и обладавших по некоторым свойствам (в частности, строение зубов) уже большим сходством с человеком, чем с ныне живущими группами высших обезьян. Видо­вой состав антропоидной фауны в миоцене насчитывал, по-видимо­му, около 20 родов и около 30 видов антропоидов. Но большинство из них вымерло. Переход к человеку впоследствии осуществил лишь один вид.

Анализ таких ископаемых форм позволил сделать вывод, что ис­ходная предковая форма характеризуется меньшей, чем у современ­ных антропоидов, приспособленностью к древесному образу жизни. Аппарат передвижения у этих предковых форм был одинаковым об­разом приспособлен для передвижения как по земле, так и по деревьям *. У предковой высшей обезьяны руки были короче, а ноги длин­нее, чем у современных обезьян, мозг больше, чем у других обезьян того времени, клыки менее выдавались из зубного ряда. Предковая обезьяна обладала и многими другими чертами, свойственными со­временным антропоидам.

* Однако есть мнение, что это условие не обязательно и исходная предковая форма вполне могла быть брахиатором (т.е. обладать пропорциями конечностей, позволяющими передвигаться по деревьям путем подвешивания к ветвям передни­ми конечностями, как это присуще современным человекообразным обезьянам). С этой точки зрения брахиация даже способствовала переходу к наземному образу жизни.

Один из крайне интересных вопросов антропологии: какая из ныне живущих человекообразных обезьян (шимпанзе, горилла, орангутанг, гиббон) ближе всего к человеку? В истории учений о происхождении человека отмечены попытки сблизить человека и с гориллой, и с гиббоном, и даже с орангутангом в силу сходства отдельных морфо-физиологических черт. Как недавно (по-видимо­му, окончательно) выяснилось, таким ближайшим «родственником» человека по антропологическому строению и поведению выступает шимпанзе.

Второй вопрос связан с определением времени выделения филетической линии человека. Из-за недостаточности палеонтологичес­кого материала по этому вопросу существовали разные точки зрения. Так, долгое время считалось, что этот момент надо связывать с рамапитеком (примерно 14 млн лет назад). Однако собранные в послед­ние 10— 15 лет палеонтологические данные определили среди палеон­тологов преобладание мнения о сравнительно позднем обособлении линии человека. Новые аспекты здесь выявились с развитием эволю­ционной биохимии и метода молекулярной гибридизации, который позволяет оценить степень генетического родства сопоставляемых групп организмов. Применение этого метода показало, что у челове­ка и шимпанзе 91% сходных генов, у человека и гиббона — 76%, у человека и макаки-резус — 66%. Более того, оказалось, что шимпанзе и горилла ближе к человеку, чем к орангутангу. По данным таких «молекулярных часов», время выделения мартышкообразных обезь­ян — 27—33 млн лет назад; линия гиббона отделилась от линии, веду­щей к человеку 18—22 млн лет назад; линия орангутанга — 13—16 млн лет, линия гориллы — 8—10 млн лет, а линия шимпанзе — всего 5— 8 млн лет назад. Эти данные привели к распространению точки зре­ния, согласно которой «эволюция человеческой линии заняла не свыше 10 млн лет, а обезьяний предок гоминид имел черты сходства с шимпанзе, был, по существу, «шимпанзеподобен»... В качестве «модельного предка» человеческой и шимпанзоидной линии некоторые антропологи рассматривают карликового шимпанзе — бонобо — ...из джунгей Экваториальной Африки» *.

* Хрисанова Е.Н., Перевозчиков И.В. Антропология. М., 1991. С. 37—38.

Основные пути перестройки телесной организации ископаемого предка в направлении очеловечивания — прямохождение, развитие руки и мозга (так называемая гоминидная триада).

Переход к прямохождению, смена древесного образа жизни на наземный — одна из важнейших предпосылок формирования гоминид. Многие древесные формы обезьян часто в поисках пищи спуска­лись на землю и проводили здесь большую часть времени (есть дан­ные о том, что начальная адаптация к двуногому передвижению фор­мировалась еще в верхнем миоцене 23—27 млн лет назад). Некоторые виды обезьян (с относительно более короткими передними и более длинными задними конечностями) чаще других в полувертикальном положении перемещались по земле. Это освобождало их передние конечности, и они успешнее использовали камни и палки для самоза­щиты и охоты. Кроме того, поскольку перемещение на двух ногах было более медленным, чем брахиация (перемещение по деревьям с помощью ног и рук), то понадобилась определенная компенсация — развитая психика (способность быстрого ориентирования, необхо­димость координации тела, передних и задних конечностей), совер­шенствование стадных отношений. Значительные изменения клима­та, которые привели к сокращению тропических лесов и распростра­нению пустынь, вызвали гибель многих видов древесных обезьян, не успевших приспособиться к новым условиям. Сложились предпосыл­ки для интенсивного развития тех популяций приматов, которые освоили прямохождение, т.е. был сделан решающий шаг для перехо­да от обезьяны к человеку *.

* Существует интересная гипотеза о том, что человек произошел от прибреж­ных обезьян, обитавших в неогене по берегам рек, ручьев, озер и других пресных водоемов в полусаванной гористой местности.

Непосредственным предшественником человека были такие че­ловекообразные обезьяны, у которых верхние конечности не выпол­няли функции опоры тела и передвижения. Только при этом условии верхние конечности могли стать пригодными для употребления и изготовления орудий. Такое недостававшее звено в цепи обезьяньих предков человека было обнаружено в 1924 г. в Южной Африке, где были найдены костные остатки вымерших высших приматов, воз­раст которых составляет от 5 до 2,5 млн лет. Они получили название австралопитековых. В настоящее время большинство специалистов считают, что ближайшим предшественником человека являются именно австралопитековые — прямоходящие млекопитающие. К настоящему времени обнаружены костные остатки около 400 особей австралопи­тековых (в основном в Южной Африке, а также в Юго-Восточной, Восточной и Передней Азии — в долине реки Иордан). Австралопи­тековые являлись не антропоидными, а гоминидными (т.е. близкими к человеку) приматами, были не древесными, а наземными существа­ми, вели стадный образ жизни и передвигались на двух ногах. Если для высших приматов прямохождение носит спорадический харак­тер, то у австралопитековых оно было нормой поведения. Австрало­питековые были широко распространенной, биологически процве­тающей (с большой численностью и большим ареалом обитания) расой обезьян. Существовало несколько десятков их видов и поэтому они были перспективными в эволюционном отношении.

Прямохождение явилось результатом сложных морфо-физиологических трансформаций — изменения анатомического строения та­зовых костей и нижних конечностей, а также функций центрально-нервной регуляции поведения (обеспечивающих возможность со стороны мозга удерживать тело в равновесии во время ходьбы и бега на двух конечностях). Это в свою очередь повлекло значительное усложнение анатомической структуры мозга. И хотя в среднем объем мозга австралопитековых составлял 552 см3 , т.е. практический такой же, как средний объем мозга современных человекообразных обезь­ян (горилла — 496 см3 , шимпанзе — 394 см3 ), тем не менее по сложнос­ти организации мозга австралопитековые значительно отличались и от исходной предковой формы, и от параллельно развивавшейся ветви антропоидов.

Овладение австралопитековыми прямохождением имело два важ­нейших следствия. Во-первых, прямохождение высвобождало перед­ние конечности и создавало предпосылки для превращения их в руку — орган трудовой деятельности. Во-вторых, изменение положе­ния головы и глаз привело к значительному возрастанию зрительной информации, расширению поля зрения, т.е. создавались предпосыл­ки для совершенствования форм восприятия действительности в конкретных образах. Эти достоинства австралопитековых обеспечи­вали им явные преимущества в борьбе за существование и соответст­венно возможность прогрессивной эволюции.

Австралопитековые в отличие от нынешних антропоидов жили не в лесу, а в открытой местности — саваннах; питались не только растительной, но и животной пищей; вели охотничий образ жизни, о чем свидетельствуют остатки животных, скопления костей рядом с ископаемыми австралопитековыми. Особенно важно то, что австра­лопитековые систематически использовали природные предметы (камни, палки, кости и др.) как средства защиты от врагов, нападения на жертв во время охоты и др.

Использование природных предметов - это еще не труд. Труд предполагает создание самим человеком орудий труда. Поэтому австралопитековых относят еще к животному миру, а не к миру людей. Но это такие человекообразные обезьяны, для которых характерны прямохождение, питание мясом, использование природных предме­тов для добывания пищи, что делает их непосредственными предше­ственниками человека.

14.3. Возникновение труда

14.3.1. «Человек умелый»

Биологическая эволюция австралопитековых протекала в сложных условиях. Переход от древесной жизни к наземной сопровождался увеличением опасностей. Кроме того, ряд черт поведения австралопитековых, сложившихся в условиях древесной жизни, был мало пригоден, а то и вовсе вреден для наземной жизни. Так, австралопи­тек медленно бегал, у него не было когтей и клыков, необходимых для самозащиты. В условиях наземной жизни малая плодовитость, как и у всех высших приматов, грозила вымиранием всего вида и др. Поэ­тому естественный отбор происходил в направлении закрепления и развития тех качеств австралопитековых, которые позволяли противостоять враждебной окружающей среде. Прежде всего совершенст­вовались прямохождение и устойчивость тела, увеличивалась по­движность передних конечностей для того, чтобы использовать камни и дубины для защиты и нападения, для выкапывания корней и клубней, для сдирания шкуры с убитого животного, разрезания мяса и др.; увеличивались отделы головного мозга, которые обеспечивают ориентацию в пространстве. Кроме того, возрастала взаимозависи­мость членов стада, их сплоченность, усиливались связи внутри стада, развивались средства общения, психика, формы отражения.

Огромным достижением австралопитековых было то, что они научились применять разнообразные по формам природные предме­ты в качестве средств охоты, нападения, защиты, обработки туш убитых животных и др. Существует предположение, что австралопитековые использовали в качестве орудий (и оружия) кости и зубы убитых ими на охоте животных и, как показывают раскопки, были способны накапливать ассортимент разнообразных естественных предметов, создавать «предметный фонд стада». При многократном использовании камней и дубин для нападения и обороны неизбежно возникали ситуации, когда от камня откалывались обломки, осколки с режущим, острым краем, использование которых было гораздо эффективнее, чем применение обветренных и скатанных природ­ных камней, для раскалывания, резания, разделывания шкур. Опера­ции обработки камней (а также палок и костей) сначала применялись спорадически, а затем закреплялись естественным отбором и превра­щались в навыки всего первобытного стада.

Таким образом, трудовая деятельность (производство орудий труда) закономерно и неизбежно возникает в ходе систематического использования естественных предметов антропоидными предками человека. С возникновением и освоением производства орудий труда был осуществлен один из важнейших в истории развития материаль­ного мира качественный скачок: из биологического мира (посредст­вом трудовой деятельности) выделилась качественно новая форма материи — человеческое общество *. Став устойчивым, постоянным фактором жизни, трудовая деятельность обусловила зарождение со­циальных отношений, сознания, мышления, воли, языка, т.е. оконча­тельное превращение животного в человека.

* Часто задают вопрос: «Почему сейчас, в нашу эпоху, человек не возникает из обезьяны?» Дело в том, что при образовании новой сложно организованной сис­темы она сама же преобразует предпосылки, ее породившие. Мы видели это на примере происхождения жизни (см. 13.2): те условия, которые привели к появле­нию живого, самим же органическим миром были преобразованы и устранены. Это диалектика любого развития качественно новых систем, в том числе и челове­ка. Именно поэтому развитие не воспроизводимо в своих деталях; и то качественно новое, что появляется в истории, появляется лишь один раз. В полной мере это относится и к человеку: еще на заре своего формирования человек устранил мно­гие из тех предпосылок (биотических и абиотических), которые его породили.

К какому времени относит наука возникновение производства орудий труда, а следовательно, человека и общества? Еще в середине XX в. было общепризнано, что древнейшим человеческим существом является найденный на острове Ява (Индонезия) питекантроп, жив­ший примерно 800 тыс. лет назад. Тем самым длительность челове­ческой истории определялась примерно в 1 млн лет. Положение радикально изменилось после того, как в Восточной Африке в конце 50-х — начале 60-х гг. английский антрополог Л. Лики обнаружил в Олдувайском ущелье (Танзания) самую древнюю ископаемую форму человеческого существа — гомо хабилис (человек умелый).

Гомо хабилис занимает промежуточное положение между австралопитековыми и питекантропами. Это двуногое существо ростом до 140 см с объемом мозга в среднем 668 см3 , что больше, чем у австрало­питековых, но меньше, чем у питекантропов. Для кисти руки харак­терны некоторые черты, свойственные современному человеку: способность к мощному силовому захвату, к изготовлению каменных орудий. Рядом с ископаемыми остатками этих существ обнаружены многочисленные примитивные, грубые каменные орудия, разбитые кости животных, осколки камней, получающиеся в процессе изготов­ления орудий. Вскоре аналогичные существа стали находить и в дру­гих местах Восточно-Африканского региона (Кооби-Фора, оз. Ру­дольфа и др.). Возраст этих находок — около 2—3 млн лет. Все это позволяло сделать вывод, что грань между человеком и животными гораздо отдаленнее, чем предполагалось раньше. Историю челове­ческого общества следует перенести по крайней мере на 2—3 млн лет.

Для древних существ, живших в Олдувайском ущелье, главным способом добычи пищи была охота. Они охотились не только на мелких, но и на крупных животных (слонов, динотериев, баранов). В процессе охоты, которая, несомненно, носила коллективный ха­рактер, применялись самые различные приемы — облавы, загоны (в том числе и в болотистую почву). Хабилисы умели изготовлять простейшие грубые каменные рубящие орудия для охоты, разделки туш, обработки дубин и проч. (около 20 типов). Для этого они использова­ли гальку и желваки различных пород камня (преимущественно вул­каническую лаву), а также отщепы (получавшиеся при разбивании камней и после подработки их краев), которые служили для разреза­ния мяса, обработки туш животных, дерева, кости и др. У хабилисов существовали, очевидно, и костяные, и деревянные орудия труда. Люди олдувайской культуры умели строить жилища, охотничьи по­селки, вели более или менее оседлый образ жизни, связанный с осо­бенностями охоты в этой местности.

Ведущей биологической предпосылкой, которая сцементировала все остальные предпосылки антропосоциогенеза, синтезировала и вела их к образованию исходного первичного производственного коллектива, была, очевидно, стадная охота. Именно в стадной охоте (деятельности, по существу, коллективной) складываются и орудий­ное, практическое отношение к природе, и социальные отношения между членами первобытного стада, а также формируется высший уровень психики — сознание.

Переход от использования найденных природных предметов для обороны и охоты к систематическому изготовлению орудий труда был важнейшим, революционным скачком в создании человеческого общества. Труд стал необходимой, а затем и ведущей стороной в отношении человека и миру. Революционизирующее значение трудо­вой деятельности в формировании человека состоит в следующем:

• она позволяет выделять объективные, т.е. не зависящие от субъекта, свойства предметов и орудий труда;

• результаты труда (и техника труда) существуют и развиваются по независимым от человека объективным закономерностям;

• кроме биологических потребностей начинают формировать­ся социально-культурные потребности;

• трудовой процесс способствует выработке и накоплению сти­хийно-эмпирических знаний о мире;

• трудовой процесс с самого начала имеет общественную приро­ду, он предполагает определенное разделение труда;

• под влиянием труда постепенно преобразуется и психология гоминид: труд требует развития мышления, целеполагания, воображения, чувственного отражения, волевых качеств, т.е. сознания;

• труд, общественное производство так или иначе предполагает постепенное формирование системы социального наследова­ния приобретенных знаний, навыков и опыта.

Вместе с тем возникновение зачаточных форм труда еще не озна­чало, что на развитие общества перестали влиять биологические факторы. Еще долгое время природные условия «вели за собой» формирующегося человека, постепенно выходившего через посредство орудий труда из животного состояния, преодолевавшего путы природно-биологических связей, формировавшего деятельное, практи­ческое отношение к миру. «Человек вошел в мир бесшумно...» — так образно характеризовал первоначальные формы человечности один из выдающихся антропологов XX в. Пьер Тейяр де Шарден.

14.3.2. Развитие древнейшей техники человека

С возникновением гомо хабилис начался длительный период сосуще­ствования социальных и биологических закономерностей, на протя­жении которого биологические факторы и закономерности посте­пенно вытеснялись социальными. Этот период, получивший назва­ние нижнего палеолита, длился вплоть до эпохи верхнего палеолита (40—35 тыс. лет назад) и закончился с образованием краманьонца — человека современного типа. Этот период получил название перво­бытного стада.

Для первобытного стада характерна интенсивная морфологичес­кая эволюция человека, в первую очередь качественная перестройка коры головного мозга, руки, органов речи. Питекантроп, синантроп, гейдельбергский человек и другие ископаемые формы первобытного человека отличались более совершенным строением тела, большим объемом мозга (в среднем 900—1000 см3 ) и более высокой техникой обработки каменных орудий. Важно то, что не только объем мозга увеличился, но и усложнилась его структура, особенно тех зон коры больших полушарий, которые связаны со специфическими функция­ми труда и речевого общения.

Постепенно развивалась также техника производства и исполь­зования орудий труда. В нижнем палеолите отсутствуют устойчивые, стабильные формы орудий, а значит, и устойчивые способы их изготовления. Но, хотя и медленно, техника обработки орудий все-таки совершенствовалась, а вместе с ней совершенствовались на­выки и способы изготовления орудий, отрабатывались устойчивые, стабильные приемы. Очевидно, именно в это время появляется не­обходимость во взаимной передаче опыта обработки орудий в про­цессе обучения, появляются первые формы передачи социального опыта.

Большую роль в эволюции человечества сыграло освоение огня. Первая стадия приспособления этой природной силы состояла в использовании естественного огня (молния, вызвавшая пожар), постоянном поддержании процесса горения. Так, в пещерах, где жили синантропы (350—400 тыс. лет назад), археологи обнаружили слой пепла и угля толщиной до 7 м. С помощью огня первобытные люди обрабатывали мясную пищу, которая благодаря этому лучше усваива­лась и дольше сохранялась. Вторую стадию — искусственное добыва­ние огня специалисты относят к 120—100 тыс. лет до н.э. Несомнен­но, что освоение огня стимулировалось похолоданием климата (сна­чала миндельское оледенение, а затем и рисское). Освоение огня было грандиозным шагом по пути достижения человеком определен­ной независимости от климатических условий. Это позволило чело­веку резко расширить свой ареал обитания, увеличить количество видов продуктов питания, изготовлять более совершенные орудия труда, повышать эффективность охоты и рыболовства. Как удачно отметил известный отечественный антрополог П.И. Борисковский, «с появлением огня и очага возникло совершенно новое явление — пространство, строго предназначенное для людей» *.

* Борисковский П.И. Древнейшее прошлое человечества. М., 1980. С. 88.

В эпоху мустье (от 100 до 40 тыс. лет назад; неандертальский человек) начался процесс разделения труда при производстве орудий труда. Неандертальцы эпохи мустье достигли относительно высокой производительности труда, изготовляли более 60 видов орудий труда, вели развитый охотничий промысел, занимались собиратель­ством, жили в постоянных поселениях. Люди мустьерской эпохи производили различные типы остроконечников (употреблявшиеся как ножи для резания, кинжалы, наконечники копий и др.), скребел (использовавшиеся при разделывании туш, обработки шкур и дере­ва), выемчатые и зубчатые орудия (применявшиеся для обтачивания деревянных предметов, резания и пиления), рубилища разных форм (служившие ударным орудием) и др. Все это говорит о специализации орудий труда. Если начальные этапы производства орудий труда ха­рактеризовались созданием универсальных орудий, то в эпоху мустье орудия труда уже носили специализированный характер.

Увеличение разнообразия орудий труда свидетельствует об услож­нении технологии их изготовления. Хотя структура технологическо­го процесса осталась старой, но совершенствовались ее основные этапы; приобрели более правильную форму ядрища; стали более со­вершенными отщепы; росло число операций; технология производ­ства стала в основном трехступенчатой: оббивка, скалывание, ре­тушь. Такой сложный процесс требовал значительного опыта, навы­ка, координации движений. Очевидно, в рамках рода складывалась определенная специализация. Позже появились составные орудия (копья, рогатины, ножи и скребла с деревянными рукоятками и др.) и стал применяться такой технологический прием, как раскаливание камня в огне, а затем охлаждение его в воде.

14.4. Становление социальных отношений

14.4.1. Биологические предпосылки социальных отношений

Генезис человека — это единый процесс морфофизиологического превращения животного в человека (антропогенез) и стадных объ­единений животных в человеческое общество (социогенез). Станов­ление социальных отношений способствовало обузданию биологи­ческих инстинктов, в том числе и проявлений зоологического инди­видуализма, замене их отношениями социальной коллективности. Коллективность человеческих объединений обусловлена также ха­рактером передачи человеческого опыта. Если в биологическом мире опыт передается через естественный отбор, то накопленный в процессе труда опыт, т.е. социальный опыт, надо передавать каждый раз заново от одной особи к другой, от одного поколения к другому. Результаты труда не закрепляются генетически, и каждое новое по­коление, рождаясь, должно усвоить опыт предыдущих поколений, чтобы получить возможность эффективно трудиться по исторически выработанным меркам человеческой деятельности.

Исследования приматологов позволяют сделать вывод, что со­циальная активность имеет определенные предпосылки в стадах обезьян *. Отношения между обезьянами в стаде не являются абсо­лютно индивидуалистическими. Стадо обезьян — это не аморфное, бесструктурное образование, где каждый делает что хочет, а доста­точно организованная целостная структура, в которой каждая особь занимает свое особое место. Это некоторая предсоциальная ие­рархия.

* См.: Тих Н.А. Предыстория общества. Л., 1970; Фирсов Л.А. Поведение антро­поидов в природных условиях. Л., 1977; Мак-Фарленд Д. Поведение животных. Психобиология, этология и эволюция. М., 1988; Тинберген Н. Социальное поведе­ние животных. М., 1993; Гудолл Дж. Шимпанзе в природе: поведение. М., 1992; Поведение приматов и проблемы антропогенеза. М., 1991; и др.

Многие стороны поведения обезьян регулируются в рамках этой целостной структуры. Прежде всего, существуют отношения домини­рования и подчинения: есть вожак, которому все подчиняются, есть рядовые взрослые, юноши, дети — и у каждого своя форма поведения, выход за рамки которой наказуем, причем в стадах обезьян немало отношений, выражающих сотрудничество и взаимопомощь*. Такие отношения складываются между потомством одной матери, между представителями одного поколения («молодежные группы») и др. В то же время в стадах приматов между отдельными особями подчас устойчиво проявляются и противоположные отношения — антипа­тия, враждебность и др., но они не являются определяющими.

* У нас в свое время неправомерно большой акцент делали на зоологическом индивидуализме обезьяньих предков человека. Данные приматологии показыва­ют, что у обезьян фактор помощи превалирует, над фактором вражды, враждебнос­ти, насилия. Так, в естественных условиях наблюдались случаи, когда обезьяне со сломанной рукой соплеменники помогали переправляться через речку или обрыв. Раньше считали, что для стадного общества обезьян характерны индивидуализм и агрессивность, но агрессивность обезьян не столь высока, а коллективная помощь развита в гораздо большей степени, чем предполагали. Это обстоятельство помо­гает развеять миф о природной агрессивности человека, о неизбежности войн между людьми, вражды между народами, обществами.

Такое биосоциальное общение у антропоидов поддерживается средствами коммуникации — язык жестов, звуковые сигналы (выра­жающие радость, печаль, злобу, возбуждение и др.), действиями (поцелуи, объятия и др.). Важную роль играет и «демонстрационное манипулирование» как зачаточная форма передачи индивидуального опыта стадному коллективу (или его части).

14.4.2. Возникновение разделения труда

Формирование общественных отношений было обусловлено, с одной стороны, расшатыванием стадных отношений и стереотипов стадного поведения, а с другой стороны, укреплением связей особей вокруг производства орудий деятельности, передачей социального опыта, сплоченностью (в силу привязанности к постоянному месту обитания) и др. Исторической основой собственно человеческих форм общения является разделение труда. Для нижнепалеолитических первобытных коллективов характерно очень медленное разви­тие разделения труда, а его основным поприщем выступает производ­ство орудий труда и охота.

В первую очередь, происходит становление технологических от­ношений, связанных с разделением труда и разделением производ­ственного цикла на ряд операций. Этапы производства даже про­стого орудия труда разделены во времени, а это выдвигает особые требования к организации производства, к психике, сознанию, к развитию памяти. Особенно важно, что в процессе производства орудия труда нужно заранее учитывать его специфическое назначе­ние, организовать и координировать с другими свои действия в направлении достижения цели. В сфере сознания происходит раз­граничение отраслей целеполагания и целереализации. Если однозвенному процессу производства орудий труда соответствует пред­метное сознание, т.е. нерасчлененностъ практического и познавательного отношений , то многозвенному процессу — образное, мифологичес­кое сознание.

Определенный тип технологического разделения труда склады­вается и в связи с охотой. Как показывают археологические данные по олдувайской культуре, охота была ведущей формой деятельности гомо хабилисов. Хабилисы охотились не только на мелких, но и на крупных животных — слонов, динотериев, антилоп, гиппопотамов. Помимо прямого поражения жертвы с помощью ударов твердыми предметами с близкого расстояния, охота на крупных животных предполагала и применение методов непрямого поражения жер­твы — загоны в болото, в ямы, с обрыва и др. Конечно, здесь тре­бовалась (при всей стихийности такой охоты) выработка опреде­ленной «стратегии поведения», коллективной организации, опре­деленной (пока, конечно, примитивной) системы целеполагания. Вместе с тем разделение труда было связано также с преследовани­ем, загоном и поражением жертв: одни члены стада оставались в группе загона, другие — в группе поражения жертв и т.д. Принци­пиально важно, что охота как форма первобытного производства имела коллективный характер. Подобная коллективность выступала основой кооперации как формы организации труда, воплощающей социальный характер трудовой деятельности. Кооперация предпо­лагает, что индивиды сообща планомерно работают в одном производстве, взаимодействуя между собой, или в разных, но взаимо­связанных производствах.

Одновременно формируется и социальное разделение труда, ко­торое сначала строилось по естественно-биологическому, прежде всего половозрастному, признаку. Это значит, что каждая группа определенного возраста и пола имела свои функции в хозяйственном механизме первобытного стада: одни в основном охотились (таких, очевидно, было большинство, как правило, мужчины); другие (пре­имущественно женщины) занимались собирательством и больше уде­ляли внимания детям и обработке пищи; пожилые занимались изго­товлением орудий труда.

Естественное разделение труда становится мощным фактором повышения производительности труда и постепенно утверждается, трансформируясь в ранние формы экономических отношений (обме­на продуктами и результатами труда).

Особенность общественных отношений в первобытном обществе состоит в том, что они строились на коллективной собственности на средства и продукты производства. Распределение продуктов тоже носило коллективный характер. В частности, анализ олдувайской культуры дает основания полагать, что (в отличие от животных, прежде всего хищников) хабилисы не поедали добычу на месте поражения жертвы, а доставляли ее к местам обитания (охотничьим лаге­рям), где делили между всеми членами стада (очевидно, по принципу доминирования — подчинения, хотя в смягченном варианте) Это, конечно, не исключало отдельных вспышек зоологического индиви­дуализма — драк, борьбы за пищу, самок, конфликты и проч.

Формирование разделения труда, первичных производственных отношений осуществлялось параллельно с ограничением биологи­ческих инстинктов, через их подчинение. Первобытное стадо было эндогамной группой, т.е. брачные отношения осуществлялись внут­ри него, между родственниками. В силу законов генетики это тормо­зило развитие физической природы человека и могло привести к его вырождению. Дальнейшее развитие общества было возможно только при том условии, что биологические инстинкты будут поставлены под контроль человека. Такой контроль закладывал основы общест­венных отношений. В эпоху мустье окончательно вступили в силу и запрет брачных отношений внутри первобытного коллектива (ага­мия), и обязанность вступать в брачные отношения вне своего родо­вого коллектива (экзогамия). Так образовалась исторически первая форма социальной организации брачных отношений — дуально-родо­вой брак. Это завершило становление социальных начал, основы общественной жизни окончательно выделились из биологического мира.

Создание родового общества (35—40 тыс, лет назад) означало пол­ную победу социальных факторов развития человека над биологичес­кими, завершение антропосоциогенеза.

14.5. Генезис сознания и языка.

14.5.1. Раскрытие тайны происхождения сознания

Важной стороной антропосоциогенеза являлся генезис сознания. Со­знание — высшая форма отражения мира. Носителем сознания высту­пает человек, обладающий мозгом — высокоразвитой материальной системой, способной осуществлять идеальное отражение мира. Со­знание формируется только в системе социального общения людей и поэтому носит социально-исторический характер. Сознание позво­ляет человеку познавать окружающий мир, переживать свое отноше­ние к этому миру, регулировать свою деятельность. В сфере сознания складываются цели деятельности человека (идеальное целеполагание), формы мышления (понятие, суждение, умозаключение и др.), чувственно-образные и волевые моменты человеческой жизнедея­тельности. Основой, ядром, стержнем сознания является мышление. Именно благодаря мышлению в сознании формируется объектив­ный образ, картина мира.

Генезис сознания, как и возникновение человека и общества, носит естественно-исторический характер *. Сознание складывалось на базе высокоразвитой психики животных — высших приматов. Ос­новные предпосылки генезиса сознания: увеличение размеров и ка­чественное (структурное) изменение мозга высших приматов; трудо­вая, практическая деятельность; развитие социальных отношений, разделение труда, коллективность; развитие коммуникативной, сиг­нальной деятельности, языка, речи.

* Анализ проблемы генезиса сознания см.: Гурьев Д.В . Загадка происхождения сознания. М.,1997.

Основой генезиса сознания является обобщение (и коллектив­ное закрепление) результатов действий по производству орудий труда. Сознание возникает как отражение прежде всего тех объективных свойств природных предметов, которые выявляются в про­цессе производства орудий труда. В этом процессе необходимо вза­имодействие между собой (по крайней мере) двух природных пред­метов (камней, палок, костей). Результат их взаимодействия (т.е. орудие труда) определяется объективными свойствами таких природ­ных предметов. Ставя во взаимодействие между собой два природных предмета, человек получает возможность выделять их объек­тивные свойства (если одним камнем ударить по другому, то резуль­тат совсем иной, чем в ситуации удара камня по дереву: так прояв­ляется объективное свойство твердости). Взаимодействие двух ма­териальных предметов между собой позволяет выделять их объек­тивные свойства, т.е. свойства, не зависящие от того, кто ставит во взаимодействие эти предметы. Это принципиально важно и во многом объясняет, почему труд является основой сознания, позна­ния, мышления. Без учета объективных свойств материальных предметов систематическое производство орудий труда просто невоз­можно. Другими словами, производя орудия труда, субъект получил возможность отражать не только преимущественно ситуативные, относительные связи между организмом и средой (что свойственно-психике животных), но и объективные связи между предметами, ве­щами самой природной среды. Животное непосредственно не вы­деляет объективных свойств предметов среды, а выделяет лишь те свойства среды, которые для него биологически значимы, опреде­ляются инстинктивными программами поведения. Объективные свойства среды отражаются животными только в ходе исторической эволюции вида, естественного отбора, т.е. через смену поколений, отбор одних и вымирание других особей и др.

На уровне человека объективные связи, свойства среды проявля­ют себя прежде всего через устойчивые, повторяющиеся предмет­ные действия субъекта. Их фиксация и выделение из множества слу­чайных, второстепенных действий есть не что иное, как обобщение. Если результат обобщения закрепляется в каком-нибудь знаке, то тогда он может, во-первых, передаваться другим членам коллектива, во-вторых, достаточно долго сохраняться в коллективной памяти. Итак, производство и воспроизводство сознания изначально носит коллективистский характер, оно невозможно вне деятельности и общения людей; развитие форм деятельности и общения есть усло­вие развития сознания.

Обобщение, зафиксированное в некотором знаке, в самом широ­ком смысле уже есть познание как таковое. Таким образом, в созна­нии изначально заложен познавательный компонент. Когда мы говорим о том, что человек обладает сознанием, то прежде всего подразу­меваем, что человек познает мир, что он обладает определенной системой знаний. Знания — это выраженные в определенной системе знаков (слово, навык, жест, схема и др.) обобщенные элементы созна­ния, благодаря которым различаются вещи объективного мира, их существенные и несущественные свойства, сам человек и его отноше­ние к внешнему миру. Система знаний складывается в историческом опыте человечества. Каждый отдельный индивид осваивает ее зано­во в процессе социализации, обучения, образования, воспитания и др.

Безусловно, знание является сердцевиной, ядром сознания, но содержание сознания не может быть сведено только к знанию. Оно обладает еще одной стороной — эмоционально-волевой, т.е. сферой переживания действительности, которая выражает отношение субъ­екта к тому, что он отражает, преобразовывает. Это сфера выраже­ния потребностей, интересов и целей. Человек не только познает мир, но и оценивает его свойства с точки зрения их значимости для удовлетворения своих потребностей. Функцию оценки во многом выполняют эмоции человека. Эмоциональная сфера гоминид высту­пала базой исторического формирования ценностного аспекта со­знания человека.

На начальных этапах сознание было предметно-действенным, было включено в акты предметных действий, логика отдельных иде­альных действий еще отсутствовала, наличествовала лишь логика внешнего предметного действия. Поэтому человек не мог воспроиз­вести каких-либо действий по производству орудий труда в отрыве от этих орудий. Накапливавшийся опыт такого рода передавался в про­цессе коллективного подражания. На этом этапе еще не было устой­чивого идеального целеполагания как некоторой сложившейся под­системы сознания, о чем свидетельствует случайная, нестабильная форма орудий труда, создаваемых в результате еще во многом ин­стинктивных действий. В сознании еще не воспроизводилась законо­мерная связь между началом, процессом и результатом обработки предмета труда, поскольку логика практических действий была однозвенной (т.е. для производства орудий тру