План
1. Поняття картини
світу
4. Загальні контури
сучасної природничо-наукової картини світу
1. Поняття картини
світу
Словосполучення
"наукова картина світу" має на увазі певну аналогію між сукупністю
опису реального світу наукових абстракцій і величезного живописного полотна, на якому художник компактно розмістив
усі предмети світу. Безумовно, дана аналогія, як і всі інші, досить
приблизно відображає суть справи, але в цілому вона вдала. А вдалі
аналогії володіють дивовижною властивістю - їх можна розгорнути далі,
докладніше. При цьому схожість з об'єктом аналогії збережеться!Спробуємо
виконати таку операцію з "картинами світу". Живописні полотна
мають один істотний недолік - ступінь схожості з зображуваним об'єктом часом
буває далека від бажаної. У прагненні домогтися максимально точного зображення
людство винайшло фотографію. Точність підвищилася, але помітне незручність
стала завдавати статичність, млявість. Людство подумало і винайшло
кінематограф - зображувані об'єкти ожили, зарухалися, можливість адекватного
відтворення реальності збільшилися. Цікаво, але послідовно змінювали один
одного наукові картини світу (антична, ньютонівська і сучасна) зазнали
схожі перетворення. Античний вчений
світ малював свою "картину" з великою часткою фантазії і вигадки, але
подібність з зображуваним було мінімальним. Ньютонівська картина світу стала суші,
суворіше і у багато разів точніше (отака чорно-біла фотографія, місцями, правда,
неясна). Нинішня наукова картина світу "оживила"
нерухому досі Всесвіт, виявила в кожному її фрагменті еволюцію. Опис
історії Всесвіту з усім її вмістом зажадало вже не фотографії, а кінострічки,
кожен кадр якої відповідав би певному етапу
її розвитку. У цьому й полягає головна принципова особливість сучасної
природничо-наукової картини світу - принцип глобального еволюціонізму.
2. Глобальний
еволюціонізм
Поява принципу
глобального еволюціонізму означає, що в сучасному природознавстві утвердилось
переконання в тому, що матерія, Всесвіт в цілому і у
всіх її елементах не можуть існувати поза розвитку. Це принципово новий для
природознавства погляд на речі, хоча сама ідея еволюції зародилася у XIX
ст. Найбільш сильно вона прозвучала у вченні Ч. Дарвіна про походження
видів.
Еволюційне вчення
справило сильний вплив на уми сучасників Ч.
Дарвіна. Однак перебратися через прірву, що відділяла науки про живу від наук про неорганічний мир, у XIX
ст. так і не змогли, обмежившись рослинним і тваринним
світом. Класичні фундаментальні науки, насамперед фізика і астрономія, що складали основу ньютонівської
картини світу, залишалися осторонь від еволюційного вчення. Всесвіт у цілому
представлялася рівноважної і незмінною. А оскільки час її існування нескінченно, то
цілком вірогідна поява в результаті випадкових локальних збурень
спостережуваних нерівноважних утворень з помітною організацією структур
(галактик, планетних систем тощо). Протиприродним явищем, або артефактом
(лат. Arte - штучно + factus. - Зроблений), виглядало і появу життя на нашій планеті. Вважалося, що такого роду
«відхилення» в існуванні Всесвіту - явища тимчасові, з рештою космосом не пов'язані.
У ХХ столітті все
радикально змінилося. Перша велика дірка у антиеволюційному настрої
класичної фізики була пробита на початку 20-х рр.. в результаті
відкриття розширення Всесвіту, або її
нестаціонарності. Але якщо Всесвіт розширюється і галактики як би відсуваються
один від одного, то природно, виникає питання: а які
ж сили повідомляють їм початкову швидкість і дають необхідну
енергію. Сучасне природознавство вважає, що воно
може відповісти на це питання
теорією Великого вибуху. При цьому зародження Всесвіту виводиться з її
якогось вихідного стану з наступною еволюцією, що привела в кінцевому
рахунку до нині спостерігається виглядом. Ця теорія більш-менш міцно утвердилася у природознавстві у
70-і рр.. (Однак ідея була запропонована ще в 40-і рр.). Радикальне
оновлення уявлень про пристрій світобудови полягає в наступному. Всесвіт
нестаціонарна, вона мала початок в часі, отже, історична, тобто еволюціонує в
часі. І цю еволюцію протяжністю в 20 млрд років, в принципі, можна
реконструювати! Таким чином, ідея еволюції заволоділа фізикою, хімією,
космологією.
У XX ст. еволюційне
вчення інтенсивно розвивалося і в рамках його прародительки -
біології. Найбільш видатні успіхи досягнуті на молекулярно-генетичному
рівні: розшифровано генетичний механізм передачі успадковане інформації,
з'ясовано роль і структура ДНК і РНК, знайдені методи
визначення послідовностей нуклеотидів у них тощо
Ідея еволюції проникла і
в інші галузі природознавства. У геології, наприклад, остаточно утвердилася
концепція дрейфу континентів. А екологія, біогеохімія,
антропологія були «еволюційно» спочатку. Таким чином, сучасне природознавство вправі
сформулювати гасло: «Все існуюче є результат еволюції!» Вкоріненість в нинішній
науковій картині світу уявлення про загальний характер еволюції є її
головною відмінною рисою. Але якщо в біології концепція еволюції має давні стійкі
традиції, то фізика і хімія, як вже було сказано, до неї тільки
звикають. Полегшити цей процес покликане нове міждисциплінарний науковий
напрям, що з'явилося в 70-х рр.., - Синергетика.Вона претендує на опис рушійних сил еволюції будь-яких об'єктів нашого
світу.
3. Синергетика -
теорія самоорганізації
Поява синергетики в
сучасному природознавстві ініційовано, мабуть, підготовкою глобального
еволюційного синтезу всіх природничих дисциплін. Цю тенденцію в чималому
ступені стримувало така обставина, як разюча асиметрія процесів деградації та розвитку в живій і
неживій природі.
У класичній науці XIX
ст. панувало переконання, що матерії початку властива тенденція до
руйнування будь-якої впорядкованості, прагнення до вихідного рівноваги (в
енергетичному сенсі це й означало невпорядкованість або хаос). Такий
погляд на речі сформувався під впливом рівноважної
термодинаміки. Знамените другий початок (закон) термодинаміки у
формулюванні німецького фізика Р. Клаузіуса звучить так: "Теплота не
переходить мимовільно від холодного тіла до більш гарячого". Закон
збереження і перетворення енергії (перший
початок термодинаміки), в принципі, не забороняє такого переходу, аби кількість енергії
зберігалося в колишньому обсязі. Але в реальності це ніколи не
відбувається. Дану однобічність, односпрямованість перерозподілу енергії в
замкнутих системах і підкреслює другий початок термодинаміки. Для
відображення цього процесу в термодинаміку було введено
нове поняття -
"ентропія". Під ентропією стали розуміти
міру безладу системи. Більш точне формулювання другого початку
термодинаміки прийняла такий вигляд: при мимовільних процесах в системах, що мають постійну
енергію, ентропія завжди
зростає. Фізичний сенс зростання ентропії зводиться до того, що складається з певної кількості частинок
ізольована (з постійною енергією) система прагне перейти
в стан з найменшою впорядкованістю руху частинок.Це і є найбільш просте стан
системи, або термодинамічна рівновага, при якому рух частинок
хаотично. Максимальна ентропія означає повне термодинамічна рівновага, що
еквівалентно хаосу.
Матерія здатна
здійснювати роботу і проти термодинамічної рівноваги, самоорганізовуватися і
самоусложняться. Постулат про здатність матерії до саморозвитку в філософію був введений
досить давно. А ось його необхідність у фундаментальних природничих науках
(фізиці, хімії) почали усвідомлювати тільки зараз. На цій хвилі й
виникла синергетика - теорія самоорганізації. Її розробка
почалася кілька десятиліть тому. В даний час вона розвивається за кількома
напрямками: синергетика (Г. Хакен),
нерівноважна термодинаміка (І. Р. Пригожий) та ін Загальний зміст
комплексу синергетичних (термін Г. Хакена)
ідей, які розвивають ці напрямки, полягає в наступному:
• процеси
руйнування і творення, деградації і еволюції у Всесвіті рівноправні;
• процеси творення
(наростання складності і впорядкованості) мають єдиний алгоритм, незалежно від
природи систем, в яких вони здійснюються.
Таким чином, синергетика
претендує на відкриття якогось універсального механізму, за допомогою якого
здійснюється самоорганізація як в живій, так і
неживої природи. Під самоорганізацією при цьому
розуміється спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від менш
складних і упорядкованих форм організації до більш складних і
впорядкованим. Звідси випливає, що об'єктом синергетики можуть бути аж
ніяк не будь-які системи, а тільки ті, які відповідають як мінімум двом
умовам. Перш за все, вони повинні бути: відкритими,
тобто обмінюватися речовиною або енергією з зовнішнім середовищем; і
істотно нерівновагими, або знаходитися в стані, далекому від термодинамічної
рівноваги.
Але саме такими є більшість відомих нам
систем. Ізольовані системи класичної термодинаміки - це певна ідеалізація,
в реальності вони - виняток, а не правило. Складніше йде справа зі
Всесвіту в цілому. Якщо вважати Всесвіт відкритою системою, то, що може
служити її зовнішнім середовищем? Сучасна фізика вважає, що для речовій
Всесвіту таким середовищем є вакуум. Отже, синергетика стверджує, що розвиток відкритих і сильно
нерівноважних систем протікає шляхом наростаючої складності та
впорядкованості. У циклі розвитку такої системи спостерігаються дві фази:
1) період плавного
еволюційного розвитку, з добре передбаченими лінійними змінами, підводять в
підсумку систему до деякого нестійкого критичного стану;
2) вихід з критичного стану одномоментно, стрибком і
перехід в новий стійкий стан з більшою ступенем складності і впорядкованості.
Самий популярний і
наочний приклад утворення структур наростаючої складності - добре вивчене в
гідродинаміці явище, назване осередками Бенара. Під час підігрівання
рідини, що знаходиться у посудині круглої або прямокутної форми, між нижньою і
верхньою її шарами виникає деяка різниця (градієнт) температур. Якщо
градієнт малий, то перенесення тепла відбувається на мікроскопічному рівні і
ніякого макроскопічного руху не відбувається. Однак при досягненні
градієнтом деякого критичного значення в рідині раптово (стрибком) виникає
макроскопічне рух, який утворює чітко виражені структури у вигляді циліндричних
осередків. Зверху така макроупорядоченность виглядає як стійка чарункова
структура, схожа на бджолині стільники. Це добре знайоме
всім явище з позицій статистичної механіки
неймовірно. Адже вона свідчить, що в момент утворення осередків Бенара
мільярди молекул рідини, як за командою, починають вести себе скоординовано,
узгоджено, хоча до цього перебували в хаотичному русі. Створюється
враження, ніби кожна молекула "знає", що роблять всі інші, і бажає
рухатися в загальному строю. (Слово "синергетика", до речі, як раз і означає
"спільна дія"). Класичні статистичнізакони тут явно не працюють, це явище іншого
порядку. Адже якби, навіть випадково, така "правильна" і стійко
"кооперативна" структура утворилася, що майже неймовірно, вона тут же
би і розпалася. Але вона не розпадається при відповідних умовах (приплив
енергії ззовні), а, навпаки, стійко зберігається. Значить, виникнення
структур наростаючої складності - не випадковість, а закономірність. Пошук
аналогічних процесів самоорганізації в інших класах відкритих нерівноважних систем
начебто обіцяє бути успішним: механізм дії лазера; зростання кристалів; хімічні годинник
(реакція Бєлоусова-Жаботинського); формування живого організму; динаміка популяцій. Все
це приклади самоорганізації систем самої різної природи. Синергетична
інтерпретація такого роду явищ відкриває нові можливості та напрямки їх
вивчення. В узагальненому вигляді новизну синергетичного підходу можна
виразити такими позиціями.
• Хаос не тільки
руйнівний, але і творцем, конструктивний; розвиток здійснюється через
нестійкість (хаотичність).
• Лінійний характер
еволюції складних систем, до якого звикла класична наука, не правило, а, швидше, виняток; розвиток більшості таких
систем носить нелінійний характер. А це означає, що для складних систем
завжди існує декілька можливих шляхів еволюції.
• Розвиток
здійснюється через випадковий вибір однієї з кількох дозволених можливостей
подальшої еволюції в точці біфуркації.Отже, випадковість - не прикре
непорозуміння; вона вбудована в механізм еволюції. А нинішній шлях
еволюції системи, можливо, не краще, ніж ті, які були відкинуті випадковим вибором.
Синергетика - родом з
фізичних дисциплін, зокрема, з термодинаміки. Але її ідеї носять
міждисциплінарний характер. Вони підводять базу під совершающийся в
природознавстві глобальний еволюційний синтез. Тому в синергетики бачать
одну з найважливіших складових сучасної наукової картини світу.
4. Загальні
контури сучасної природничо-наукової картини світу
Світ, в якому ми живемо,
складається з різномасштабних відкритих систем, розвиток яких підпорядковується
загальним закономірностям. При цьому він має свою довгу історію, в
загальних рисах відому сучасній науці. Наведемо хронологію найбільш
важливих подій 1
20 млрд. років тому -
Великий вибух.
3 хвилини по тому
- утворення речової основи Всесвіту (фотони,
нейтрино і антинейтрино з домішкою ядер водню, гелію та електронів).
Через кілька сотень
тисяч років - поява атомів (легких елементів).
19-17 млрд. років тому утворення
різномасштабних структур (галактик).
15 млрд. років тому -
поява зірок першого покоління, утворення атомів важких елементів.
5 млрд. років тому -
народження Сонця.
4,6 млрд. років тому - утворення
Землі.
3,8 млрд. років тому -
зародження життя.
450 млн. років тому -
поява рослин.
150 млн. років тому -
поява ссавців.
2 млн. років тому -
початок антропогенезу.
Підкреслимо, що сучасній
науці відомі не тільки "дати", але багато в чому й самі механізми
еволюції Всесвіту від Великого вибуху до наших днів. Найбільш великі
відкриття таємниць історії Всесвіту здійснені у другій половині ХХ століття:
запропонована і обгрунтована концепція Великого вибуху, встановлені типи
фундаментальних взаємодій, побудовані перші теорії їх об'єднання і т.д. Ми
звертаємо увагу в першу чергу на успіхи фізики і космології тому, що саме ці фундаментальні науки формують загальні
контури наукової картини світу. Картина світу, змальована сучасним природознавством, надзвичайно складна і
проста одночасно. Складна тому, що здатна поставити в глухий кут людину,
яка звикла до узгоджених зі здоровим глуздом класичних наукових уявлень. Ідеї:
·
початку часу;
·
корпускулярно-хвильового
дуалізму квантових об'єктів;
·
внутрішньої структури
вакууму, здатної народжувати віртуальні частинки,
та інші подібні новації надають нинішньої картині світу трошки
"божевільний" вигляд. Але в той же час ця картина велично
проста, струнка і десь навіть елегантна. Ці якості їй надають в основному
вже розглянуті нами провідні принципи побудови та організації сучасного
наукового знання: системність, глобальний еволюціонізм, самоорганізація, історичність.
Дані принципи побудови
наукової картини світу в цілому відповідають фундаментальним закономірностям
існування і розвитку самої Природи. Системність означає відтворення наукою
того факту, що Всесвіт постає як найважливіша з відомих нам систем, що
складається з величезної кількості елементів (підсистем) різного рівня
складності та впорядкованості. Під системою звичайно розуміють якесь
впорядкована множина взаємопов'язаних елементів. Ефект системності виявляється
в появі у цілісної системи нових властивостей, які виникають в результаті
взаємодії елементів (атоми водню і кисню, наприклад, об'єднані в молекулу води,
радикально змінюють свої властивості). Іншою важливою характеристикою
системної організації є ієрархічність, субординація - послідовне включення
систем нижніх рівнів у системи більш високих рівнів. Системний спосіб
об'єднання елементів висловлює їх принципову єдність: завдяки
ієрархічним включення систем різних рівнів один в одного кожен елемент
будь-якої системи виявляється пов'язаним з усіма елементами всіх можливих
систем. (Наприклад: людина - біосфера - планета Земля - Сонячна система - Галактика і т. д.)
Саме такий принципово єдиний
характер демонструє нам навколишній світ. Подібним чином організуються і
наукова картина світу, і що дає її
природознавство. Всі його частини нині найтіснішим чином взаємопов'язані -
зараз вже немає практично жодної "чистої" науки. Всі пронизане і
перетворено фізикою і хімією. Глобальний еволюціонізм - це визнання
неможливості існування Всесвіту і всіх породжуваних нею менш масштабних систем
поза розвитку, еволюції. Еволюціонує характер Всесвіту, крім того,
свідчить про принципову єдність світу, кожна складова частина якого є історичне
наслідок глобального еволюційного процесу, розпочатого Великим
вибухом. Самоорганізація - спостережувана здатність матерії до
самоусложненію і створення все більш упорядкованих структур у ході
еволюції. Ці принципові особливості
сучасної природничо-наукової картини світу і визначають у головному її
загальний контур, а також сам спосіб організації різноманітного наукового
знання в щось ціле і послідовне.
Однак є ще одна
особливість сучасної наукової картини світу, що відрізняє її від колишніх
варіантів. Вона полягає у визнанні історичності, а отже, принципової
незавершеності справжньої, та й будь-який інший наукової картини
світу. Та, яка є зараз, породжена як попередньою історією, так і специфічними
соціокультурними особливостями нашого часу. Розвиток суспільства, зміна
його ціннісних орієнтації, усвідомлення важливості дослідження унікальних
природних систем, в які складовою частиною включений і людина, змінюють
стратегію наукового пошуку, саме відношення людини до світу. Але ж
розвивається і Всесвіт.
ЗАВДАННЯ:
1) Опрацювати теоретичний
матеріал(законспектувати)
Немає коментарів:
Дописати коментар