Природничо-наукова картина миру
Уявлення про властивості й особливості навколишньої нас природи виникають на основі тих знань, які в кожний історичний період дають нам різні науки, що вивчають різні процеси і явища природи. Оскільки природа являє собою щось єдине й ціле, остільки й знання про неї повинні мати цілісний характер, тобто являти собою певну систему. Таку систему наукових знань про природу здавна називають Природознавством. Раніше в Природознавство входили всі порівняно нечисленні знання, які були відомі про Природу, але вже з епохи Відродження виникають і відокремлюються окремі його галузі й дисципліни, починається процес диференціації наукового знання. Ясно, що не всі ці знання є однаково важливими для розуміння навколишньої нас природи.
Щоб підкреслити фундаментальний характер основних і найважливіших знань про природу, учені ввели поняття природничо-наукової картини миру, під якою розуміють систему найважливіших принципів і законів, що лежать в основі навколишні нас миру. Сам термін "картина миру" указує, що мова йде тут не про частину або фрагмент знання, а про цілісну систему. Як правило, у формуванні такої картини найбільш важливого значення набувають концепції й теорії найбільш розвинених у певний історичний період галузей природознавства, які висуваються в якості його лідерів. Не підлягає сумніву, що лідируючі науки накладають свою печатку на подання й науковий світогляд учених відповідної епохи. Але це аж ніяк не означає, що інші науки не беруть участь у формуванні картини природи. У дійсності вона виникає як результат синтезу фундаментальних відкриттів і результатів дослідження всіх галузей і дисциплін природознавства.
Існуюча картина природи, що малюється природознавством, у свою чергу впливає на інші галузі науки, у тому числі й соціально-гуманітарні. Такий вплив виражається в поширенні концепцій, стандартів і критеріїв науковості природознавства на інші галузі наукового пізнання. Звичайно саме концепції й методи наук про природу й картина миру в цілому в значній мірі визначають науковий клімат епохи. У найтіснішій взаємодії з розвитком наук про природу починаючи з XVI в. розвивалася математика, що створила для природознавства такі потужні математичні методи, як диференціальне й інтегральне вирахування.
Однак без обліку результатів дослідження економічних, соціальних і гуманітарних наук наші знання про світ у цілому будуть свідомо неповними й обмеженими. Тому варто розрізняти природничо-наукову картину миру, що формується з досягнень і результатів пізнання наук про природу, і картину миру в цілому, у якій як необхідне доповнення входять найважливіші концепції й принципи суспільних наук.
Однак ще до появи наукових уявлень про природу люди замислювалися про навколишній їхній світ, його будові й походженні. Такі подання спочатку виступали у формі міфів і передавалися від одного покоління до іншого. Відповідно до найдавніших міфів, весь видимий упорядкований і організований мир, що в античності називався космосом, відбувся з дезорганізованого миру, або неупорядкованого хаосу.
В античній натурфілософії, зокрема в Аристотеля (384-322 до н.е.), подібні погляди знайшли своє відбиття в розподілі миру на зроблений небесний космос і недосконалий земний мир. Сам термін "космос" позначав у стародавніх греків усяку впорядкованість, організацію, досконалість, погодженість і навіть військового лад. Саме така досконалість і організованість приписувалися небесному миру.
З появою експериментального природознавства й наукової астрономії в епоху Відродження була показана явна неспроможність подібних уявлень. Нові погляди на навколишній світ стали ґрунтуватися на результатах і висновках природознавства відповідної епохи й стали тому називатися природничо-науковою картиною миру.Однієї з перших виникла механістична картина миру, оскільки вивчення природи почалося з аналізу найпростішої форми руху матерії - механічного переміщення тел.
Механістична картина миру
Становлення механістичної картини миру справедливо зв'язують із ім'ям Галілео Галілея, що встановив закони руху вільно падаючих тіл і сформулював механічний принцип відносності. Але головна заслуга Галілея в тім, що він уперше застосував для дослідження природи експериментальний метод разом з вимірами досліджуваних величин і математичною обробкою результатів вимірів. Якщо експерименти ставилися й раніше, те математичний їхній аналіз уперше систематично став застосовувати саме він.
Підхід Галілея до вивчення природи принципово відрізнявся від раніше існуючого натурфілософського способу, при якому для пояснення явищ природи придумувалися апріорні, не пов'язані з досвідом і спостереженнями, чисто умоглядні схеми.
Натурфілософія, що виходить з її назви, являє собою спробу використовувати загальні філософські принципи для пояснення природи. Такі спроби вживали ще з античної епохи, коли недолік конкретних даних філософи прагнули компенсувати загальними філософськими міркуваннями. Іноді при цьому висловлювалися геніальні здогади, які на багато сторіч випереджали результати конкретних досліджень. Досить нагадати хоча б про атомістичну гіпотезу будови речовини, що була висунута давньогрецьким філософом Левкипом (V до н.е.) і більш детально обґрунтована його учнем Демокритом (ок. 460 до н.е. - г. смерті неизв.), а також про ідею еволюції, висловленої Емпедоклом (ок. 490 - ок. 430 до н.е.) і його послідовниками. Однак після того як поступово виникали конкретні науки й вони відділялися від філософського знання, натурфілософські пояснення стали гальмом для розвитку науки.
У цьому можна переконатися, зрівнявши погляди на рух Аристотеля й Галілея. Виходячи з апріорної натурфілософської ідеї, Аристотель уважав "зробленим" рух по колу, а Галілей, опираючись на спостереження й експеримент, увів поняття інерціального руху. На його думку, тіло, не піддане впливу яких-небудь зовнішніх сил, буде рухатися не по колу, а рівномірно по прямої траєкторії або залишатися в спокої. Таке уявлення, звичайно, - абстракція й ідеалізація, оскільки в дійсності не можна спостерігати таку ситуацію, щоб на тіло не діяли які-небудь сили. Однак ця абстракція є плідної, тому що вона подумки продовжує той експеримент, що приблизно можна здійснити в дійсності, коли, ізолюючись від дії цілого ряду зовнішніх сил, можна встановити, що тіло буде продовжувати свій рух у міру зменшення впливу на нього сторонніх сил.
Перехід до експериментального вивчення природи й математична обробка результатів експериментів дозволили Галілею відкрити закони руху вільно падаючих тел. Принципова відмінність нового методу дослідження природи від натурфілософського складалося, отже, у тім, що в ньому гіпотези систематично перевірялися досвідом. Експеримент можна розглядати як питання, звернений до природи. Щоб одержати на нього певна відповідь, необхідно так сформулювати питання, щоб одержати на нього цілком однозначна й певна відповідь. Для цього варто так побудувати експеримент, щоб по можливості максимально ізолюватися від впливу сторонніх факторів, які заважають спостереженню досліджуваного явища в "чистому виді" . У свою чергу гіпотеза, що представляє собою питання до природи, повинна допускати емпіричну перевірку виведених з її деяких наслідків. У цих цілях, починаючи з Галілея, стали широко використовувати математику для кількісної оцінки результатів експериментів.
Таким чином, нове експериментальне природознавство на відміну від натурфілософських здогадів і умоглядів минулого стало розвиватися в тісній взаємодії теорії й досвіду, коли кожна гіпотеза або теоретичне припущення систематично перевіряються досвідом і вимірами.
Саме завдяки цьому Галілею вдалося спростувати колишнє припущення, висловлене ще Аристотелем, що шлях падаючого тіла пропорційний його швидкості. Почавши експерименти з падінням важких тіл (гарматних ядер), Галілей переконався, що цей шлях пропорційний їхньому прискоренню, рівному 9,81 м/с. З астрономічних досягнень Галілея слід зазначити відкриття супутників Юпітера, а також виявлення плям на Сонце й гір на Місяці, що підривало колишню віру в досконалість небесного космосу.
Новий великий крок у розвитку природознавства ознаменувався відкриттям законів руху планет. Якщо Галілей мав справу з вивченням руху земних тіл, то німецький астроном Іоганн Кеплер (1571-1630) насмілився досліджувати руху небесних тіл, вторгся в область, що раніше вважалася заборонної для науки. Крім того, для свого дослідження він не міг звернутися до експерименту й тому змушений був скористатися багаторічними систематичним спостереженнями руху планети Марс, зробленими датським астрономом Тихо Бразі (1546-1601). Перепробувавши безліч варіантів, Кеплер зупинився на гіпотезі, що траєкторією Марса, як і інших планет, є не окружність, а еліпс. Результати спостережень Бразі відповідали цій гіпотезі й тим самим підтверджували її.
Відкриття законів руху планет Кеплером мало неоціненне значення для розвитку природознавства. Воно свідчило, по-перше, про те, що між рухами земних і небесних тіл не існує непереборної прірви, оскільки всі вони підкоряються певним природним законам, по-друге, сам шлях відкриття законів руху небесних тіл у принципі не відрізняється від відкриття законів земних тел. Правда, із-за неможливості здійснення експериментів з небесними тілами для дослідження законів їхнього руху довівся звернутися до спостережень. Проте й тут дослідження здійснювалося в тісній взаємодії теорії й спостереження, ретельній перевірці висунутих гіпотез вимірами рухів небесних тел.
Формування класичної механіки й заснованої на ній механістичної картини миру відбувалося по двох напрямках:
1) узагальнення отриманих раніше результатів і насамперед законів руху вільно падаючих тіл, відкритих Галілеєм, а також законів руху планет, сформульованих Кеплером;