Из атомистической теории следует и определение материи: вечно движущееся в пустоте атомы, они неделимы и отличаются друг от друга внешними чертами. Число атомов как и форм бесконечно, новые тела и формы образуются от сложения атомов, а уничтожение от разложения на атомы, то есть Демокрит отождествлял материю с веществом, более того, он связывал материю и движение и предполагал вечность их существования.
Все формы движения Демокрит сводил к пространственным перемещениям. Благодаря Демокриту появился новый элемент картины мира - пустое бесконечное пространство, и все атомы движутся в этом пустом бесконечном пространстве.
Интересно заметить, что этой атомистической программе был присущ жесткий детерминизм, сохраненный впоследствии и в механике Галилея-Ньютона, то есть любое движение материи предполагалось необходимым, обусловленным какими-то причинами. Случайность полностью исключалась из картины Мира. В соответствии с принципом детерминизма, любые события влекут за собой определенные следствия и эти следствия в то же время являются результатом ранее совершенных событий. Она считалась субъективной и объяснялась недостаточностью человеческих знаний.
В то же время последователь Демокрита Эпикур (III век до н.э.) высказывал предположение о существовании объективной случайности. Атомистическая теория, как более ранняя, была впоследствии вытеснена континуальной. Реабилитация атомистической теории началась лишь в XVII веке.
Отметим также, что еще в I веке до н.э. Лукреций Кар в своей книге "О природе вещей", посвященной Эпикуру, в поэтической форме изложил много идей материалистичности мира, связи пространства, времени и материи, дискретности материи и относительности движения.
В заключение краткого рассмотрения этапов развития античного естествознания и в связи с поэмой Лукреция Кара, где кроме естественнонаучных вопросов рассматривались и общегуманитарные проблемы жизни, смерти, духовности, этики и морали. Можно отметить, что главным в этой попытке понять окружающий мир была целостность восприятия, представление, что мир един, и описание его строения основывалось именно на таком холистическом, как сейчас говорят, подходе.
2. Эра механицизма в естествознании как становление системного
знания действительной науки
Дальнейшее развитие миропонимания при переходе к количественному описанию процессов движения материи шло через механические представления о природе.
Это было связано с именем Галилея, который объединил физику и математику, ввел основные характеристики движения - понятия инерции, системы отсчета, ускорения как причины движения, принцип относительности и ряд других параметров движения.
Роджер Бэкон был одним из наиболее интересных, оригинальных мыслителей своего века. "Удивительным доктором" называли его многие современники. В течение короткого времени (1267-1268) он написал "Большое сочинение". Это произведение энциклопедического характера, в котором автор рассмотрел причины человеческих заблуждений, отношение теологии и философии, важность изучения языков для той и другой, принципиальный характер математики для всех наук (и в первую очередь для оптики и астрономии). Здесь же излагались вопросы моральной философии, в контексте которой в эпоху Средневековья трактовались различные общественные вопросы.
По-своему понимая Аристотеля, суть его учения Бэкон видел в естественнонаучных идеях. Причем, такого рода истолкование аристотелизма было у Бэкона в очень большой степени навеяно арабоязычными философами и учеными. Особенно ценил он Авиценну, на которого часто ссылался.
Бэкон допускает существование третьей разновидности опыта. Опираясь на опыт, можно выявить истину, но истина в ее полном объеме не может быть доступна людям.
Теологическую интерпретацию философской позиции Бэкона невозможно принять, рассматривая его воззрения в целом и в контексте более широкой традиции средневековой философии. Более отвечающей истине представляется точка зрения тех историков средневековой философии, которые не видят у Бэкона капитуляции философии перед откровением, а, считают, что "удивительный доктор" стремился к реформе самой теологии, ставя ее в зависимость от философии и от положительного, научного знания.
Бекон резко выступал против всеобщего увлечения Аристотелем, и его можно считать предшественником Галилея. Именно с него начинается эксперимент в естествознании. Следует отметить, что он не только указал значимость опыта, но и сам много экспериментировал.
Сформировалось представление, и надолго (около 200 лет!), что классическая механика, как часть физики, может объяснить все возможные явления в природе. Таков взгляд привел к возникновению в целом в XVIII веке рационализма, рационального научного подхода, логично и правильно описывающего, как казалось, окружающий мир.
Это - так называемый "физикализм" - возникшая в то время общенаучная парадигма, объясняющая любые процессы в живой и неживой природе, социуме, обществе в целом, по аналогии и в соответствии с физическими принципами, разработанными в классической механике.
Философской основой такого подхода, ведущего к строгому детерминизму причинно-следственных связей, в том числе и в количественных значениях, было фундаментальное разграничение между миром и человеком, введенное Декартом. Как следствие этого разграничения, возникла уверенность в возможности объективного описания мира, лишенного упоминаний о личности наблюдателя, и наука видела в таком объективном описании мира свой идеал и предназначение.
Все сущее, по Декарту, принадлежит к одной из двух несовместимых субстанций: мыслящей или протяженной. Вторая и есть материя, сущность которой Декарт сводит к трехмерному протяжению. Все чувственно воспринимаемые свойства вещества, как твердость, вес, цвет, суть лишь случайные свойства материи. Будучи пассивной протяженной субстанцией материя делима до бесконечности, заполняет все пространство и остается повсюду тождественно себе.
Конечно, сейчас мы понимаем, что это неверно: классическая механика работает лишь в определенных пределах, при скоростях распространения взаимодействия, значительно меньших скорости света.
Человек начинает понимать, что природа едина, целостна и это должно было найти свое отражение и в методах ее познания.
Эту мысль хорошо отразил М. Планк: "Наука представляет собой внутренне единое целое. Ее разделение на отдельные области обусловлено не столько природой вещей, сколько ограниченной способностью человеческого познания. В действительности существует непрерывная цепь от физики и химии через биологию и антропологию к социальным наукам, цепь, которая ни в одном месте не может быть разорвана, разве лишь по произволу".
В противовес рационалистам, для которых понятие материи играет кардинальную роль, английские эмпирики либо элиминируют его вовсе за ненадобностью, либо сводят его роль к минимуму. Для Дж. Локка материя есть условное понятие, получаемое путем абстракции: если тело (вещество) есть "плотная, протяженная и оформленная субстанция", то за вычетом протяжения и оформленности мы получим "смутное представление" о некоей плотной субстанции, которая не может существовать реально и самостоятельно, будучи пассивной, мертвой и неспособной что-либо из себя породить.
Под влиянием эмпирической философии и естествознания сложилось феноменалистическое учение о материи И.Канта. Уже у предшественников Канта, - Х. Вольфа и А. Баумгартена, понятие матери рассматривалось как применимое только к области явлений, однако сами эти явления еще требовали рационального обоснования в виде более простых субстанций.
Кант редуцирует эту основу явлений к полностью непостижимому для нас трансцендентальному объекту ("вещь в себе"), к которой уже неприменима категория субстанции. По выражению Канта, материя есть "субстанция явления", но не явление субстанции. Будучи явлением, материя существует в нас, она зависит от существования познающего субъекта, однако представляется чем-то внешним, объективным: она есть "чистая форма, или известный способ представления неизвестного предмета с помощью того созерцания, которое мы называем внешним чувством". Материя есть то, что наполняет пространство, протяженность и непроницаемость составляют ее понятие.
Материя, по Канту, - это высший эмпирический принцип единства явлений, но принцип не конститутивный, регулятивный: любое реальное определение материи может рассматриваться как выводимое из чего-то другого. Иными словами, материя не обладает реальностью априори, но только эмпирической реальностью, ее существование не необходимо.
Пространство предшествует материи, и ее понятие нужно нам лишь для обозначения того, что существует в пространстве. Чтобы заполнить пространство материи нужны две основные силы: репульсивная (сила отталкивания), она же экспансивная (сила распространенная вширь), - основа ее протяженности и непроницаемости; сила притяжения противоположная первой, - основа ее ограниченности и измеримости.
Физическое понятие материи довольно существенно отличается от онтологического ее понятия. Оно складывается со становлением экспериментального естествознания XVII в. под влиянием как философских представлений, так и ради нужд эксперимента. Для Галилея первичные качества материи - это ее арифметические (исчислимость), геометрические (форма, величина, положение, касание) и кинематические (подвижность) свойства.
Уже у Лейбница и Канта материя оказывается полностью сводимой к проявлениям силы. У Канта она зависима от пространства и времени как первичных форм чувственности. К началу XX в. понятие материи как носителя массы, отличного от силы и энергии, с одной стороны, от пространства и времени, с другой, - расшатывается.
Мистики вообще считают главным восприятие действительности, а не его описание. Для такого понимания мира они используют методику "коан" -тщательно продуманных парадоксальных задач, цель которых - подготовить ученика к невербальному восприятию реальности. Примером такого "коана" может служить вопрос - что означает хлопок ладонью одной руки. Ответ, который дал ученик мистика через год, был таков - это звучание тишины.
Одно из основных положений восточного мистицизма состоит в том, что все используемые для описания природы понятия ограничены, они являются не свойствами действительности, как нам кажется, а продуктами мышления -частями карты, а не местности. И поскольку проще иметь дело с нашими представлениями о реальности, чем с самой реальностью, человек, как правило, смешивает одно с другим и принимает свои символы и понятия за реальность.
В то же время гуманитариям необходимо объяснять законы гармонии мира не на субъективно-эмоциональном уровне, а на более универсальном научном языке, как, например, физика использует количественно-объективный язык математики. Для физики же - это совершенно естественно. Как сказал в свое время еще Г. Галилей: "Те, кто хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставят перед собой неразрешимую задачу. Следует измерять то, что измеримо и делать измеримым то, что таковым не является".
Известно и изречение Пифагора: "Все вещи суть числа".
Надо сказать, что многие выдающиеся представители и того, и другого подходов отчетливо представляли себе необходимость привлечения дополнительной культуры. "Среди конкурирующих научных гипотез истинной следует признать ту, из которой вытекают более гуманитарные, нравственные выводы", как сказал один из основателей квантовой механики, Н. Бор.
Таким образом, подобно нашим предшественникам, мы сейчас приходим к необходимости целостного видения мира. И курс концепции современного естествознания должен быть "синтезом мудрости древних цивилизаций, гуманитарных и естественных наук, путем к пониманию Природы, Человека и общества".
Кроме того, сейчас на новом этапе осознана принципиальная неустранимость роли человека как наблюдателя и интерпретатора эксперимента. "Мы являемся одновременно и зрителями, и актерами" говорил Н. Бор. А американский физик Уиллер считает, что мы не просто наблюдатели, а соучастники мира. Иными словами, актуален лишь целостный подход: Природа + Человек, что начисто отвергала классическая физика с ее стремлениями разделить объективные измерения и субъективные восприятия человека, уменьшить погрешности измерения и увеличить точность таких измерений.
При переходе к изучению микромира квантовая физика со своим принципом неопределенности опровергла это положение:
Дp • Дx ? h
где Дp - изменение импульса квантовомех
анической частицы, а Дx -изменение ее координаты.
Мы выигрываем в измерении одного параметра, но проигрываем в измерении другого. Это, не зная в сущности квантовых представлений в физике, отмечали еще и древние греки.
Так, Аристотель в "Этике" писал: "При рассмотрении любого предмета не следует стремиться к большей точности, чем допускает природа предмета"
Понятие "дополнительности" в физике было введено Н. Бором в 1928 г. в период становления квантовой механики для объяснения экспериментальных результатов исследований микромира. Основоположник этого принципа П. Бор, отправляясь от решения чисто физических проблем, сразу же понял общность этого принципа и уже в первых своих работах смело перекинул мост от физики к психологии и в целом к теории познания и формирования образа окружающего мира. Именно поэтому принцип дополнительности следует считать одним из важнейших достижений науки, его знание необходимо для понимания очень многих фундаментальных проблем и явлений окружающего мира.
С формальной стороны, в физике принцип дополнительности связан с упомянутым уже ранее принципом неопределенности Дp, суть которого сводится к тому, что измерить одновременно с достаточно высокой точностью импульсы и координаты микрочастицы в принципе невозможно.
В более общей формулировке этот принцип звучит так: "В области квантовых явлений наиболее общие физические свойства какой-либо системы должны быть выражены с помощью дополняющих друг друга пар независимых переменных, каждая из которых может быть лучше определена только за счет соответствующего уменьшения степени определенности другой".
Принцип дополнительности не ограничивается только этими моментами. Например, волновые и корпускулярные проявления света в поведении микрочастиц также являются взаимодополняющими и отражают реально существующий дуализм микромира. После посещения Н. Бором физического факультета МГУ на стенде появилось его высказывание: "Возникающие противоречия есть не противоположности, а дополнения".
Поскольку весь мир состоит из атомов и молекул, то любые особенности микромира не могут тем или иным способом не проявляться в макроэкспериментах. Поэтому идея дополнительности, первоначально сформулированная в физике применительно к микромиру, оказывается плодотворной в других областях знания.
С полным основанием Н. Бор говорил, что "идея дополнительности способна охарактеризовать ситуацию, которая имеет далеко идущую аналогию с общими трудностями образования человеческих понятий, возникающими из разделения субъекта и объекта". При этом очень часто попытка более детального изучения одной стороны объекта в полной аналогии с соотношением Гейзенберга (Дp) приводит к потере определенности в другой. А в более общей, близкой к гуманитарному подходу формулировке, кстати, данной тоже Бором, принцип дополнительности звучит так: "Дополнительной к истине является ясность".
Таким образом, целостный подход с учетом и физической, и гуманитарной ветвей культуры дает возможность более глубоко понять мир, может изменить даже идеологию, выяснить причины потрясений в обществе, столь неустойчивом в бурно меняющемся мире в конце XX века, когда человек часто теряет ориентацию в отсутствие стабильных критериев и ценностей и обоснованного научного объяснения всех происходящих в мире явлений.
Предполагалось, что пространство - абсолютно, однородно и изотропно, а время - абсолютно и однородно, т.е. использовались "строительные материалы" классической механики и евклидовой геометрии. Это, кстати, устраивало теологический подход к пониманию мира: система мира без начала и конца, как в пространственном так и во временном понимании. Бог создал и все!
В физике существует некоторое количество, казалось бы, простых, но фундаментальных понятий, которые, однако, не так-то просто сразу понять. К ним относятся пространство, время и вот теперь другое фундаментальное понятие - поле. В механике дискретных объектов, механике Галилея, Ньютона, Декарта и других представителей физического классицизма, все они были согласны с тем, что силы взаимодействия между дискретными объектами вызывают изменение параметров их движения (скорость, импульс, момент импульса), меняют их энергию, совершают работу и т.д. И это в общем-то было наглядно и понятно.
Однако с изучением природы электричества и магнетизма возникло понимание, что взаимодействовать между собой электрические заряды могут и без непосредственного контакта. В этом случае физика переходит от концепции близкодействия к бесконтактному дальнодействию. Это и привело к введению понятия поля.
Формальное определение этого понятия звучит так: физическим полем называется особая форма материи, связывающая частицы (объекты) вещества в единые системы и передающая с конечной скоростью действие одних частиц на другие.
Однако физики с трудом отказывались от идеи физического контактного взаимодействия тел и вводили для объяснения различных явлений такие модели как электрическую и магнитную "жидкость", для распространения колебаний использовали представление о механических колебаниях частичек среды - модели эфира, оптических флюидов, теплорода, флогистона в тепловых явлениях, описывая их тоже с механической точки зрения, и даже биологи вводили "жизненную силу" для объяснения процессов в живых организмах.
Все это можно охарактеризовать, как попытки описать передачу действия через материальную ("механическую") среду.
Однако работами Фарадея (экспериментально), Максвелла (теоретически) и многих других ученых было показано, что существуют электромагнитные поля (в том числе и в вакууме) и именно они передают электромагнитные колебания. Так что же такое поле?
Для более предметного понимания этого феномена лучше всего воспользоваться неким абстрактным представлением: поле - это любая физическая величина, которая в разных точках пространства принимает различные значения, надо просто рассматривать поле как математические функции координат и времени какого-то параметра, описывающего явление или эффект.
Пользуясь двумя понятиями потока и циркуляции, можно прийти к знаменитым четырем уравнениям Максвелла, которые описывают практически все законы электричества и магнетизма именно через представление полей. Там, правда, используются еще два понятия: дивергенция - расхождение (например, того же потока в пространстве), описывающая меру источника, и ротор - вихрь. Из этих уравнений вытекает, что электрическое и магнитное поля связаны друг с другом, образуя единое электромагнитное поле, в котором распространяются электромагнитные волны, со скоростью, равной скорости света c = 3 • 108 м/с. Отсюда, кстати, и был сделан вывод об электромагнитной природе света.
