Естествознание и окружающий мир
роблема сохранения природы приобретает государственные, а в ряде случаев и межгосударственные масштабы. Ее решение во многом прямо или косвенно зависит от степени внедрения достижений естествознания, которое отражает в значительной мере потребности практиков и в то же время финансируется в прямой зависимости от периодически меняющейся политики государства и общественности. Такая зависимость может привести не только к процветанию науки (и естествознания в том числе), но, к сожалению, к ее кризису, который переживают в последнее время страны бывшего СССР. Кризис науки, экономический кризис - основные источники скептицизма по отношению к науке. Но даже в кризисной ситуации остается непоколебимой одна из важнейших особенностей научных знаний - они оказывали и оказывают огромное влияние на окружающий постоянно изменяющийся мир и направлены на пользу человечеству. Вряд ли осмелится кто-либо отрицать те многочисленные блага, которые принесли человечеству естественно-научные знания.Вместе с никем не опровергнутыми положительными качествами естествознания следует назвать и те, которые обусловлены природой самого знания и ограниченностью человека познавать мир. Например, еще в XIX в. были предложены математические модели, противоречащие представлениям мыслителей прошлого: оказалось, случайные хаотические процессы можно описать вполне определенными математическими уравнениями. Однако результаты решений многих подобного ряда уравнений очень чувствительны к изменениям начальных условий, что, естественно, затрудняет точное предсказание поведения рассматриваемой системы даже в ближайшем будущем. Стоит ли тогда спорить о том, детерминистична ли Вселенная, представляющая собой довольно сложную систему, если вполне определенные математические модели дают всего лишь вероятностные результаты.Можно привести и другой пример, связанный с прогнозом погоды. Погодные условия во многом зависят от состояния атмосферы - ее температуры, давления, влажности, - которое сравнительно неплохо описывается математическими уравнениями. Незначительные изменения начальных условий сильно влияют на конечный результат решений уравнений. Поэтому сделать достаточно точный прогноз погоды (уж не говоря о долгосрочном прогнозе) практически невозможно. Изменение погоды - вероятностный процесс. В этой связи никакое уточнение уравнений, увеличение массива данных, повышение точности определения параметров, определяющих погодные условия, не могут принципиально изменить сложнейшую математическую процедуру прогнозирования.Естественно-научные принципы лежат в основе разведки полезных ископаемых, нефтяных и газовых месторождений. Прогнозирование запасов природных ресурсов - чрезвычайно сложный процесс. Поэтому произведенные разными специалистами оценки запасов весьма приближенны и не совпадают. Они различаются даже для одного итого же вида ископаемого, несмотря на то, что ученые пытаются добросовестно выполнить операцию прогнозирования. Представители власти и общественности, как правило, не пытаются указать геологам, как нужно разведывать и прогнозировать, но они выбирают ту оценку, которая ближе всего соответствует их политической цели. При этом следует иметь в виду, что в средствах массовой информации проблема истощения природных ресурсов в ближайшее время носит в значительной степени политический характер. Самые строгие естественно-научные оценки показывают, что на ближайшие десятилетия природных ресурсов хватит, и для их добычи не понадобятся новые технологии. Однако это не означает, что следует их безрассудно расходовать, ведь речь идет только о ближайших десятилетиях. Конечно же, объемы полезных ископаемых разведанных месторождений с каждым годом растут, и по-прежнему остаются неразведанными огромные площади морских шельфов. Тем не менее, цены на природное сырье и особенно на различные виды топлива постоянно растут и будут расти. На рост цен влияют не столько технологии добычи сырья, сколько различные политические факторы.Приведем характерный пример того, как рекомендации ученых и решения представителей власти не могут повлиять на привычные действия людей. Многим известно, что при сжигании нефтепродуктов, угля образуется чрезмерно большое количество углекислого газа и не менее опасные соединения серы, приводящие к кислотным осадкам. Последствия кислотных осадков ужасны - окисляется почва, деградирует растительный и животный мир, разрушаются металлические конструкции, строения и т.д. Основной источник кислотных осадков - автомобильные выхлопные газы, объем которых становится сравнительно большим при чрезмерно большой скорости движения автотранспорта на магистралях. Ограничение скорости привело бы к существенному уменьшению объема вредных газов. Однако население выступило против ограничения скорости - таков результат недавно проведенного референдума в Германии. Автомобилями пользуются простые граждане, и правительство идет им навстречу, игнорируя рекомендации ученых. А такое пренебрежение равносильно незнанию, которое, как заметил Сенека, - плохое средство избавиться от беды.Один из возможных способов решения подобного рода проблем заключается в целенаправленном воспитании молодого поколения, в смене обыденного мышления и привычных действий: необходимо понимание того, что важно не только обладание автомобилем и возможность ездить с высокой скоростью, но и рациональное пользование им, не только наличие кондиционера в жилище, но и применение его в случае необходимости.Что же касается ученых-естествоиспытателей, то они уже предлагают перспективные технологии, позволяющие экономно расходовать материальные ресурсы, тепло и энергию. Решению рассматриваемых проблем способствует и государственная политика, которая часто сводится к повышению цен на материальные ресурсы, энергию.Некоторые ученые считают, что промышленные предприятия должны добровольно снизить потребление энергии, внедряя передовые технологии в производство и тщательно контролируя качество выпускаемой продукции, чтобы резко сократить бесполезные затраты сырья и энергии на выпуск брака. В этом заключается одно из важнейших направлений развития рациональной промышленной политики.Рыночная экономика строится на прибыли. Фирмы, не прошедшие испытания рынком, исчезают. Иногда бывает, если нет прибыли от экологически чистого производства, то в жертву приносится природа: загрязняется воздух и вода, заражается почва. Конечно, всем понятно, что подобная рыночная экономика работает во вред человеку, чего допускать никак нельзя. Цивилизованному обществу нужен такой механизм промышленного производства и рыночных отношений, который способен обеспечить выпуск высококачественной продукции и сохранить при этом природу, неотъемлемой частью которой является сам человек. Природа - чрезвычайно сложная, легко ранимая живая система."Не то, что мните вы, природа:Не слепок, не бездушный лик -В ней есть душа, в ней есть свобода,В ней есть любовь, в ней есть язык..."Ф. ТютчевЭти замечательные слова великого русского поэта Ф. Тютчева (1803-1873) полезно помнить всем и особенно тем, кто собирается посвятить свою деятельность не только изучению природы, но и ее преобразованию. 3. Фундаментальные и прикладные проблемы естествознания"Наука - самое важное, самое прекрасное и нужное в жизни человека" - так выразительно и кратко оценил практическую значимость науки великий русский писатель А. Чехов (1860-1904). Однако такое однозначное представление о науке не всегда находит понимание в обществе в повседневной жизни. Отношение общества к науке, и особенно к естествознанию, определяется в основном тем пониманием ценности науки, сформированным в данный момент времени. Часто ценность науки представляется в двух смыслах, которые можно кратко выразить в виде двух вопросов. Что наука дает людям для улучшения их жизни? Что она дает небольшой группе людей, изучающих природу и желающих знать, как устроен окружающий нас мир? Один из существенных признаков разделения проблем естествознания на прикладные и фундаментальные основывается на ответах на данные два вопроса: первый из них характеризует прикладную науку, а второй - фундаментальную.Приведем мнение о пользе науки крупнейшего математика, физика и философа Анри Пуанкаре (1854-1912): "Я не говорю: наука полезна потому, что она научила нас создавать машины; я говорю: машины полезны потому, что, работая на нас, они некогда оставят нам больше времени для занятия наукой". Разумеется, те, кто финансирует науку, имеют несколько иную точку зрения. Для них главное - все-таки машины. В их понимании основная функция ученых должна состоять не в том, чтобы искать естественно-научную истину, а в том, чтобы находить вполне определенные, конкретные решения тех или иных научных задач.Многие представители власти понимают, что в большинстве случаев фундаментальные исследования - это работа на будущее. Нежелание остаться без будущего в науке и приводит к осознанной необходимости финансировать фундаментальные исследования. При решении вопроса о финансировании как раз и возникает серьезная проблема отделения тех исследований, которые не требуют финансирования, и могут обходиться немедленной реализацией собственного продукта, от тех, которые все-таки требуют финансирования. Другими словами, как отличить прикладные исследования от фундаментальных? Ведь иногда некоторые исследования, прикладные по существу, но никуда на самом деле "не прикладываемые", могут рядиться в одежды фундаментальные, и исследователи при этом могут требовать ничем не оправданных вложений.Приведенный выше признак разделения проблем естествознания на прикладные и фундаментальные нельзя считать критерием для финансовых органов. Недостаток его - расплывчатость и неконкретность. Задача разделения усложняется еще и тем, что нередко прикладные и фундаментальные исследования переплетаются между собой. Например, исследователь, изучающий ударную волну, производимую сверхзвуковым самолетом, может считать, что познает гармонию мира, а ученый, открывший новое физическое явление, может тут же найти ему практическое применение.Для решения данной задачи еще в 1950-х годах в США был образован специальный комитет, который составил сводку характеристик фундаментальных исследований. Вот они:исследование, которое не соотнесено ни с каким конечным результатом;бесполезное решительно для всех;исследование, направленное на поиск нового знания;предпринимаемое только по желанию исследователя;не нуждающееся в ограничениях секретности;проводимое исследователем, который не в состоянии объяснить цель своих исследований;новое исследование, не имеющее практического значения.Данные характеристики также расплывчаты. Все это говорит о чрезвычайной сложности разделения естественно-научных проблем на прикладные и фундаментальные. Поэтому иногда такое разделение производят по чисто формальному признаку: проблемы, которые ставятся перед учеными извне, т.е. заказчиком, относят к прикладным, а проблемы, возникшие внутри самой науки, - к фундаментальным.Слово "фундаментальный" не следует смешивать со словами "важный", "большой" и т.п. Прикладное исследование может иметь очень большое значение и для самой науки, в то время как фундаментальное исследование может быть незначительным.Существует мнение, что достаточно предъявить высокие требования к уровню фундаментальных исследований для достижения желаемой цели, и выполненные на высоком уровне исследования рано или поздно найдут применение. В обосновании такого мнения приводится пример: древние греки изучали казавшиеся бесполезными в те времена конические сечения, которые примерно через 17 веков нашли неожиданное применение в теории Кеплера.Результаты многих фундаментальных исследований, к сожалению, никогда не найдут применения. В обоснование такого утверждения можно назвать три причины. Первую из них можно пояснить на примере тех же конических сечений. В течение примерно двадцати веков было использовано лишь несколько теорем о конических сечениях, хотя в древности их было доказано свыше ста. Если в ближайшее время или через несколько веков понадобятся подобного рода теоремы, то их быстро, без особых усилий, докажут заново, не тратя времени на поиски исторических реликвий. Вторая причина - фундаментальные исследования проводятся с большим превышением потребностей общества и науки прежде всего. Рождаются теории, от которых потом целиком отказываются (например, теория эпициклов). В последнее время в естествознании стали преобладать не экспериментальные, а теоретические работы, хотя всем понятно, что эксперимент составляет основу естествознания. Такое положение обусловливается объективными и субъективными факторами. Объективные факторы - современный эксперимент сопряжен с использованием сложного дорогостоящего оборудования. Субъективные - стремление исследователей любой ценой получить новые результаты. В результате рождаются многочисленные теории ради теорий, которыми переполнены научно-технические журналы, особенно отечественные. Вместе с тем возникают целые школы, открываются институты теоретических исследований, претендующие на финансирование своих "фундаментальных исследований".И, наконец, третья причина - исследователи всегда стремились к ничем не оправданному обобщательству. Речь идет не о мысленном переходе от единичного к более общему, то есть обобщении - одном из важнейших процессов естественно-научного познания, а об обобщательстве - переформулировании на более общем и абстрактном языке с применением новой терминологии того, что было известно и раньше, но излагалось на более простом и доступном языке. Обобщательством страдают в первую очередь гуманитарные работы. Не составляют исключения математические и естественно-научные статьи, которые обычно не связаны с новыми идеями, хотя и направлены якобы на развитие и совершенствование идей. Конечно же, подобного рода публикации не способствуют развитию ни фундаментальной, ни прикладной науки, а наоборот, сдерживают его.К настоящему времени, к сожалению, нет точного критерия определения фундаментальных и прикладных проблем, нет ясных правил отделения полезных исследований от бесполезных, и поэтому общество вынуждено идти на издержки.Ценность фундаментальных исследований заключается не только в возможной выгоде от них завтра, но и в том, что они позволяют поддержать высокий научный уровень прикладных исследований. Сравнительно невысокий уровень исследований в отраслевых институтах часто объясняется отсутствием в них работ, посвященных фундаментальным проблемам.Взаимоотношения между наукой и государством не ограничиваются только товарно-денежными. Государство часто вмешивается во внутренние дела науки, а наука - во внутренние дела государства. Вмешательство государства часто приводит к отрицательным последствиям, и это можно пояснить на примере неудачи создания атомной бомбы в Германии, для правителей которой политические убеждения ученого были важнее его научных достижений. Объявление кибернетики лженаукой, гонения ученых-генетиков - все это примеры грубых вмешательств погруженных в невежество представителей власти, приведших ко всем известным печальным последствиям. Часто бывает: чем авторитетнее ученый, тем более независим он во взглядах. Подвергая их гонениям или устраняя их, обладатели власти искусственно нарушают нормальный ритм работы огромного организма, сложнейшей системы - науки. Подобная проблема существует с давних времен. Еще в свое время выдающийся ученый Галилей в письме к герцогине Тосканской Христине писал, что вмешательство в дела ученых "означало бы, что им приказывают не видеть того, что они видят, не понимать того, что они понимают, и, когда они ищут, находить противоположное тому, что они встречают..."Вмешательство науки в дела государственные и общественные гораздо сложнее и тоньше. Ни одно сколько-нибудь серьезное решение для общества не принимается без участия ученых. Поэтому правительства обрастают всякого рода научными комитетами, комиссиями, советниками, консультантами и т.п. "Отношения на всех уровнях иерархии при такой системе строятся по "оперной" схеме: политики, избранники народа распевают на правах солистов о благе народа, а ученые - мозговые придатки политиков - потрясают на правах статистов алебардами доходчивости и устрашения", - так писал известный американский физик И.А. Раби (1898-1988), лауреат Нобелевской премии. Иногда политики не понимают смысла объяснений советников. Из истории науки известно: когда Карл Х посетил политехническую школу, профессор пытался объяснить ему, что гиперболоид состоит из одних прямых. Исчерпав все аргументы, профессор воскликнул: "Государь, даю Вам честное слово, что это так!"Политики вынуждены доверять советникам. А это означает, что демократическая власть, реализуемая посредством своих избранников, подменяется властью научно-технической элиты. И таким положением вряд ли можно восхищаться: демократия становится своеобразной ширмой, и советы ученых иногда носят субъективный характер.Сложнейшие взаимоотношения государства, общественности и ученых должны основываться не только на представлении о сущности фундаментальных и прикладных проблем науки, но и на тех достижениях естествознания и гуманитарных наук, которые способствуют развитию и совершенствованию таких взаимоотношений.4. Естествознание и математикаВряд ли вызывает сомнение утверждение: математика нужна всем вне зависимости от рода занятий и профессии. Однако разным людям необходима и различная математика: для продавца, может быть, достаточно знаний простейших арифметических операций, а для истинного естествоиспытателя обязательно нужны глубокие знания современной математики - только на их основе возможно открытие законов природы и познание ее гармонического развития. Потребность изучения математики в большинстве случаев обусловливается практической деятельностью и стремлением человека познать окружающий мир. Иногда к познанию математики влекут и субъективные побуждения. Об одном из них Луций Анней Сенека (4 в. до н. э), римский писатель и философ, писал: "Александр, царь Македонский, принялся изучать геометрию, - несчастный! - только с тем, чтобы узнать, как мала земля, чью ничтожную часть он захватил. Несчастным я называю его потому, что он должен был понять ложность своего прозвища, ибо можно ли быть великим на ничтожном пространстве".Возникает вопрос: может ли серьезный естествоиспытатель обойтись без глубокого познания премудростей математики? Ответ несколько неожиданный: да, может. Однако к нему следует добавить: только в исключительном случае. И вот подтверждающий пример. Чарлз Дарвин, обобщая результаты собственных наблюдений и достижения современной ему биологии, вскрыл основные факторы эволюции органического мира. Причем он сделал это, не опираясь на хорошо разработанный к тому времени математический аппарат, хотя и высоко ценил математику:"... В последние годы я глубоко сожалел, что не успел ознакомиться с математикой, по крайней мере настолько, чтобы понимать что-либо в ее великих руководящих началах; так, усвоившие их производят впечатление людей, обладающих одним органом чувств более, чем простые смертные".Кто знает - может быть, обладание математическим чувством позволило бы Дарвину внести еще больший вклад в познание гармонии природы.Известно, что еще в древние времена математике придавалось большое значение. Девиз первой академии - платоновской Академии - "Не знающие математики сюда не входят" - ярко свидетельствует о том, насколько высоко ценили математику на заре развития науки, хотя в те времена основным предметом науки была философия. Академия Платона (428/427- 348/347 до н. э), одного из основоположников древнегреческой философии, - первая философская школа, имевшая на первый взгляд весьма косвенное отношение к математике.Простейшие в современном понимании математические начала, включающие элементарный арифметический счет и простейшие геометрические измерения, служат отправной точкой естествознания. "Тот, кто хочет решить вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразрешимую задачу. Следует измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что таковым не является", - утверждал выдающийся итальянский физик и астроном, один из основоположников естествознания Галилео Галилей (1564-1642). В своем произведении "Пробирных дел мастер" (1623) он аргументировано противопоставлял произвольные "философские" рассуждения единственно истинной натуральной философии, доступной лишь знающим математику: "Философия написана в величественной книге (я имею ввиду Вселенную), которая постоянно открыта нашему взору, но понять ее может лишь тот, кто сначала научится постигать ее язык и толковать знаки, которыми она написана. Написана она на языке математики, и знаки ее - треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без которых человек не смог бы понять в ней ни единого слова; без них он был бы обречен блуждать в потемках по лабиринту".
