1.4.6. Эпоха современного естествознания.

Эпоха современного естествознания оформилась в первой половине двадцатого века в неклассическую форму естествознания, а во второй половине двадцатого века в постнеклассическую форму естествознания.

В двадцать первом веке на первый план выходит эколого-социальная этика совместного проживания всех компонентов социума: семьи; наций и этнocов; государственных, политических и религиозных институтов; государств и их сообществ; «свободной» личности в общей коммунальной квартире всего человечества - на планете Земля в биоэкологическом взаимосодействии со всем окружающим миром неживой, живой и социальной материи.

В то же время классическая, неклассическая, постнеклассическая и эколого - социальная стратегии естественнонаучного мышления не противопоставляются друг другу, а используется та или иная стратегия в зависимости от конкретных задач исследования. «Коллективное действие» всех стратегий естественнонаучного мышления проявляется в современной коэволюционной синергетической парадигме современного естествознания, которая задает «понятийную сетку» кооперативности взаимодействия частей при образовании структуры как единого целого.

Важно отметить, что все стратегии естественнонаучного мышления проникают во все сегменты интеллектуальной сферы культуры, что привело к мощному прорыву не только в естественнонаучной, но и в социально-экономической и технологической сегментах культуры.

К сожалению, за достижением в отмеченных сегментах культуры, как это было во всей истории человеческой цивилизации, не успевает социогуманитарная культура. Более того, все большее значение приобретает осознание вещих строк Льва Гумилева: «Прогресс, как огонь - он и греет, он и сжигает»

Наделив нас невидимой силой, прогресс не даёт нам мудрости.

Классическая стратегия мышления, ярко проявившая себя в механическом естествознании, породила техническое мышление и распространило его на все сферы человеческой деятельности. Мехатроника и в настоящее время является одной из ведущих наук в робототехнике и машиностроении. В эпоху индустриализации появилось и вскоре захватило умы одно из величайших заблуждений человечества – идея, что общество будет безотказно функционировать, если его устроить наподобие единого отлаженного механизма.

Карл Маркс бросил в мир эпохальную фразу: «До сих пор философы лишь различными способами объясняли мир, дело же заключается в том, чтобы его изменить». Идея вызвала поразительный резонанс. Однако социальный детерминизм и даже социальный дарвинизм с опорой на идею естественного отбора сделали человека не столько строителем нового мира, сколько строительным материалом, «массой», которую месят, давят, перегоняют и закаляют «как сталь». И ни что – ни религиозный опыт, ни наука, ни философская мысль, ни здравый смысл – не смогло противостоять безумным устремлениям двадцатого века. Культура как «контрнатура» уничтожила величайшую мысль одного из крупнейших мыслителей-энциклопедистов И. В. Гете, что культура – это «вторая природа» и привела к забвению необходимости проецирования знаний о «первой природе» на «вторую природу», а их обратное отражение в трансдисциплинарных стратегиях мышления должно ориентировать человека на восприятие целостной интеллектуальной сферы культуры. Двадцатый век стал веком колоссальных научных и технических достижений – и веком величайших гуманитарных катастроф. Неудивительно, что и начало двадцать первого века породило представление о нем, как о веке «стратегической нестабильности» развития человеческой цивилизации.

В то же время неклассическое естествознание приводит к мысли о двусторонности взаимодействия прогресса и гуманизма на основе логической цепи мышления по схеме совмещения «и-и» и признанию случайности как фундаментального свойства природы. Возникла флуктационная модель неклассического естествознания Бора-Гейзенберга, которая очевидна, отражается и во флуктационной модели «второй природы»- культуры.

Двусторонность проявилась уже в релятивистской физической исследовательской программе в концепции целостности пространства- времени и в понятии четырехмерного пространственно- временного интервала между событиями. Оформилась и диалектическая двусторонность концепции вещества с континуальной концепцией поля. В становлении этой двусторонности важную роль сыграла общая теория относительности А. Эйнштейна, связавшая изменение геометрических свойств пространства-времени вблизи массивных тел с появлением сильных гравитационных полей.

Теория относительности способствовала и более широкому пониманию физического смысла фундаментальных физических величин: энергии и импульса, связав их с однородностью единого пространства- времени. Понятие массы объединило инертные и гравитационные свойства тел, а также масса предстала в качестве меры энергии покоя тел.

Таким образом, релятивистская физическая исследовательская программа привела к пониманию того, что материальный мир и связанное с ним целостное пространство-время многомерней и неизмеримо разнообразней и богаче, чем люди могли представить, исходя лишь из обыденного опыта. Поэтому, несмотря на то, что теория относительности сохранила существенные признаки классической теории (вскрываемые ею закономерности являются закономерности динамического типа), она способствовала зарождению неклассической стратегии естественнонаучного мышления.

Естественно, что разнообразие и явная противоречивость, по крайней мере, двусторонность химических моделей вещества в классической химии, а также классификация структурных уровней живой материи в натуралистской биологии в сложном взаимодействии клеточной дискретности живого с теорией биохимической эволюции также способствовали зарождению неклассической стратегии естественнонаучного мышления.

Квантовая гипотеза Планка - Эйнштейна о дискретном характере электромагнитного излучения и поглощения света явно пересекалась с дискретной моделью живой и неживой материей, и породила одну из основных идей неклассического естествознания: «Все: материя, энергия, квантовые характеристики частиц – выступает дискретными величинами, и нельзя измерить ни одну из них, не изменив ее». Корпускулярно-волновой дуализм света привел Луи де Бройля к гениальной догадке, что все частицы обладают волновыми свойствами (1924 год). Волновые свойства частиц действительно были обнаружены в опытах по дифракции электронов, а в последствии и других микрочастиц. Сначала, по аналогии с электромагнитными волнами волны де Бройля воспринимали как реальный волновой процесс, как своеобразные «волны материи». В ходе дальнейшего развития квантовой теории выявилась некорректность таких представлений, а волны де Бройля получили вероятностную трактовку. На смену «волнам материи» пришли «волны вероятности».

Развитие новых представлений о микрообъектах привело к пониманию того, что из-за проявления волновых свойств микрочастица не может иметь одновременно точных значений импульса и соответствующей координаты.

Возникла концепция неконтролируемого воздействия окружения и неклассическая концепция измерения. Статистическая трактовка микросостояния частицы, а за тем и системы тождественных частиц привела к понятию статистического характера квантовой механики и к определенному пересечению ее со статистической физикой во флуктуационной модели неклассического естествознания Бора-Гейзенберга.

Возникла квантово-полевая физическая исследовательская программа и соответствующая ей квантово-полевая картина мира.

Для квантово-полевой картины характерны следующие особенности:

1. В рамках квантово-полевой картины мира сложились квантово-полевые представления о материи. Материя обладает корпускулярными и континуальными (волновыми) свойствами, т. е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы;

2. Картина физической реальности в квантовой механике двуплановая: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, с другой стороны - условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определенность этих характеристик;

3. При описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные и энергетическо-импульсные. Первые дают кинематическую картину движения, вторые причинную. Пространство- время и причинность относительны и зависимы;

4. Движение - частный случай физического взаимодействия. Фундаментальные физические взаимодействия:электромагнитное, сильное, слабое, гравитационное. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия конечна и не превышает скорости света;

5. Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов;

6. Фундаментальные положения в квантовой теории: принцип неопределенности и принцип дополнительности.

Невозможность провести резкую границу между микрообъектом и окружением, в том числе и между микрообъектом и макроприбором выдвигает три задачи:

1. Каким образом связать микрообъект и окружение в единое (целостное) микросостояние;

2. Каким образом можно отличить знания об объекте от знаний о приборе;

3. Каким образом, различив объект и окружение, в том числе и макроприбор, связать в единую картину теорию микрообъекта.

Первая задача разрешается введением волновой функции (функции состояния), которая является комплексной величиной, определяемой во всех точках пространства и в каждый момент времени. Квадрат модуля волновой функции задает вероятность нахождения микрообъекта в любом элементе пространства, т.е. уравнение движения (волновое уравнение Шредингера) микрообъекта описывает принципиально статистическое поведение микрочастиц на языке квантово-механического формализма.

Вторая задача разрешается введением требования описывать поведения прибора на языке классической физики, несмотря на принципиально статистическое поведение микрочастиц. Появляется принципиальная относительность нашего знания к средствам измерения и к интерпретации самого процесса измерения. Вместо концепции контролируемого воздействия в классическом естествознании, в неклассическом естествознании особую роль приобретает концепция неконтролируемого воздействия, которая, возникнув при изучении микромира, затем проникла и в описание макро- и мегамиров, где также возникла модель состояния, включающая в себя как объект, так и окружение, в том числе и систему: человек плюс прибор.

Третья задача разрешается с помощью принципа дополнительности: волновое и корпускулярное описание микропроцессов не исключают и не заменяют, 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. Принцип дополнительности знаменует логику совмещения «и-и», а также двусторонность любого взаимодействия в природе и обществе и перебрасывает мостик к «кооперативному взаимодействию частей при образовании целого», т. е. к междисциплинарной науке- синергетике в постнеклассическом естествознании.

Принцип неопределенности, возникнув уже в классической физике в рамках описания объекта в разных проекциях и моделях, в квантовой механике задает флуктуационную (отличающуюся от усредненной в процессе измерения) модель микросостояния. Затем эта модель приобретает особую роль и при изучении макро- и мегасостояний в концепции бифуркационной (бифуркация - большая флуктуация (скачок) при критическом состоянии объекта) модели эволюции в постнеклассическом естествознании.

Историческое значение квантовой механики определяется еще и тем, что она радикально преобразовала систему химического знания, подняла эту систему с уровня эмпирического и полуэмпирического знания на теоретический уровень.

Квантовая химия - это область современной химии, в которой принципы и понятия квантовой механики и статистической физики применяются к изучению атомов, молекул и других химических объектов и процессов. Электронная модель вещества и типологии молекул обобщила стехиометрическую, атомно-молекулярную и структурную модели по крайней мере в структурной схеме вложения друг в друга по примеру русской матрешки. Основной метод квантовой химии состоит в применении уравнения Шредингера для атомов и молекул. Применение ЭВМ позволило получать расчеты атомных, молекулярных систем, систем активированных комплексов и других объектов неорганической и органической химии с точностью, вполне достаточной для предсказания важнейших их характеристик - спектров, геометрического строения, физических и химических свойств.

Говоря кратко, электронная модель атома, типологии молекул и химических соединений позволила создать теоретическую основу понятия химической связи и учения о составе, а затем и структурной химии.

Возникли химическая физика и физическая химия, в рамках которых произошло становление и развитие учения о химических процессах и в концептуальном плане пересеклись теории цепных химических реакций с размножением ненасыщенных валентностей (радикалов) и цепных ядерных реакций с размножением нейтронов.

Протонно-нейтронная модель ядра атома и открытие расщепления ядра урана привело к концепции цепных ядерных и термоядерных реакций и придало мощный импульс атомной энергетике (высвобождению атомной энергии, созданию атомных электростанций и энергетических установок).

Квантовомеханическая теория атома стала стимулом для работ по искусственному расширению человеком границ мира атомов. Эпоха открытия новых элементов периодической системы из их природных соединений закончилась. Ей на смену пришла эпоха искусственного получения новых элементов (атомов и их изотопов) в лабораторных условиях с помощью ядерных реакций в ускорителях элементарных частиц. В настоящее время периодическая система насчитывает 118 элементов. Ядра более тяжелых элементов и их изотопов крайне нестабильны. И все же есть основания для продолжения этого списка: возможно существование «островков стабильности» для элементов с порядковыми номерами свыше 120.

Большинство элементов имеет по нескольку разновидностей- изотопов, которые состоят из ядра с одинаковым числом протонов, а следовательно, имеют одинаковую электронную структуру.

Квантовая теория атома дала название первой половине ХХ века - как веку атома. Современная атомная физика нашла решение проблемы, которая столетиями волновала умы алхимиков - трансмутации химических элементов, и в частности получения золота. Эта задача решаема в ускорителях элементарных частиц. Но такая «добыча» золота неизмеримо дороже его обычной добычи из «кладовых природы».

Квантовая теория химической связи фактически явилась теоретической основой описания физико-химических свойств молекул и других химических соединений, стала в содружестве с квантовомеханической теорией атома базой физико-химического образа как неорганической, так и органической химии, квантовой физики твердого тела и неклассической биологии.

В середине ХХ века оформилась и неклассическая физико-химическая концепция химических процессов как в плане термодинамических (температура, давление и т. п.), так и структурно-кинетических факторов: строения исходных реагентов; материала и конструкции реактора и т. п.; условий протекания химических процессов. Оказалось, что влияние таких факторов носит как контролируемый, так зачастую неконтролируемый характер и в концептуальном плане может быть сведено к каталитическому ускорению химических реакций. Современное учение о химических процессах- наглядный пример глубокой взаимосвязи физических, химических и биологических знаний. Катализ играет решающую роль в процессе перехода от химических систем к биологическим и является своеобразным мостиком к эволюционной химии, становление которой произошло в последней четверти ХХ века. Эволюционная химия изучает самоорганизацию эволюционных систем в химии на основе саморазвития каталитических систем. Эволюционная химия знаменует переход неклассической химии к постнеклассической и является наукой постнеклассического естествознания.

В ХХ веке оформился и физико-химический образ неклассической биологии в генетической концептуальной программе концепций наследственности и изменчивости и в ее синтезе с молекулярной и теоретической биологией. Оформились структурные уровни всех основополагающих естественных наук: физики, химии и биологии. При этом структурные уровни неорганических форм земной материи предстали в физико-химических свойствах и процессах внутри геосфер Земли, а структурные уровни органической (живой) формы материи оформились в рамках биосферы, а социальной формы материи в рамках ноосферы.

Была определена физико-химическая сущность жизни с особыми биологическими свойствами живого. В неклассической натуралистской биологии в настоящее время описано более 1 млн. видов животных, около 0,5 млн.растений, сотни тысяч видов грибов, более 3 тыс. видов бактерий. Причем число не описанных видов около 1 млн.

В становлении постнеклассического естествознания важную роль сыграла синтетическая теория эволюции в биологии, соединившая дарвинскую теорию эволюции с генетикой в рамках теории микроэволюции. В теории микроэволюции популяция рассматривается как элементарная эволюционная структура, изменение генетического состава популяции как элементарное эволюционное явление, генофонд популяции как элементарный эволюционный материал и вводятся элементарные эволюционные факторы - мутационный процесс, «волны жизни», изоляция, естественный отбор (движущий, стабилизирующий, дизруптивный). Кроме того вводится понятие макроэволюции, ведущей к образованию надвидовых групп.

Особое значение в современном естествознании приобрели концепции биосферы и ноосферы, а также концепция экологии, задающая эколого-социальную этику ХХI века. Эколого-социальная этика образует синтез экологии, как науки о ценности Природы, с социальной этикой, включая политическую, экономическую и предпринимательскую этику. Экологический кризис придал особое, в определенной степени лидирующее положение натуралистской биологии и новому разделу биологии - экобиологии, опирающихся на одну из основных идей естествознания: «Все живое связано между собой». Однако, глобальная экология базируется на понятии Природы, как глобального материального, энергетического и информационного мира Вселенной, и фактически задает единое (целостное) древо эволюции и включает в постнеклассическое естествознание все основополагающие естественные науки.

В рамках глобальной экологии особое значение приобретает современная физическая исследовательская программа - единая теория поля в рамках объединения всех известных фундаментальных взаимодействий и объяснения на этой основе стандартной модели эволюции Вселенной и объединения на основе принципа глобальной эволюции всех эволюционных «стрел времени» от космологии и астрофизики к геофизике и геохимии, от физико-химического образа биологии к эволюционной биологии.

В современной физической исследовательской программе все известные фундаментальные взаимодействия считаются проявлением единого фундаментального взаимодействия, объясняемого единой теорией, лежащей в основе всего. Считается, что единое фундаментальное взаимодействие существовало на ранней стадии возникновения Вселенной, т. е. в первое мгновение Большого взрыва.

Для постнеклассического естествознания является важной отличительной чертой изменение характера объекта исследования на основе понятия эволюционного состояния самоорганизации и развития и усиление роли междисциплинарных комплексных подходов к его изучению. В современной методологической литературе ученые – науковеды все больше склоняются к выводу о том, что если объектом классической науки были простые, а объектом неклассической науки – сложные системы (микро -, макро- и мегасостояния), то в настоящее время все большее внимание привлекают исторически развивающиеся системы, которые с течением времени формируют новые уровни своей организации. На первый план выходит коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания, которая включает в себя «понятийную сетку» истинного предназначения ноосферы – коэволюции человека и биосферы, а также синергетики как совокупности наук о взаимопроникновении Порядка и Хаоса в изучении общих процессов самоорганизации в открытых неравновесных системах.

Объектом современной науки и прежде всего эколого-социального естествознания становятся так называемые «человекоразмерные» системы:

медико-биологические, объекты биоэкологии, включая все структурные уровни живой материи; объекты биотехнологии (в первую очередь генетической инженерии); системы: «человек – машина», «человек – компьютер», «человек – прибор», «человек – аппарат»; структуры: человек – биосфера, человек – информационный, материальный и духовный мир Вселенной и т.д.

Особое внимание уделяется и взаимодействию «человекоразмерных» систем макромира с микро- и мегамирами. На стыке микро- и макромиров возникают так называемые нанотехнологии, а на стыке макро- и мегамиров космические технологии.

Современное естествознание, развиваясь в рамках логики совмещения трех «не»: неопределенность, нелинейность и необратимость, указывает на необходимость кооперативного взаимодействия классической, неклассической, постнеклассической и эколого-социальной стратегий не только в естественнонаучной культуре, но и во всей интеллектуальной сфере информационно-коммуникативной культуры и способствует выработке единой целостной интеллектуальной культуры всей человеческой цивилизации.

Схема 13. Концептуальные программы и основные концепции эпохи современного естествознания. (XX – начало XXI вв.).