Естествознание

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Естественные науки»)
Перейти к: навигация, поиск
Иллюстрация к статье «Естествознание» из Cyclopaedia 1728 года.

Естествозна́ние — область науки, включающая совокупность естественных наук, взятых как целое[1].

К естественным наукам относят разделы науки, отвечающие за изучение природных (естественных — от «естество», природа) явлений, в отличие от гуманитарных и социальных наук, изучающих человеческое общество.

Направления естественных наук[править | править исходный текст]

Базовые науки:

Затем на стыках этих наук появились такие науки, как геофизика, астрофизика, биохимия, физическая химия, химическая физика, геохимия, метеорология, климатология, почвоведение.

Математику объединяют с логикой в комплекс формальных наук и не включают в естественные науки, поскольку их методология существенно отличается от методологии естественных наук. По той же причине к естественным наукам вряд ли может быть отнесена большая часть современной информатики. Исследования, посвященные обработке информации в природе, мозге и обществе, выделяются в специальный раздел естественной информатики. [2][3][4][5][6][7]

История[править | править исходный текст]

Естествознание появилось более 3000 лет назад. Тогда не было разделения на физику, биологию, географию. Науками занимались философы. С развитием торговли и мореплавания началось развитие географии, а также астрономии, необходимой для навигации, а с развитием техники — развитие физики, химии.

Происхождение естественных наук связано с применением философского натурализма к научным исследованиям. Принципы натурализма требуют изучать и использовать законы природы, не привнося в них законы, вводимые человеком, то есть, исключая произвол человеческой воли.

В период позднего средневековья (XIV—XV века) постепенно осуществляется пересмотр основных представлений античной естественнонаучной картины мира и складываются предпосылки для создания нового естествознания, новой физики, новой астрономии, возникновения научной биологии. Такой пересмотр базируется, с одной стороны, на усилении критического отношения к аристотелизму, а с другой стороны, на трудностях в разрешении тех противоречий, с которыми столкнулась схоластика в логической, рациональной интерпретации основных религиозных положений и догматов.

Одно из главных противоречий, попытки разрешения которого толкали средневековую схоластическую мысль на «разрушение» старой естественнонаучной картины мира, состояло в следующем: как совместить аристотелевскую идею замкнутого космоса с христианской идеей бесконечности божественного всемогущества? Ссылки на всемогущество Бога служили у средневековых схоластов основанием для отказа от ряда ключевых аристотелевских представлений и выработки качественно новых образов и представлений, которые впоследствии способствовали формированию предпосылок новой механистической картины мира. К таким качественно новым представлениям и образам могут быть отнесены следующие:

  • 1) допущение существования пустоты, но пока не абстрактной, а лишь как нематериальной пространственности, пронизанной божественностью (поскольку Бог не только всемогущ, но и вездесущ, как считали схоласты).
  • 2) изменяется отношение к проблеме бесконечности природы. Бесконечность природы все чаще рассматривается как позитивное, допустимое и очень желательное (с точки зрения религиозных ценностей) начало. Такое начало как бы проявляло такую атрибутивную характеристику Бога как его всемогущественность.
  • 3) как следствие образа бесконечного пространства возникает и представление о бесконечном прямолинейном движении.
  • 4) возникает идея о возможности существования бесконечно большого тела. Образ пространственной бесконечности постепенно перерастает в образ вещественно-телесной бесконечности. При этом рассуждали примерно так: «Бог может создать всё, в чём не содержится противоречия; в допущении бесконечно большого тела противоречия нет; значит, Бог может его создать».
  • 5) всё чаще допускалось существование среди движений небесных тел не только идеальных (равномерных, по окружности), соизмеримых между собой, но и несоизмеримых. Иррациональность переносилась из земного мира в надлунный, божественный мир. В этом перенесении усматривали признаки творящей силы Бога: Бог способен творить новое повсюду и всегда. На этом пути снималось принципиальное аристотелевское различие мира небесного и мира земного и закладывались предпосылки интеграции физики, астрономии и математики.

Качественные сдвиги произошли как в кинематике, так и в динамике. В кинематике средневековые схоласты вводят понятия «средняя скорость» и «мгновенная скорость», «равноускоренное движение» (они его называли униформно-дифформное). Они определяют мгновенную скорость в данный момент как скорость, с какой стало бы двигаться тело, если бы с этого момента времени его движение стало равномерным. И, кроме того, постепенно вызревает понятие ускорения.

В эпоху позднего средневековья получила значительное развитие динамическая «теория импетуса», которая была мостом, соединявшим динамику Аристотеля с динамикой Галилея. Жан Буридан (XIV век) объяснял с точки зрения теории импетуса падение тел. Он считал, что при падении тел тяжесть запечатлевает в падающем теле «импетус», поэтому и скорость его все время возрастает. Величина импетуса, по его мнению, определяется и скоростью, сообщенной телу, и «качеством материи» этого тела. Импетус расходуется в процессе движения для преодоления трения, и когда импетус растрачивается, тело останавливается.

Аристотель считал главным параметром для любого момента движения расстояние до конечной точки, а не расстояние от начальной точки движения. Благодаря теории импетуса внимание исследовательской мысли постепенно переносилось на расстояние движущегося тела от начала движения: тело, падающее под действием импетуса, накапливает его все больше и больше по мере того, как оно отдаляется от исходного пункта. На этом пути складывались предпосылки для перехода от понятия импетуса к понятию инерции. Всё это постепенно готовило возникновение динамики Галилея.

Отрезок времени примерно от даты публикации работы Николая Коперника «Об обращениях небесных сфер» (De Revolutionibus), то есть с 1543 г., до деятельности Исаака Ньютона, сочинение которого «Математические начала натуральной философии» было опубликовано в 1687 году, обычно называют периодом «научной революции».[8]

До этого истинным и имеющим всеобщую силу считалось знание, полученное чистой логикой. Основным методом познания была дедукция. Знание же, идущее из наблюдения, считалось частичным, не имеющим всеобщей действительности. Индуктивный метод — заключение об общем по частным наблюдениям — приживался лишь очень постепенно[9]. Начиная же с Коперника главным методом научного исследования стало наблюдение за природой и проведение экспериментов. Сегодня это называется «эмпирический метод». Для нас сейчас он естественен, но признан он был только в XVII веке, а распространился лишь в XVIII веке[10].

Теоретическое обоснование новой научной методики принадлежит Фрэнсису Бэкону, обосновавшему в своём «Новом органоне» переход от традиционного дедуктивного подхода (от общего — умозрительного предположения или авторитетного суждения — к частному, то есть к факту) к подходу индуктивному (от частного — эмпирического факта — к общему, то есть к закономерности). Появление систем Декарта и особенно Ньютона — последняя была целиком построена на экспериментальном знании — знаменовали окончательный разрыв «пуповины», которая связывала нарождающуюся науку Нового времени с антично-средневековой традицией. Опубликование в 1687 году «Математических начал натуральной философии» стало кульминацией научной революции и породило в Западной Европе беспрецедентный всплеск интереса к научным публикациям. Среди других деятелей науки этого периода выдающийся вклад в научную революцию внесли также Браге, Кеплер, Галлей, Браун, Гоббс, Гарвей, Бойль, Гук, Гюйгенс, Лейбниц, Паскаль.

Физика[править | править исходный текст]

Классическая теория гравитации была создана еще Ньютоном. Теория электричества и магнетизма появилась в XIX в. благодаря трудам Фарадея, Ома и Максвелла.

В начале ХХ века в физике началась новая революция. Классическая механика Ньютона оказалась несовершенной, а ее применимость — ограниченной. Для описания явлений микромира Макс Планк и Нильс Бор заложили основы квантовой механики, а для очень больших расстояний и скоростей, сравнимых со скоростью света, Альберт Эйнштейн предложил теорию относительности. Уже в 1920-х годах аппарат квантовой теории был развит Гейзенбергом и Шрёдингером так, чтобы с математической точностью описывать наблюдаемое в эксперименте поведение элементарных частиц, а астрономические наблюдения Эдвина Хаббла подтвердили соответствие поведения далеких галактик уравнениям Эйнштейна и позволили впоследствии создать теорию Большого взрыва, объясняющую происхождение и наблюдаемое ныне развитие Вселенной.

Первый взрыв атомной бомбы

Вторая мировая война стимулировала работы по созданию атомной бомбы, которыми начались физические эксперименты, требующие огромных капиталовложений, создания больших машин и работы все большего количества ученых. Их главным работодателем стали правительства, которые поняли значимость наук и технологий как для армии, так и для промышленности.

Химия[править | править исходный текст]

Предшественником химия была алхимия. История современной химии начинается с знаменитой книги Роберта Бойля «Химик-скептик» (1661), с которой в науке началось утверждение критического метода мышления, а также работ Каллена, Блэка и других медицинских химиков, широко применявших в своей работе количественные методы. Следующий важный шаг был сделан Антуаном Лавуазье, который отверг господствующую в то время теорию флогистона, разработал кислородную теорию горения и сформулировал закон сохранения массы (независимо от него этот закон был также сформулирован Михаилом Ломоносовым).

Самым логичным объяснением этому и другим законам химии (к началу XIX века был сформулирован целый ряд законов стехиометрии) стала атомная теория Джона Дальтона, согласно которой химические и физические свойства вещества определяются свойствами его мельчайших частиц. Одной из важнейших задач химии после этого стало определение атомных масс, опираясь на которое Дмитрий Менделеев в 1869 году открыл один из фундаментальных законов мироздания — периодический закон.

В 1820-х годах осуществленный Вёлером химический синтез мочевины открыл эпоху органической химии. В течение XIX века химики синтезировали сотни органических соединений, а к концу столетия научились использовать в качестве сырья для промышленного химического синтеза нефть. В ХХ века нефть стала не только топливом, но и источником для производства новых синтетических материалов, в частности, тканей и пластмасс.

Биология[править | править исходный текст]

В 1847 году венгерский врач Игнац Филипп Земмельвайс предложил своим коллегам мыть руки, прежде чем входить в отделение для рожениц, и эта простая рекомендация помогла радикально снизить детскую смертность от инфекционной лихорадки. Однако, поскольку наблюдения Земмельвайса были чисто эмпирическими, они были приняты далеко не всеми и не сразу. Лишь после разработки в 1865 году принципов антисептики Джозефом Листером в медицине окончательно восторжествовала теория инфекционного агента.

Полуконсервативная репликация ДНК

Она была основана на открытиях Луи Пастера, который связал гниение, брожение и болезни с микроорганизмами. Ему же в 1880 году удалось создать вакцину от бешенства, а также изобрести пастеризацию[11].

Одним из величайших достижений науки XIX века стала теория эволюции посредством естественного отбора, предложенная Чарлзом Дарвином в 1859 году. Дарвин предположил, что все ныне существующие и многочисленные уже открытые к тому времени ископаемые виды живых существ были созданы за миллионы лет естественным отбором, подобно тому, как человек за несколько тысяч лет создал несколько видов домашних животных и растений посредством искусственного отбора. Теория Дарвина произвела большое впечатление на широкие круги общественности и привела к существенному пересмотру взглядов на место, занимаемое человеком в мире.

В отличие от работ Дарвина, скромная публикация монаха из Моравии Грегора Менделя (1866) в течение длительного времени не привлекала никакого внимания. Лишь в начале ХХ века учёные обнаружили, что этот человек на десятилетия опередил их в исследовании законов наследствености[12]. После этого начался расцвет сначала классической, а затем и молекулярной генетики, которая оказалась едва ли не главной движущей силой развития биологии в ХХ веке. К 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на исследованиях Розалинды Франклин, предложили общепринятую ныне модель структуры и функции ДНК[13]. Во второй половине ХХ века разрабатывались методы генной инженерии, а к началу XXI века учёные имели в своём распоряжении полные структуры геномов человека и целого ряда других организмов, важных для дальнейшего развития биологии, медицины и сельского хозяйства.

География[править | править исходный текст]

В XVII—XVIII веках поиски новых земель и путей велись с государственным размахом. Большое значение приобрели фиксация, картографирование и обобщение приобретенных знаний. Поиски Южного материка закончились открытием Австралии (Янсзон) и Океании. Три кругосветных экспедиции совершил Джеймс Кук, открыв Гавайи и Большой Барьерный риф. Русские первопроходцы продвигались в Сибирь на Дальний Восток.

М. В. Ломоносов в 1739 году создал Географический департамент, а при Екатерине II составил первый кадастр землепользования. Кроме этого, он предложил идеи о непрерывном изменении лика Земли под влиянием внутренних и внешних сил, о движении воздушных масс, о слоях земных и т. д.

В XIX — начале XX веков значительные территориальные открытия уже сочетались с глубокими теоретическими обобщениями, открытием географических законов (Гумбольдт, Риттер, Реклю, Тюнен). География теперь не ограничивалась описанием фактов, но и пыталась дать им объяснения.

Геология[править | править исходный текст]

В эпоху Возрождения геологические исследования проводили учёные Леонардо да Винчи и Джироламо Фракасторо. Они впервые предположили, что ископаемые раковины являются остатками вымерших организмов, а также, что история Земли длиннее библейских представлений. Нильс Стенсен дал анализ геологическому разрезу в Тоскане, он объяснил последовательность геологических событий. Ему приписывают три определяющих принципа стратиграфии: принцип суперпозиции (англ.), принцип первичной горизонтальности слоёв (англ.)[14] и принцип последовательности образования геологических тел (англ.).

В конце XVII — начале XVIII века появилась общая теория Земли, которая получила название дилювианизма. По мнению учёных того времени осадочные породы и окаменелости в них образовались в результате всемирного потопа. Эти воззрения разделяли Роберт Гук (1688), Джон Рэй (1692), Джоэнн Вудворд (1695), И. Я. Шёйкцер (1708) и другие[14].

Джеймс Хаттон — отец современной геологии

Во второй половине XVIII века резко возросли потребности в полезных ископаемых, что привело к изучению недр, в частности накоплению фактического материала, описанию свойств горных пород и условий их залегания, разработке приёмов наблюдения[14]. В 1785 году Джеймс Хаттон представил для Королевского общества Эдинбурга документ, озаглавленный «Теория Земли». В этой статье он объяснил свою теорию о том, что Земля должна быть намного старше, чем ранее предполагалось, для того, чтобы обеспечить достаточное время для эрозии гор, и чтобы седименты (отложения) образовали новые породы на дне моря, которые, в свою очередь, были подняты чтобы стать сушей. В 1795 Хаттон опубликовал двухтомный труд, описывающий эти идеи (Vol. 1, Vol. 2). Джеймс Хаттон часто рассматривается как первый современный геолог[15]. Последователи Хаттона были известны как плутонисты, из-за того что они считали, что некоторые породы (базальты и граниты) были сформированы в результате вулканической деятельности и являются результатом осаждения лавы из вулкана. Другой точки зрения придерживались нептунисты, во главе с Абраамом Вернером, который считал, что все породы осели из большого океана, уровень которого с течением времени постепенно снизился, а вулканическую деятельность объяснял подземным горением каменного угля. В то же время в России увидели свет геологические труды Ломоносова «Слово о рождении металлов от трясения Земли» (1757) и «О слоях земных» (1763), в которых он признавал влияние и внешних, и внутренних сил на развитие Земли[14].

Геологическая карта Англии, Уэльса и южной Шотландии Уильяма Смита (1815 год). На сегодняшний день является наиболее точной для своего времени.[16]

Уильям Смит (1769—1839) нарисовал одни из первых геологических карт и начал процесс упорядочивания горных пластов, изучая содержащиеся в них окаменелости[16]. Смит составил «шкалу осадочных образований Англии». Работы по разделению пластов продолжились учёными Жоржем Кювье и А. Броньяру. В 1822 была выделена каменноугольная и меловая системы, что положило начало стратиграфической систематике.[14].

Вместе с тем, методологические основы такого деления ещё уточнялись в рамках нескольких теорий. Ж. Кювье разработал теорию катастроф, утверждающую, что особенности Земли формируются в одном, катастрофическом событии и остаются неизменными в дальнейшем. Л.Бух объяснял движения земной коры вулканизмом (теория «кратеров поднятия»), Л. Эли де Бомон связывал дислокацию слоёв со сжатием земной коры при остывании центрального ядра[14]. В 1830 году Чарлз Лайель впервые опубликовал свою знаменитую книгу «Основы геологии»[17]. Книга, которая повлияла на идеи Чарльза Дарвина, успешно способствовала распространению актуализма. Эта теория утверждает, что медленные геологические процессы имели место на протяжении истории Земли и все еще происходят сегодня. Хотя Хаттона верил в актуализм, идея не была широко принята в то время.

Большую часть XIX века геология вращалась вокруг вопроса о точном возрасте Земли. Оценки варьировались от 100 000 до нескольких миллиардов лет.[18] В начале XX века радиометрическое датирование позволило определить возраст Земли, оценка составила два миллиарда лет. Осознание этого огромного промежутка времени открыло двери для новых теорий о процессах, которые сформировали планету. Самым значительным достижением геологии в XX веке было развитие теории тектоники плит в 1960 году и уточнение возраста планеты. Теория тектоники плит возникла из двух отдельных геологических наблюдений: спрединга морского дна и континентального дрейфа. Эта теория революционизировала науки о Земле. В настоящее время известно, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет.[19]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Естествознание — статья из Большой советской энциклопедииБ. М. Кедров (Проверено 20 февраля 2013)
  2. West Churchman C. Elements of Logic and Formal Science. — New York: J. B. Lippincott Co., 1940.
  3. Franklin J. The formal sciences discover the philosophers' stone. // Studies in History and Philosophy of Science. — 1994. — Vol. 25. — №. 4. — P. 513—533.
  4. Leacock S. Elements of Political Science. — Houghton Mifflin Co., 1906. — 417 p.
  5. Stigum B. P. Toward a Formal Science of Economics. — MIT Press, 1990.
  6. Tomalin M. Linguistics and the Formal Sciences. — Cambridge University Press, 2006.
  7. Вайсбанд И. 5000 лет информатики. — М. Черная белка, 2010
  8. Антисери Д., Реале Дж. Западная философия от истоков до наших дней. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
  9. Meyer, Annette: Die Epoche der Aufklärung, 2010, стр. 32, 157.
  10. Meyer (2010), стр. 31-32.
  11. Campbell N. A. Biology: Exploring Life. — Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall, 2006. — ISBN 0-13-250882-6
  12. Henig R. M. The Monk in the Garden : The Lost and Found Genius of Gregor Mendel, the Father of Genetics. — Houghton Mifflin, 2000. — ISBN 0-395-97765-7
  13. Watson J. D., Crick F. H. Letters to Nature: Molecular structure of Nucleic Acid // Nature, 1953.— 171.— pp. 737—738.
  14. 1 2 3 4 5 6 Геология — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  15. James Hutton: The Founder of Modern Geology, American Museum of Natural History
  16. 1 2 Simon Winchester ; The map that changed the world: William Smith and the birth of modern geology. — New York, NY: Perennial, 2002. — ISBN 0-06-093180-9
  17. Charles Lyell. Principles of geology. — Chicago: University of Chicago Press, 1991. — ISBN 978-0-226-49797-6
  18. England, Philip (2007). «John Perry's neglected critique of Kelvin's age for the Earth: A missed opportunity in geodynamics». GSA Today 17. DOI:10.1130/GSAT01701A.1.
  19. Dalrymple G.B. The Age of the Earth. — California: Stanford University Press, 1991. — ISBN 0-8047-1569-6

Литература[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]