Кодекс и Законы Концепции современного естествознания 13
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-29Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
В.М. Найдыш.
Концепции современного естествознания.
Часть первая.
Основные исторические периоды развития естествознания.
3.Создание первой естественно-научной картины мира в древнегреческой культуре.
3.5. Формирование первых естественнонаучных программ
3.9. Античные воззрения на органический мир
3.10. Упадок античной науки
5. Познание природы в эпоху возрождения
5.1. Мировоззренческая революция Возрождения
5.2. Зарождение научной биологии
5.3. Коперниканская революция
6. Научная революция XVII в.: возникновение классической механики.
6.1. И. Кеплер: от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит
6.2. Формирование непосредственных предпосылок классической механики — первой фундаментальной естественнонаучной теории
6.3. Ньютонианская революция
6.4. Изучение магнитных и электрических явлений
7. Естествознание XVIII - первой половины ХIХ в.
7.4. Биология
8. Естествознание второй половины ХIXв.: на пути к научной революции.
8.3. Биология
Часть вторая.
Природа в современной естественно-научной картине мира
Современная биологическая картина мира
12. Особенности биологии XX в.
12.1. Век генетики
15. Теория самоорганизации (синергетика)
15.1. От моделирования простых систем к моделированию сложных
15.2. Характеристики самоорганизующихся систем
15.3. Закономерности самоорганизации
16. Глобальный эволюционизм
Найдыш В.М.. Концепции современного естествознания. М., 1999. - С. 89-96, 111-121, 140-172, 208-226, 243-251, 356-362, 420-431.
Часть первая.
Основные исторические периоды развития естествознания.
3.Создание первой естественно-научной картины мира в древнегреческой культуре.
3.5. Формирование первых естественнонаучных программ
3.5.1. Великое открытие элеатов
Особое место в истории античной культуры занимает элейская Школа. Представителям ее принадлежит великое открытие — наличие противоречия между двумя картинами мира в сознании человека; одна из них — это та, которая получена посредством органов чувств,
См Дитмар А..Б. География в античное время. (Очерки развития физико-географические идеи.) М , 1980 Гл 3.
89
через наблюдение; другая — та, которая получена с помощью разума, логики, рационального мышления.
Основоположником элейской школы (г. Элея на юге Италии) был Ксенофан — один из первых рационалистических критиков мифологического мировоззрения. Но слава Элеи, ранее совсем неприметного города на юге Италии, связана с именами Парменида и Зенона — великих представителей этой философской школы.
Парменид и его последователи убедительно показали, что результатом человеческого познания является не одна, а две различные картины мира — чувства дают одну картину мира, а разум — другую, причем эти картины мира могут быть принципиально противоположны. Легендарные апории Зенона, собственно говоря, и посвящены обоснованию и доказательству существования этих двух различных картин мира'. Установление качественного различия между отражением мира разумом и чувствами (мышлением и ощущением, логическим и чувственно-образным) было величайшим научно-философским открытием. Оно со всей силой и значимостью поставило вопрос о том, как возможно научное познание мира и возможно ли оно вообще. В ту эпоху сама возможность научного познания мира отнюдь не была самоочевидной. Немало мыслителей сомневалось в возможности естественно-научного (и философского) познания мира. Идея познаваемости мира буквально выстрадана человечеством.
Сами элеаты считали, что из двух картин мира подлинная та, которая постигается разумом. На этой основе они ввели качес гвенно новое представление о первооснове мира, о его субстанции. Если у представителей милетской школы первооснова мира носит характер физического процесса, некоторой стихии (вода, воздух и др.), у пифагорейцев — абстрактно-математический характер (число), то у элеатов она является абстрактно-философской — бытие как таковое.
Элеатовское бытие — это специфический теоретический объект, предмет философского и никакого другого познания. По мнению элеатов, такой объект (бытие) никогда не возникал, не подвержен гибели, един-единствен, неподвижен, закончен и совершенен. А самое главное, что бытие постигается только разумом и ни в коем случае не чувствами. В своей философской поэме “О природе” Парменид говорит:
Ибо мыслить — то же, что быть .
Можно лишь то говорить и мыслить, что есть; бытие ведь
Есть, а ничто не есть прошу тебя это обдумать .
1 См . например. Комарова В. Я. Учение Зенона Элейского. Л., 1988
2 Фрагменты ранних греческих философов Ч.1. От эпических теокосмогоний до возникновения атомистики. М.. 1989 С. 296
90
По Пармениду, есть два пути познания — “путь истины” и “путь мнения”. Путь истины — это познание разумом единого бытия, выделение его из бесконечного качественного многообразия вещей, которое есть небытие. Путь истины — это путь отделения бытия от небытия. Путь мнения — это познание на уровне чувств, образов, которое не дает знания бытия, а только движется на уровне поверхностных свойств вещей, на уровне явления, небытия. Путь мнения — это путь нефилософского, обманчивого познания.
Софисты, Демокрит и Платон делают разные выводы из учения элеатов и по-разному решают поставленную элеатами проблему. Софисты (например, Горгий) используют качественное различие двух картин мира, двух путей познания для обоснования субъективного и прагматического характера познания, вплоть до скептицизма. (Известный парадокс Горгия: “Ничего не существует; если бы и существовало, то было бы непознаваемо; если бы и было познаваемо, то не было бы передаваемо другому”.) Кто же такие софисты?
В середине V в. до н.э. в условиях развивавшейся рабовладельческой демократии появилась потребность в изменении системы образования: вместо гимнастики и музыки на первый план выдвигаются необходимые в судах и народных собраниях риторика, логика, философия. Появились первые платные учителя философии, риторики, логики — софисты. Разъезжая по городам, они за плату учили красноречию — умению говорить, убеждать, побеждать в спорах, выигрывать тяжбы в суде. Обычно это яркие, активные, бойкие и часто, по-видимому, нагловатые, с оттенком нигилизма, но талантливые люди, смело разрывавшие со старыми традициями жизни и мысли.
Среди своих современников софисты пользовались далеко не самой лучшей репутацией. Нередко в них видели утонченных шарлатанов или дилетантов. Для этого имелись свои основания: в софистике был силен прагматический момент. Софисты учили побеждать в споре не только во имя истины, но и часто вопреки ей. Так, например, софист Горгий заявлял, что может любую вещь и восхвалять, и ниспровергать независимо от ее объективных качеств (используя Двусмысленность и многосмысленность (полисемантизм) словесных выражений, неправильности логических связей мысли и т.д.). Поэтому под софистикой понимают умение использовать полемику, силу слова, логики для доказательства всего чего угодно, умения представить истину ложью, а ложь — истиной, белое — черным, а черное — белым. Именно в софистике — корни того направления в истории философии, которое связано со скептицизмом и агностицизмом, с неверием в возможности познания человеком мира, отрицанием возможности и необходимости науки.
91
Демокрит и Платон занимали иную позицию в вопросе о познаваемости мира. Они верили в познание мира, в возможность и необходимость естествознания, хотя по-разному понимали объекты и пути познания. Демокрит и Платон — основатели двух исторически первых естественно-научных программ познания природы.
3.5.2. Атомистическая программа
Одной из вершин античной культуры являлось атомистическое учение Демокрита, основоположника античного материализма. Жизнь Демокрита — образец глубокой преданности науке, познанию мира. Занятия наукой, философией он ставил превыше всего; истина для него — высшая ценность. Демокрит заявлял, что одно причинное объяснение он предпочитает обладанию (самым могущественным в то время) персидским престолом. Он много путешествовал по Востоку, был в Египте, Вавилонии, Индии и Эфиопии, усвоил научные и философские достижения древневосточных культур.
Демокрит поставил перед собой задачу создать такое учение, которое смогло бы преодолеть противоречия, зафиксированные элеатами. Иначе говоря, такое учение, которое обеспечивало соответствие картины мира, открывающейся человеческим чувствам, картине мира, конструируемой деятельностью мышления, дискурсивно, логикой. На этом пути он осуществил переход от континуального к дискретному видению мира. Демокрит исходил из безоговорочного при знания истинного бытия существующим и существующим как многое Он убедительно показал, что мыслить бытие как многое, мыслить движение можно, если ввести понятие о неделимости элементарных оснований этого бытия — атомов. Бытие в собственном смысле этого слова — это атомы, которые движутся в пустоте (небытии).
В противоположность элеатам Демокрит учил, что реально существует не только бытие, но и небытие. Бытие — это атомы, небытие — пустота, пустое пространство. Пустота неподвижна и беспредельна, она не оказывает никакого влияния на находящиеся в ней тела, на бытие. Идея пустоты привела Демокрита к идее бесконечного пространства, где во всех направлениях беспорядочно носятся, перемещаются атомы (как пылинки в солнечном луче) Представление о пустоте — это достаточно сильная абстракция, требующая высокого уровня теоретического мышления. От понятия пустоты остается только один шаг до понятия инерции, но древние греки этого шага не сделали.
Атом — неделимая, совершенно плотная, непроницаемая, невоспринимаемая чувствами (вследствие своей, как правило, малой вели
92
чины), самостоятельная частица вещества, атом неделим, вечен, неизменен. Атомы никогда не возникают и никогда не погибают. Они бывают самой разнообразной формы — шарообразные, угловатые, крючкообразные, вогнутые, выпуклые и т.п Атомы различны по размерам. Они невидимы, их можно только мыслить. В процессе движения в пустоте атомы сталкиваются друг с другом и сцепливаются. Сцепление большого количества атомов составляет вещи. Возникновение и уничтожение вещей объясняются сложением и разделением атомов; изменение вещей — изменением порядка и положения (поворота) атомов. И если атомы вечны и неизменны, то вещи преходящи и изменчивы. Таким образом, атомизм соединил в одной картине рациональные моменты двух противоположных учений — учений Гераклита и Парменида: мир вещей текуч, изменчив, а мир атомов, из которых состоят вещи, неизменен, вечен
По Демокриту, мир в целом — это беспредельная пустота, начиненная многими отдельными мирами. Отдельные миры образовались в результате того, что множество атомов, сталкиваясь друг с другом, образуют вихри — кругообразные движения атомов. В вихрях крупные и тяжелые атомы скапливаются в центре, а более легкие и малые вытесняются к периферии. Так возникли земля и небо. Небо образует огонь, воздух, светила. Земля — центр нашего мира, на краю которого находятся звезды. Каждый мир замкнут. Число миров бесконечно. Многие из них могут быть населенными. Демокрит впервые описал Млечный Путь как огромное скопление звезд. Миры преходящи одни из них только возникают, другие находятся в расцвете, а третьи уже гибнут.
Исторической заслугой античного атомизма являлось также формулирование и разработка принципа детерминизма (причинности). В соответствии с этим принципом любые события влекут за собой определенные следствия и в то же время представляю! собой следствие из некоторых других событий, совершавшихся ранее. Демокрит понимал принцип детерминизма механистически, отождествляя причинность и необходимость. Все, что происходит в мире, не только причинно обусловлено, но и необходимо, неизбежно. Он отвергал объективное существование случайности, говоря, что человек называет событие случайным, когда не знает (или не хочет узнать) причины события. Мир атомистов — мир сплошной необходимости, в котором нет объективных случайностей.
Концепция атомизма — одна из самых эвристичных, одна из самых плодотворных и перспективных научно-исследовательских программ в истории науки Она сыграла выдающуюся роль в развили представлений о структуре материи, в ориентации движения естественно-научной мысли на познание все более глубоких структур-
93
ных уровней организации материи. И сейчас, спустя 2500 лет после ее возникновения, программа атомизма (применяемая уже не к атомам, а к элементарным частицам, из которых они состоят) является одним из краеугольных оснований естествознания, современной физической картины мира.
3.5.3. Математическая программа
Если Демокрит решает сформулированное элеатами противоречие в духе первичности и единственности чувственной реальности, то Платон считает логически допустимым другой путь. Противоречие между знаниями, полученными органами чувств, и знаниями, полученными логикой, мышлением, Платон объясняет не трудностями процесса познания (как софисты) и не структурой чувственного материального мира (как Демокрит), а возможным наличием двух реальностей, двух миров.
Первый мир — это мир множества единичных, изменяющихся, подвижных, отражаемых чувствами человека вещей; это — материальный мир. Второй мир — это мир вечных, общих и неизменных сущностей; мир общих идей, понятий; он постигается не чувствами, а разумом. Что же представляют собой платоновские “идеи”? “Идея” имеет своим корнем слово “видеть”, “вид”. Идея — это то, что видно разумом в вещи. Для Платона идея вещи не является отражением вещи, а наоборот: идея вещи хотя и существует в отрыве от самой вещи, но тем не менее сама является некоторым принципом оформления вещей, принципом их конструирования.
Идея — это некоторое конструктивное начало вещи, ее прообраз, парадигма, порождающая модель, принцип конструирования вещи. Идея — это старые мифологические боги, переведенные на абстрактно-всеобщий, философско-категориальный язык. Вместе с тем идея— это и некоторое общее понятие, некоторое обобщение. Но это такое обобщение, которое характеризуется почти математической предельностью, это такой предел абстрагирования, идеализации вещи, за которым вещь уже теряет свои существенные признаки. Объективный идеализм Платона состоит не столько в том, что идеи являются обобщением вещей, существующим вне этих вещей, а в том, что идеи — это активный, конструктивный, порождающий базис самих вещей, такое исходное начало, без которого сама вещь существовать не может.
Мир идей (или идеальный мир) — это реальность, которая существует, хотя и далеко от земного мира, но не на бесконечном расстоянии отнего. Никто из богов или героев не пребывал в этом мире. Мир
94
идеи, идеальный мир первичен по отношению к миру чувственных вещей, материальному миру. Материальный мир произволен от идеального. Материальный мир — это сфера, в которой уже происходит затухание конструктивной активности идей, ее уменьшение, сокращение, затемнение и проч. То, что в мире идей характеризуется идеальной формой, в материальном мире характеризуется напластованием случайных, индивидуальных, неповторимых свойств конкретных чувственных вещей. И чем дальше от земли и ближе к миру идей, тем стабильнее, устойчивее, неподвижнее организован мир. Так, далекие звезды отличаются стабильностью, неизменностью, неподвижностью. На уровне планетных сфер уже появляется неустойчивость, подвижность, нестабильность. А в самом мире земных вещей конструктивное идеальное начало ослабевает в такой мере, что вещи повсеместно становятся изменчивыми, движущимися, индивидуализированными, разнообразными и неповторимыми и т.п.
Значительную роль в своей теории идей Платон отводит математике. У Платона все бытие пронизано числами, числа — это путь к постижению идей, сущности мира. О значении, которое он придавал математике, свидетельствует надпись над входом в платоновскую Академию : “Несведущим в геометрии вход воспрещен”. Эта высокая оценка математики определялась философскими взглядами Платона. Он считал, что только занятия математикой являются реальным средством познания вечных, идеальных, абсолютных истин. Платон не отвергал значения эмпирического знания о мире земных вещей, но считал, что это знание не может быть основой науки, так как приблизительно, неточно и лишь вероятно. Только познание мира идей, прежде всего с помощью математики, является единственной формой научного, достоверного познания. Математическими образами и аналогиями пронизана вся философия Платона.
Вслед за пифагорейцами Платон закладывал основы программы математизации познания природы. Но если пифагорейцы рассматривали Космос как некоторую однородную гармоническую сферу, то Платон впервые вводит представление о неоднородности бытия, Космоса. Он разделяет Космос на две качественно различные области: божественную (вечное, неизменное бытие, небо) и земную (преходящие, изменчивые вещи). Из представления о божественности Космоса Платон делает вывод, что небесные светила могут двигаться только равномерно, по идеальным окружностям и в одном и том же направлении.
95
3.9. Античные воззрения на органический мир
3.9.1. Античные толкования проблемы происхождения и развития живого
Особо следует сказать о развитии биологических знаний в античности. Здесь достижения не были столь выдающимися, как в астрономии и математике, но тем не менее значительный прогресс познания тоже был налицо. Античность реализовала функцию первичного накопления эмпирического материала об органических явлениях и процессах. Это — еще не научная биология, но уже ее отдаленные предпосылки.
Уже античные натурфилософы обращали свои взоры на органический мир и строили первые умозрительные схемы, объяснявшие его происхождение и развитие. На основе таких умозрительных представлений в конце концов сложились два противоположных подхода к решению вопроса о происхождении жизни.
Первый, религиозно-идеалистический, исходил из того, что возникновение жизни не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом на Земле; жизнь является следствием божественного творческого акта (креационизм), и потому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира “жизненная сила” (vis vitalis), которая и направляет все процессы жизни (витализм).
Наряду с таким идеалистическим подходом еще в древности сложился и материалистический подход, в основе которого лежало представление о том, что живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического под влиянием естественных факторов. Так сложилась концепция самозарождения живого из неживого. Например, согласно учению Анаксимандра, живые существа образуются из алейрона по тем же законам, что и вещи неорганической природы. Он считал, что животные родились первоначально из влаги и земли, нагретых солнцем. Первые животные были покрыты чешуей, но, достигнув зрелости, они вышли на сушу, чешуя их лопнула, и, освободившись от нее, они начали вести свойственный каждому их них образ жизни. Все виды животных возникли независимо друг от Друга. Здесь, в древней натурфилософии еще нет идеи генетической сняли между видами, представления об историческом развитии живо гного мира. Правда, в отношении человека Анаксимандр, по-видимому, уже допускал возможность его происхождения от организмов Другого вида.
Еще более обстоятельная теория происхождения живого была создана Эмпедоклом, с именем которого связывают первую догадку о
111
том, что существуют ископаемые остатки вымерших организмов. Биологические воззрения Эмпедокла были тесно связаны с его философией. Он исходил из существования четырех элементов (“стихий”) мира (огонь, воздух, вода и земля), каждый из которых состоит из вечных частиц, способных вступать во взаимодействие друг с другом, и двух “сил” — Любви и Вражды, которые соединяют (Любовь) или разъединяют (Вражда) разрозненные частицы. Эти две силы — двигатели всех процессов во Вселенной.
Возникновение живых существ Эмпедокл представлял себе так. Жизнь началась на нашей планете еще до того, как народилось Солнце. В ту дальнюю, досолнечную пору землю непрерывно орошали обильные дожди. Поверхность Земли превратилась в тинообразную массу. Из недр Земли, которая содержит внутренний огонь, наружу периодически прорывался огонь, который поднимал вверх комья тины, принимавшей различную форму. В этом взаимодействии земли, воды, воздуха и огня создавались сперва растения — предшественники и предтечи подлинных живых существ. А со временем стали появляться и сами эти животные формы. Но это были причудливые существа. По сути, это были даже не животные существа, которые мы знаем, а лишь их отдельные обрывки, части, органы. Эмпедокл рисует прямо-таки сюрреалистическую картину биогенеза: “Головы выходили без шеи, двигались руки без плеч, очи блуждали. Но влекомые силой Любви, все эти органы, беспорядочно носясь в пространстве, как попало соединяясь друг с другом, образовывали самые различные уродливые создания, большинство из которых были нежизнеспособными и недолговечными. Велением Вражды всем несовершенным и неприспособленным формам суждено было со временем погибнуть. Остались лишь немногие целесообразно устроенные организмы, которые могли питаться и размножаться. Эти гармоничные целесообразные организмы стали размножаться половым путем и тем самым сохранились до наших дней.
При всей примитивности этой картины, нельзя не отметить в ней рациональных представлений, гениально предвосхищавших дарвиновскую идею естественного отбора. И у Эмпедокла и у Дарвина решающая роль принадлежит случаю и отрицается телеологизм — принцип целесообразной направленности органического развития. Несмотря на свою примитивность, первые исторические формы концепции самозарождения сыграли свою прогрессивную роль в борьбе с креационизмом.
Питание и рост живых организмов Эмпедокл объяснял стремлением частиц стихий соединиться с себе подобными. Главную роль в организме, по его мнению, играет кровь. Чем больше в органе крови — тем он важнее. При умеренном охлаждении крови наступает
112
сон, при сильном ее охлаждении — смерть. Душа умирает вместе с телом. Любопытно, что Эмпедокл, например, считал, что слух зависит от напора воздуха на ушной хрящ, который, словно колокольчик, колеблется под напором воздуха.
3.9.2. Биологические воззрения Аристотеля
Аристотелю были глубоко чужды представления Эмпедокла об органическом мире и его происхождении. Мировоззрение Аристотеля проникнуто телеологизмом и отрицанием эволюционизма. При этом биологический мир как объект исследования особенно увлекал Аристотеля.
И млекопитающие, и птицы, и рыбы, и насекомые — все это вызывало у Аристотеля живой, неподдельный интерес, подлинное воодушевление и даже эстетическое восхищение. Он писал: “...Надо и к исследованию животных подходить без всякого отвращения, так как во всех них содержится нечто природное и прекрасное. Ибо не случайность, но целесообразность присутствует во всех произведениях природы, и притом в наивысшей степени, а ради какой цели они существуют или возникли — относится к области прекрасного”. Именно целесообразность органической природы делает ее прекрасной и достойной изучения.
Огромное разнообразие живых существ, поражающая их приспособленность к среде, функциональная и структурная целесообразность их строения, рост, рождение, способы размножения, смерть-вес эти и другие черты биологического мира интересовали Аристотеля-биолога, требовали, по его мнению, детального описания и теоретико-философского обоснования. В качестве такого обоснования у него, естественно, выступает учение о материи и форме.
Любой растительный или животный организм — это некое законченное целое, представляющее собой реализацию определенной формы. Такой организм состоит из многих неоднородных частей или органов, каждый из которых выполняет свою вполне определенную функцию, необходимую для поддержания жизнедеятельности всего организма. Выполнение этой функции и есть цель, ради которой этот орган существует. Выполнение функций органом требует, как правило, не одной, а нескольких способностей (двигаться, сжиматься и расширяться, воспринимать ощущение и др.). Поэтому орган должен состоять не из одной, а многих однородных частей. Так, рука и другие Подобные части тела состоят из костей, нервов, мяса и др. К числу таких однородных частей Аристотель относит также волосы, когти, Кровь, жир, мозг, желчь, молоко и другие аналогичные вещества у
113
животных, а у растений—древесину, сок, кору, мякоть плода и др. Эта однородные вещества и представляют собой материю, из которой образованы органы и весь организм в целом. Онтогенез он рассматривал с позиций категорий возможности и действительности. Органический рост — это актуализация возможностей, скрытых в исходной материи. Такая трактовка близка современным представлениям о том, что все особенности структуры взрослого организма зашифрованы в виде генетического кода.
Аристотель, бесспорно, был величайшим биологом своего времени. Если в области астрономии, физики, механики Аристотель во многом оставался спекулятивным мыслителем, то к живой природе он относился с исключительной наблюдательностью, проницательностью, стремился к постижению мельчайших деталей. Он вскрывал трупы различных животных, делая при этом выводы и об анатомическом строении человека; он изучил свыше пятисот видов животных, описал их внешний вид, и где мог — также и строение; рассказал об их образе жизни, нравах и инстинктах, сделал множество более частных открытий. Альбомы рисунков результатов анатомического расчленения животных и их органов, именовавшиеся “Анатомиями”, служили приложениями к “Истории животных”; к сожалению, эти альбомы позднее оказались утерянными.
Но Аристотель не только описывал мир живого; он заложил традицию систематизации видов животных. Он первый поставил классификацию животных на научную основу, группируя виды не только по сходству, но и по родству. Всех животных Аристотель подразделял на кровяных и бескровных. Такое деление примерно соответствует современному делению на позвоночных и беспозвоночных. К кровяным он относил:
1) живородящих — человек, киты и четвероногие, т.е., по сути, млекопитающие;
2) яйцеродных — птицы, яйцекладущие четвероногие (рептилии, амфибии), змеи и рыбы;
К бескровным он относил:
1) мягкотелые (головоногие);
2) панцирные (ракообразные);
3) моллюски (кроме головоногих);
4) насекомые, пауки и черви.
Человеку он отводил место на вершине кровяных. Кроме того, Аристотель описывает живые существа, которые, по его мнению, занимают промежуточную ступень между животными и растениями. Это — губки, акалефы (медузы), титни (асцидии). В свою очередь, и растения подразделяются им на высшие и низшие.
114
Аристотель знал, что главнейшими признаками млекопитающих являются: наличие у них органов воздушного дыхания (легких и горячей крови), что они — живородящие, питают детей молоком и др. Аристотель вводит в биологию понятия аналогичных и гомологичных частей тела, идею о сходстве путей эмбриогенеза у животных и человека, понятие “лестницы существ”, т.е. расположения живых существ на определенной шкале, и др. Отдельные ошибки Аристотеля в зоологии не идут ни в какое сравнение с богатством его действительного вклада в биологию.
Биологические идеи и исследования Аристотеля развивали его ученики и последователи (Теофраст и др.).
3.9.3. Накопление рациональных биологических знаний в античности
Наряду с формированием умозрительных схем о происхождении живого античность постепенно накапливает эмпирические биологические знания, формирует концептуальный аппарат протобиологии. Как и в других областях естествознания, в накоплении биологических знаний конструктивную роль сыграла пифагорейская школа. К представителям пифагорейской школы относится Алкмеон Кротонский, которого считают основоположником античной анатомии и физиологии. О нем сообщают, что он первый начал анатомировать трупы животных для научных целей. Алкмеон признавал мозг органом ощущений и мышления и уяснил роль нервов, идущих от органов чувств (глаз, ушей) к мозгу. Он считал, что нормальное функционирование организма предполагает равновесие заключающихся в нем “сил”, “стихий” — влажного и сухого, теплого и холодного, горького и сладкого и др. Нарушение этих равновесии (например, охлаждение) и является, по его мнению, главной причиной заболеваний.
Одной из древних медико-биологических школ была Книдская школа, сложившаяся еще в VI в. до н.э. под влиянием восточной медицины. Она продолжала традиции вавилонских и египетских врачей. Ее принципы нацеливали на детальное описание отдельных комплексов болезненных симптомов и требовали разработки для каждой болезни свой особой (и часто сложной) терапии. Сочинения представителей Книдской школы до нас не дошли, но их фрагменты, очевидно, вошли в состав трактатов Свода Гиппократа.
С именем Гиппократа, современника Демокрита, связан тот период развития биологии и медицины, когда медико-биологические знания начали отпочковываться от религии, магии и мистицизма. С этого времени биология и медицина отказываются от объяснения биологических явлений, происхождения и сущности болезней вме-
115
шательством потусторонних, сверхъестественных сил. Гиппократ ц его ученики считали, что медицина должна основываться не на умо зрительных схемах и предположениях или фантазиях, а на скрупулез ном, тщательном (эмпирическом) наблюдении и изучении больного на накоплении и обобщении медицинского опыта.
Гиппократ развивает идею о естественных причинах болезней К таким причинам он относит и факторы, исходящие из внешней среды, и возраст больного, и его образ жизни, и его наследственность и др. Гиппократ учил, что лечить надо не болезнь, а больного, поэтому все назначения должны быть строго индивидуальны. Один из теоретических принципов Гиппократова учения — единство жизни как процесса. Он считал, что основу всякого живого организма составляют четыре “жидкости тела” — кровь, слизь, желчь желтая и черная. Отсюда — и четыре типа темпераментов людей — сангвиники, флегматики, холерики и меланхолики. Весь организм оживотворяется пневмой — воздухоподобным веществом, которое во все проникает и все осуществляет — жизненные процессы, мышление, движение и проч.
Свод Гиппократа сложился в Косской медицинской школе, получившей свое наименование от острова Кос, где жили поколения врачей, которые считали себя потомками легендарного героя, получело века-полубога Асклепия. Лишь некоторые из трактатов Свода могут быть приписаны самому Гиппократу; большинство же из них было написано его учениками и последователями. Из Косской медицинской школы вышли пользовавшиеся известностью и славой Праксагор и его ученик Герофил, который в первой половине III в. до н.э. считался величайшим греческим врачом. В конце своей жизни Праксагор с группой учеников переселился в Александрию и заложил здесь основания Александрийской медицинской школы.
Герофил развивал эмпирическую традицию античной биологии и медицины, выше всего ставил наблюдение и опыт. В его эпоху в Александрии уже не имел силы предрассудок, запрещавший анатомирование трупов. Более того, древние авторы сообщают слухи о том, что Герофил проводил опыты по вивисекции над преступниками, которые поставлялись ему царем. Он изучал строение и функционирование нервной системы, провел четкое различение между артериями и венами и пришел к правильному заключению (окончательно доказанному лишь несколько столетий спустя Галеном), что артерии получают кровь от сердца. Герофил впервые оценил диагностическое значение пульса, хотя связывал его с механизмом дыхания. Герофил дал подробное описание анатомии глаза, печени и других органов тела, провел сопоставительное изучение устройства человека и
116
животных, внес существенный вклад в разработку анатомической терминологии. В сфере практической медицины он уделял большое внимание фармакологии, действию лекарственных препаратов, особенно тех, которые изготовлялись из трав, разработке правил диеты, лечебной физкультуры.
Завершителем античной биолого-медицинской традиции был Клавдий Гален. Родился в Пергаме, в семье архитектора, изучал философию и медицину, с 162 г жил в Риме. Гален — универсальный и плодовитый писатель и ученый. Его перу принадлежит свыше 250 сочинений.
Гален был прекрасным анатомом. Поскольку в Риме в ту эпоху вскрытие трупов было запрещено, он изучал анатомию не только человека, но и разных животных — быков, овец, свиней, собак и др. Он заметил большое сходство в строении человека и обезьяны, проводя опыты над маленькой мартышкой, которая в то время водилась на юге Европы. Физиологические воззрения Галена базировались во многом на трудах Гиппократа. Гален детально изучал центральную и периферическую нервные системы, искал связь спинномозговых нервов с процессами дыхания и сердцебиения. Он окончательно доказал, что артерии наполнены кровью, а не воздухом. Гален закладывал предпосылки научного экспериментального метода в биологии и физиологии. Хотя истинные закономерности работы сердца и кровообращения остались им так и не разгаданными.
В области терапии Гален развивал принципы воздухо- и водолечения, диетологии, изучал свойства лекарственных препаратов; сам создавал такие препараты, причем подчас очень сложные, включавшие в себя десятки компонентов. Элементы народной медицины и даже знахарства, содержавшиеся в рецептурных предписаниях Галена, способствовали его популярности и в античности, и в эпоху средневековья.
3.9.4. Античные представления о происхождении человека
Задумывалась античность и над проблемой происхождения человека. В эпоху первобытного и раннеклассового общества, интересуясь своим прошлым, человек представлял его в виде генеалогических и этнологических мифов и легенд, т.е. устных преданий о деяниях и героических подвигах предков, о происхождении родов и племен. Это нашло выражение, в частности, в гениальных произведениях Древнегреческих поэтов Гомера (“Одиссея”, “Илиада”) и Гесиода (“Геогония”, “Труды и дни”), в произведениях других древнегреческих авторов. В эту эпоху формируется и концепция “золотого века”
117
человечества, т.е. представление о том, что в далеком прошлом жизнь людей была намного лучше, чем впоследствии (ведь люди произошли от богов); что история человечества — это история не улучшения, а ухудшения, усложнения жизни людей. Великий древнегреческий поэт Гесиод, например, следующим образом изображает картины далекого прошлого:
Жили те люди, как боги, с спокойной и ясной душою,
Горя не зная, не зная трудов
И печальная старость
К ним приближаться не смела
Всегда одинаково сильны
Были их руки и ноги
В пирах они жизнь проводили,
А умирали, как будто объятые сном
Недостаток был им неведом.
Большой урожай и обильный
Сами давали собой хлебодарные земли
Труды и дни, 112-118
С окончательным разложением первобытного общества, возникновением рабовладельческой формации, усилением классовых антагонизмов проблема происхождения человека приобретает острую идеологическую направленность и выделяется как одно из важных, ключевых звеньев в цепи мировоззренческих проблем своего времени.
Наряду с идеалистическим, креационистским пониманием антропосоциогенеза в древности развивались и материалистические представления о естественном происхождении человека. Так, еще философы античного мира высказывали мысли о том, что происхождение человека во многом сходно с происхождением животных: те и другие образуются в результате соединения исходных стихий в части и органы, которые под действием тепла соединяются в тело. Такую концепцию развивал, в частности, великий материалист и атомист древности Демокрит. Аристотель трактовал человека как некое “политическое животное”, которое отличается от животного только наличием нравственности и на этой основе стремлением к “совместному жительству”.
Древнеримский философ и поэт Лукреций Кар в поэме “О природе вещей” нарисовал картину развития древних людей от дикою состояния до изобретения огня, одежды, жилищ и т.д. Он, высмеяв распространенные тогда легенды о сотворении людей богами, о “золотом веке”, с которого будто бы начинается жизнь людей на Земле, утверждал, что люди делали важнейшие изобретения, подгоняемые нуждой. Л. Кар образно рисует первобытное состояние человека, когда люди еще не знали ни одежды, ни жилищ и вели жалкое существование, питаясь желудями и ягодами и охотясь на диких зверей Предложив периодизацию истории человечества на три эпохи в за
118
висимости от материала, из которого изготавливались орудия труда:
каменный, медный (бронзовый) и железный, Л. Кар писал:
Прежде служили оружием руки могучие, когти.
Зубы, каменья, обломки ветвей от деревьев и пламя,
После того быта найдена медь и порода железа
Все-таки в употребчение вошла прежде медь. чем железо,
Так как была она мягче, притом изобильней гораздо
О природе вещей, V, 1283-1287
Кстати сказать, своей догадкой Л. Кар опередил выводы археологии почти на 19 столетий.
3.10. Упадок античной науки
В первые века нашей эры обострились социально-экономические, политические и культурные противоречия, свойственные рабовладельческой формации. Римская империя в V в. н.э. распалась под действием внутренних и внешних сил — восстаний рабов, бедноты, покоренных народов и нападений варварских племен. На смену рабовладельческому пришел феодальный строй. Формирование феодальных отношений было связано со значительными потрясениями во всех сферах общественной жизни, в том числе в области культуры и науки.
По сути, формировался новый исторический тип сознания, новый тип культуры, духовного освоения мира человеком. Его основу составляло монотеистическое религиозное сознание, в котором на первом плане — не познание мира и получение нового знания, а переживание, прочувствование мира и вера во всемогущего Бога, в существо, которое создало мир и постоянно творит его своей волей и активностью. Вмешательство божественных, потусторонних сил может проявиться в любой момент, в любой части мира. Такое прямое активное проявление действия божества и есть чудо. Природа наполнена чудесами, поэтому ни о каких ее объективных закономерностях не может бы гь и речи. В системе такого мировоззрения естествознание лишается своего действительною предмета, реальных Целей и задач. Иррационализм и мистицизм способствовали упадку античной науки.
Одной из существенных ограниченностей античной науки являлся ее отрыв от производства, отрыв теории oт практики, знания от опыта Рабовладельческий способ производства, в котором главной производительной силой был раб, не нуждался в науке как средстве развития производительных сил. Наука развивалась отдельно от материального производства. Последнее достигло такого уровня, что
119
смогло выделить часть людей из непосредственного участия в производстве, дать им возможность заниматься духовной деятельностью. Но античное материальное производство в результатах Духовной деятельности не нуждалось. Отсюда и недооценка связи знания и опыта, непонимание познавательного значения опыта, эксперимента. Эксперимент как метод познания в античности не был известен.
И наконец, упадок античной науки во многом был обусловлен и отсутствием надежных средств хранения, обмена и передачи информации. Рукописи были дорогим, редким, а в эпоху непрерывных войн, миграций народов, исчезновения в пожарищах культур, этносов и ненадежным средством хранения информации. Как материальный носитель мысли, рукописи, к сожалению, все-таки горят.
В VI в. н.э. в истории европейской культуры начался период “темных веков”.
120
5. ПОЗНАНИЕ ПРИРОДЫ В ЭПОХУ ВОЗРОЖДЕНИЯ
Новый величайший переворот в системе культуры происходит в эпоху Возрождения, которая охватывает XIV — начало XVII в. Эпоха Возрождения — эпоха становления капиталистических отношении, первоначального накоплений капитала, восхождения социально-политической роли города, буржуазных классов, складывания абсолютистских монархий и национальных государств, эпоха глубоких социальных конфликтов, религиозных войн, ранних буржуазных революций, возрождения античной культуры, возникновения книгопечатания, эпоха титанов мысли и духа.
Социально-исторической предпосылкой культуры Возрождения явилось становление буржуазного индивидуализма, который приходил на смену сословно-иерархической структуре феодальных отношений. Средневековье завершает тот длительный период истории человечества, в ходе которого человек был еще привязан прямыми либо опосредованными узами к коллективу определенного типа. Этот отрыв окончательно осуществился именно в эпоху Возрождения. “Не терпеть нужды и не иметь излишка, не командовать другими и не быть в подчинении — вот моя цель”, — писал Ф. Петрарка, выражая этим не только свои личные цели, но и жизнеощущение эпохи . В социально-психологическом плане ренессансный индивидуализм порождал такую особенность образа жизни, которую великий русский мыслитель А.Ф. Лосев называл “субъективистически-индивидуалистической жаждой жизненных ощущений независимо от их религиозных или моральных ценностей”2. Жизнь на свой страх и риск, предполагающая индивидуализм и самоутверждение личности, возможна только в условиях активно-деятельного отношения к миру.
Именно такое отношение характеризует систему новых ценностей буржуазной городской культуры свободных и независимых ремесленников, торговцев, мастеров средневековой интеллигенции. Среди этих ценностей: высокая работоспособность: умение трудиться; инициативность, стремление побольше успеть, свершить; умение ценить время, дорожить им (время — это такой “божий дар” человеку, который нельзя никому передать, но вместе с тем его можно потерять в ничегонеделании): и наконец. личная ответственность за результаты своей деятельности. Правда, есть вещи, которые неподвластны времени, и это делает их божественными: личная доблесть, знание и семья; их реализация приводит к утверждению вечных ценностей и исторически значимых дел, которые по достоинству смогут оценить лишь потомки.
_____________________________________________
1 Петрарка Ф. Автобиография. Исповедь. Сонеты. М.. 1915. С. 128.
2 Лосев А.Ф. Эстетика Возрождения. М., 1978. С. 57.
140
5.1. Мировоззренческая революция Возрождения
В эпоху Возрождения была проведена основная мыслительная работа, подготовившая возникновение классического естествознания. Это стало возможным благодаря мировоззренческой революции, свершившейся в эпоху Ренессанса и состоявшей в изменении системы человек — мир человека. Эта система распалась на три относительно самостоятельных отношения: отношение Человека к Природе, к Богу и к самому себе.
В эпоху средневековья определяющим отношением к миру было отношение человека к Богу как высшей ценности. Отношение человека к природе, которая рассматривалась как символ Бога, и к самому себе как смиренному рабу божьему были производными от этого основного отношения. На основе индивидуализации личности, формирования новых ценностей и установок в эпоху Ренессанса происходит мировоззренческая переориентация субъекта. На первый план постепенно выдвигается отношение человека к природе, а отношения же человека к Богу и к самому себе выступают как производные. В логике такого идейного движения Ренессанс преодолел дуализм земного и небесного миров (“двух градов” Августина). В ренессансном сознании эти два мира сближаются вплоть до пронизывания друг друга, слияния, превращения в некую амбивалентную тотальность. В человеке на первый план выдвигается то, что есть в нем божественного: один человек сам способен превращаться для другого в некоторое божество.
Поскольку все связано со всем и все взаимопроникает во все, постольку все (а не только Бог) достойно быть предметом познания. В этом смысле предмет познания один — богоприрода или природобог. Философско-рационалистическое преодоление теизма с необходимостью проходит через стадию пантеизма. А ренессансный онтологический пантеизм, в свою очередь, повлек за собой гносеологический плюрализм: не только все может быть предметом познания, но и все точки зрения о предмете имеют право на существование, каждая культура имеет право на свое мировоззрение. В условиях эволюционного развития познания такой плюрализм привел бы к эклектизму. В революционную ренессансную эпоху гносеологически плюрализм ведет к релятивизму, который воплощает субъективно-творческий прорыв к будущим целостным формам теоретическогo синтеза, смыслового многообразия и вселенской гармонии. Именно новаторством, переходностью, сложностью и многообразием эпоха Возрождения глубоко созвучна нашей эпохе.
Право на существование имеют все точки зрения, а значит, и те из них, которые содержат инновации. Более того, именно содержа-
141
щая новизну позиция наиболее предпочтительна. С этого начинается формирование исторического мышления, ощущение культурно-исторической дистанции, постепенное формирование духа новаторства. Противоречивость ренессансной культуры в этом отношении состояла в том, что ренессансное сознание это новое искало в... античном прошлом.
Творчески-новаторское отношение к миру выдвигает на первый план познавательную составляющую сознания, разум выходит “из изгнания”, куда он заточен средневековой установкой на первенство веры над чувствами, а чувств над разумом. Уже у Н. Кузанского познание мира бесконечно и ведущим средством познания является разум. Мир для него — это богоприрода или природобог. Мир, Вселенная — бесконечны. Бесконечность мира познается разумом путем “совпадения противоположностей”.
Николай Кузанский принадлежит зрелому Возрождению. А в период позднего Возрождения Н. Коперник, создавая гелиоцентрическую систему мира, на деле показывает творческие возможности разума, позволяющего через выделение и исследование противоречий в сфере явления проникать в сущность вещей, которая может быть полностью противоположной явлению.
Теоретическая мысль Возрождения еще не поднялась до уровня постановки и решения проблемы метода научного познания природы, однако предварила ее формулированием ряда принципиальных идей: гуманизма, рационализма, познаваемости мира, историзма и социально-исторического оптимизма. Но в ренессансном типе познания мыслительное и образно-чувственное не вполне разграничивались, часто выступая в синкретическом единстве. Это не позволяло создать методологический инструментарий для конкретно-научного познания природы. Созданием основ методологии конкретно-научного познания занялись мыслители Нового времени, прежде всего Ф. Бэкон и Р. Декарт.
Не дала эпоха Возрождения и сложных, логически непротиворечивых фундаментальных теорий. Она решала другую задачу: посредством глубокого синтеза имевшегося мыслительного материала, нового способа функционирования культуры, новой системы ценностей осуществить объективистскую перестройку сознания, сформировать его новый исторический тип, в котором бы познавательная составляющая сознания доминировала над ценностной. В культуре Возрождения главной ценностью становится бескорыстное объективное познанш мира. На основе этой важнейшей мировоззренческой ценности складываются непосредственные предпосылки возникновения классического естествознания.
142
5.2. Зарождение научной биологии
Стихийно-эмпирическое накопление знаний о мире органических явлений длилось тысячелетиями. Но долгое время знания о биологических явлениях не выделялись из общей совокупности знаний о природе в самостоятельную отрасль. Биологические знания излагались вперемешку со знаниями о химических, физических, географических, климатических, метеорологических, социально-исторических явлениях. Специфика биологического объекта просто не фиксировалась, стихийно-эмпирически накапливаясь в основном как побочный продукт деятельности ремесленников, крестьян, путешественников, алхимиков, паломников, купцов, фармацевтов, лекарей и др. Природа выступала как нерасчлененное целое.
В эпоху Возрождения ситуация в сфере познания живого изменилась. Здесь особое место принадлежит XVI в. В истории биологии этот период выделяется как начало глубокого перелома в способах познания живого. Ренессансный гуманизм, пересмотрев представление о месте человека в природе, возвысил роль человека в мире, вплоть до того, что божественность стали рассматривать как один из атрибутов человечности. В человеке видели венец, светоч природы, полагая, что уже в силу одного этого он достоин самого тщательного изучения, внимания и заботы. Отражением главной ориентации той эпохи — ориентации на человека, на совокупность его ближайших потребностей и прежде всего на решение наиболее близких ему медицинских проблем — было быстрое развитие биологического познания. Известный историк естествознания П. Таннери, характеризуя данный период развития биологии, писал: “...История науки в первой половине Х\Т столетия была в сущности только историей медицины”'. В сторону человека развернулась даже алхимия; результатом слияния алхимии с медициной стала ятрохимия. Основоположник ятрохимии Парацельс утверждал, что “настоящие цели алхимии заключаются не в изготовлении золота, а в приготовлении лекарств”.
Особенности развития биологии в XVT—XVII вв. во многом определялись практическими потребностями развивавшегося капиталистического хозяйства, прежде всего его аграрного сектора, социально-классовыми потрясениями, ростом влияния материалистической философии на естествознание в целом и биологию в частности, институционализацией научной деятельности. На смену средневековой феодальной упрощенной культурно-бытовой сфере жизнедеятель-
_______________________________________________
' Таннери П. Исторический очерк развития естествознания в Европе. М., 1934.
143
ности приходит буржуазный образ жизни, сформировавшийся в среде городской бюргерской культуры. Его важнейшими атрибутами были, в частности, цветоводство и садоводство. В XV—XVI вв. потребности медицины обусловили появление разного рода травников, а затем и создание “аптекарских садов”, которые впоследствии превратились в ботанические сады; широко развивалась практика сбора гербариев. Мир животных тоже становится объектом интереса. В эпоху Возрождения значительно совершенствуется организация коневодства и конных заводов. А при дворах многих европейских правителей создаются даже настоящие зоопарки. На таком фоне повышается интерес к растению и животному как таковому. Как совершенно справедливо отмечал первооткрыватель итальянского Возрождения Я. Буркхард, “всем этим была... создана... благоприятная почва для развития научной зоологии, как и ботаники”'.
Значительные изменения происходят в способе биологического познания — вырабатываются стандарты, критерии и нормы исследования органического мира. На смену стихийности, спекулятивным домыслам, фантазиям и суевериям постепенно приходит установка на объективное, доказательное, эмпирически обоснованное знание. Благодаря коллективным усилиям ученых многих европейских стран такая установка обеспечила постепенное накопление колоссального фактического материала. Значительную роль в этом процессе сыграли Великие географические открытия, эпоха которых раздвинула мировоззренческий горизонт европейцев — они узнали множество новых биологических, геологических, географических и других явлений. Фауна и флора вновь открытых стран и континентов не только значительно расширили эмпирический базис биологии, но и поставили вопрос о его систематизации.
Огромная описательная накопительная работа, проведенная в XVI—XVII вв. в биологии, имела важные последствия. Во-первых. она вскрыла реальное многообразие растительных и животных форм и наметила общие пути их систематизации. Если в ранних ботанических описаниях (О. Брунфельса, И. Бока, К. Клузиуса и др.) еще отмечается множество непоследовательностей и отсутствуют четкие принципы систематизации и классификации, то уже М. Лобеллий. К. Баугин и особенно А. Цезальпино закладывают программу создания искусственной систематики (получившую свое развитие в работах Ж.Л. Турнефора, искусственная система которого была общепринятой в конце XVII — первой половине XVIII в.), а И. Юнг дает теоре-
______________________________________
' Буркхард Я. Культура Возрождения в Италии. Опыт исследования. М., 1996 С. 192.
144
тический ориентир на развитие естественной систематики растений, получивший развитие в трудах Р. Моррисона и Дж. Рэя.
В это же время осуществляется и систематизация зоологического материала, прежде всего такими учеными-энциклопедистами, как К. Геснер и У. Альдрованди. Закладываются основы частных отраслей зоологии — энтомологии (Т. Моуфет), орнитологии (П. Белон), ихтиологии (Г. Рондель). Сильнейший импульс развитию зоологии был дан изобретением микроскопа. Обнаружение мира микроорганизмов А. ван Левенгуком оказало поистине революционизирующее влияние на развитие биологии, а Ф. Стелутти одним из первых применил микроскоп для изучения анатомии животных, в частности насекомых.
Во-вторых, накопительная биологическая работа в XVI— XVII вв. значительно расширила сведения о морфологических и анатомических характеристиках организмов. В трудах Р. Гука, Н. Грю, Я. Гельмонта, М. Мальпиги и др. получила развитие анатомия растений, были открыты клеточный и тканевый уровни организации растений, сформулированы первые догадки о роли листьев и солнечного света в питании растений. Установление пола у растений и внедрение экспериментального метода в ботанику — заслуга Р.Я. Камерариуса; садовод Т. Ферчаильд (не позже 1717 г.) создал первый искусственный растительный гибрид (двух видов гвоздики). На основе искусственной гибридизации совершенствовались методы искусственного опыления, закладывались отдаленные предпосылки генетики.
Важной вехой в развитии анатомии стало творчество А. Везалия, исправившего ряд крупных ошибок, укоренившихся в биологии и медицине со времен античности. М. Сервет, павший жертвой протестантского религиозного фанатизма, и У. Гарвей исследовали проблему кровообращения. У. Альдрованди обратился к традиции античной эмбриологии, а его ученик В. Койтер, систематически изучая развитие куриного зародыша, заложил основы методологии экспериментального эмбриологического исследования. Г. Фаллопий и Б. Евстахий проводят сравнение структуры человеческого зародыша и взрослого человека, соединяя тем самым анатомию с эмбриологией. На аристотелевско-телеологической основе формировались первые теоретические концепции в эмбриологии (Фабриций из Аквапенденге). В XVII в. складывается синтез анатомии и физиологии, возникает предпосылки структурно-функционального подхода (Г. Азелли, Ж. Покэ, Ф. Глиссон, Р. дс Грааф и др.)
В-третьих, важным следствием развития биологии явилось формирование научной методологии и методики исследования живого. Поиски рациональной, эффективной методологии привели к
145
стремлению использовать в биологии методы точных наук — математики, механики, физики и химии. Сформировались даже целые направления в биологии — иатромеханика, иатрофизика и иатрохимия. В русле этих направлений были получены отдельные конструктивные результаты. Так, например, Дж. Борелли подчеркивал важную роль нервов в осуществлении движения, а Дж. Майов одним из первых провел аналогию между дыханием и горением. Значительный вклад в совершенствование тонкой методики анатомического исследования внес Я. Сваммердам.
В-четвертых, следствием накопительной работы является развитие теоретического компонента биологического познания — выработка понятий, категорий, методологических установок, создание первых теоретических концепций, призванных объяснить фундаментальные характеристики живого. Прежде всего это касалось природы индивидуального развития организма, в объяснении которой сложилось два противоположных направления — преформизм и эпигенез.
Преформисты (Дж. Ароматари, Я.Сваммердам, А. ван Левенгук, Г.В. Лейбниц, Н. Мальбранш и др.) исходили из того, что в зародышевой клетке уже содержатся все структуры взрослого многоклеточного организма, потому процесс онтогенеза сводится лишь к количественному росту всех предобразованных зачатков органов и тканей Преформизм существовал в двух разновидностях: овистической, в соответствии с которой будущий взрослый организм предобразован в яйце (Я. Сваммердам, А. Валлисниери и др.), и анималькулистской, сторонники которой полагали, что будущий взрослый организм предобразован в сперматозоидах (А. ван Левенгук, Н. Гартсекер, И. Либеркюн и др.).
Уходящая своими корнями в аристотелизм, теория эпигенеза (У. Гарвей, Р. Декарт, пытавшийся построить эмбриологию, изложенную и доказанную геометрическим путем, и др.) полностью отрицала какую бы то ни было предопределенность развития организма и отстаивала точку зрения, в соответствии с которой развитие структур и функций организма определяется воздействием внешних факторов на непреформированную зародышевую клетку. Борьба между этими направлениями была острой, длительной, велась с переменным успехом. Каждое направление обосновывало свою позицию не только эмпирическими, но и философскими соображениями (так, преформизм хорошо согласовывался с креационизмом: Бог создал мир со всеми населяющими его существами, как теми, которые были и есть, так и теми, которые еще только появятся в будущем).
В целом же биология в XVI—XVII вв. была в зачаточном состоянии; растительный и животный миры были исследованы лишь в самых
146
грубых чертах, биологические объяснения носили чисто механический и поверхностный характер Биологическое познание еще не выработало в это время своей собственной системы методологических установок
5.3. Коперниканская революция
5. 3.1 Гелиоцентрическая система мира
В эпоху раннего средневековья в Европе безраздельно господствовала библейская картина мира. Затем она сменилась догматизированным аристотелизмом и геоцентрической системой Птолемея. Постепенно накапливавшиеся данные астрономических наблюдений подтачивали основы этой картины мира. Несовершенство, сложность и запутанность птолемеевской системы становились очевидными. Многочисленные попытки увеличения точности системы Птолемея лишь осложняли ее. (Общее число вспомогательных кругов возросло почти до 80.) Еще в XIII в. кастильский король Альфонсо Х высказался в том смысле, что если бы он мог давать Богу советы, то посоветовал бы при создании мира устроить его проще.
Птолемеевская система не только не позволяла давать точные предсказания; она также страдала явной несистематичностью, отсутствием внутреннего единства и целостности; каждая планета рассматривалась сама по себе, имела отдельную от остальных эпициклическую систему, собственные законы движения. В геоцентрических системах движение планет представлялось с помощью нескольких равноправных независимых математических моделей. Для объяснения петель движения данной планеты предполагалось помимо движения по деференту движение по своей группе эпициклов, никак не связанных, вообще говоря, с эпициклами и деферентами других планет. Строго говоря, геоцентрическая теория не обосновала геоцентрической системы, так как объектом этой теории система планет (или планетная система) не являлась; в ней речь шла об отдельных движениях небесных тел, не связанных в некоторое системное целое. Геоцентрические теории позволяли предвычислять лишь направления на небесные светила, но не определить истинную удаленность и расположение их в пространстве. Птолемей считал эти задачи вообще Неразрешимыми. Установка на поиск внутреннего единства и системности была той основой, вокруг которой концентрировались предпосылки создания гелиоцентрической системы.
Создание гелиоцентрической теории было связано и с необходимостью реформы юлианского календаря, в котором две основные
147
точки — равноденствие и полнолуние — потеряли связь с реальными астрономическими событиями. Календарная дата весеннего равноденствия, приходившаяся в IV в. н.э. на 21 марта и закрепленная за этим числом Никейским собором в 325 г. как важная отправная дата при расчете основного христианского праздника Пасхи, к XVI в. отставала от действительной даты равноденствия на 10 дней. Еще с VIII в. юлианский календарь пытались совершенствовать, но безуспешно. Латеранский собор, проходивший в 1512—1517 гг. в Риме, отметил чрезвычайную остроту проблемы календаря и предложил ее решить ряду известных астрономов, среди которых был и Н. Коперник. Но он ответил отказом, так как считал недостаточно развитой и точной теорию движения Солнца и Луны, которые и лежат в основе календаря. Однако это предложение стало для Н. Коперника одним из мотивов совершенствования геоцентрической теории.
Другая общественная потребность, стимулировавшая поиски новой теории планет, была связана с мореходной практикой. Новые, более точные таблицы движения небесных тел, прежде всего Луны и Солнца, требовались для вычисления положений Луны для данного места и момента времени. Определяя разницу во времени одного и того же положения Луны на небе — по таблицам и по часам, установленным по Солнцу во время плавания, вычисляли долготу места на море. Долгое время это был единственный способ нахождения долготы во время длительных морских плаваний.
Совершенствование теории планетной системы стимулировалось также и нуждами все еще популярной тогда астрологии.
Существенно упростивший астрономические вычисления с помощью тригонометрии немецкий астроном и математик Региомонтан (его “Эфемериды” вышли в свет в 1474 г.) выдвинул идею о том, что в птолемеевской теории можно освободиться от эпициклов и деферентов, если заменить описания пяти планет (исключая Землю), вращающихся вблизи Солнца по эпициклам и деферентам, эквивалентной системой планет, вращающихся вокруг Солнца по эксцентрическим окружностям Это был прямой путь к созданию геогелиоцентрической системы, от которой оставался лишь один шаг до “чистого” гелиоцентризма. К другим предпосылкам гелиоцентризма следует отнести, по мнению известного историка науки Т. Куна, “достижения в химическом анализе “падающих камней”, имевшие место в средневековье, возрождение в эпоху Ренессанса древнемистической неоплатонистской философии, которая учила, что Солнце — это образ бога, и атлантические путешествия, которые расширили территориальный горизонт человека эпохи Ренессанса”'.
__________________________________
' Kuhn Т The Copernican Revolution Planetary Astronomy in the Development of Western Thought Cambridge, 1957 P VIII
148
Величайшим мыслителем, которому суждено было начать великую революцию в астрономии, повлекшую за собой революцию во всем естествознании, был гениальный польский астроном Николаи Коперник. Еще в конце XV в., после знакомства и глубокого изучения “Альмагеста”, восхищение математическим гением Птолемея сменилось v Коперника сначала сомнениями в истинности этой теории, а затем и убеждением в существовании глубоких противоречий в геоцентризме. Он начал поиск других фундаментальных астрономических идей, изучал сохранившиеся сочинения или изложения учений древнегреческих математиков и философов, в том числе и первого гелиоцентриста Аристарха Самосского, и мыслителей, утверждавших подвижность Земли'.
Коперник первым взглянул на весь тысячелетний опыт развития астрономии глазами человека эпохи Возрождения: смелого, уверенного, творческого, новатора. Предшественники Коперника не имели смелости отказаться от самого геоцентрического принципа и пытались либо совершенствовать мелкие детали птолемеевской системы, либо обращаться к еще более древней схеме гомоцентрических сфер. Коперник сумел разорвать с этой тысячелетней консервативной астрономической традицией, преодолеть преклонение перед древними авторитетами. Он был движим идеей внутреннего единства и системности астрономического знания, искал простоту и гармонию в природе, ключ к объяснению единой сущности многих, кажущихся различными явлений. Результатом этих поисков и стала гелиоцентрическая система мира
Между 1505—1507 п. Коперник в “Малом комментарии” изложил принципиальные основы гелиоцентрической астрономии. Теоретическая обработка астрономических данных была завершена к 1530 г. Но только в 1543 г. увидело свет одно из величайших творений в истории человеческой мысли — “О вращениях небесных сфер”, где изложена математическая теория сложных видимых движений Солнца, Луны, пяти планет и сферы звезд с соответствующими математическими таблицами и приложением каталога звезд.
____________________________
' В древности кроме Аристарха Самосского негеоцентрические идеи высказывались пифагорейцами Филолаем (считавшим, что все планеты и Солнце вращаются вокруг некоего “центрального огня”), Экфантом (учение о вращении Земли вокруг своей оси), Гераклидом Понтийским (в его учении Земля находилась в Центре мира, вращалась вокруг своей оси, а Меркурий и Венера вращались вокруг
149
Солнца) и др. Кроме того, в эпохи античности и средневековья в различных мистических, эзоютерических учениях духовный центр мира (Единое, Благо, Логос Абсолют и др ) олицетворялся с Солнцем как источником “духовного” света Такое олицетворение получило название “духовного гелиоцентризма”
В центре мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты, и среди них впервые зачисленная в ранг “подвижных звезд” Земля со своим спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы находится сфера звезд. Его вывод о чудовищной удаленности этой сферы диктовался гелиоцентрическим принципом; только так мог Коперник согласовать его с видимым отсутствием у звезд смещений за счет движения самого наблюдателя вместе с Землей (т.е. отсутствием у них параллаксов).
Система Коперника была проще и точнее системы Птолемея, и ее сразу же использовали в практических целях. На ее основе составили “Прусские таблицы”, уточнили длину тропического года и провели в 1582 г. давно назревшую реформу календаря — был введен новый, или григорианский,стиль'.
Меньшая сложность теории Коперника и получавшаяся, но лишь на первых порах, большая точность вычислений положений планет по гелиоцентрическим таблицам были не самыми главными достоинствами его теории. Более того, теория Коперника при расчетах оказалась не намного проще птолемеевской, а по точности предвычислений положений планет на длительный промежуток времени практически не отличалась от нее. Несколько более высокая точность, дававшаяся на первых порах “Прусскими таблицами”, объяснялась не только введением нового гелиоцентрического принципа, а и более развитым математическим аппаратом вычислений2. Но и “Прусские таблицы” также вскоре разошлись с данными наблюдений. Это даже охладило первоначальное восторженное отношение к теории Коперника у тех, кто ожидал от нее немедленного практического эффекта. Кроме того, с момента своего возникновения и до открытия Галилеем в 1616 г. фаз Венеры, т.е. более полувека, вообще отсутствовали прямые наблюдательные подтверждения движения планет вокруг Солнца, которые свидетельствовали бы об истинности гелиоцентрической системы. В чем же действительное достоинство, привлекательность и истинная сила теории Коперника? Почему она вызвала революционное преобразование всего естествознания?
Любое новое всегда возникает на базе и в системе старого. Коперник в этом отношении не был исключением. Он разделял многие представления старой, аристотелевской космологии. Так, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным сферой неподвижных звезд. Он не отступал от аристотелевской догмы, в соответствии с которой истинные движения небесных тел могут
____________________________________
1 Он был введен 5 октября (которое стало 15м) 1582 г по инициативе папы Григория XIII на основе проекта, предложенного Луиджи Лиллио
2 См. Клаин М. Математика. Поиск истины М , 1988 С. 84
150
быть только равномерными и круговыми. В этом он был даже больший консерватор и приверженец аристотелизма, чем Птолемей, который ввел понятие экванта и допускал неравномерное движение центра эпицикла по деференту. Стремление восстановить аристотелевские принципы движения небесных тел, нарушавшиеся в ходе развития геоцентрической системы, кстати сказать, и стало для Коперника одним из мотивов поисков иных, негеоцентрических походов к описанию движений планет.
Но, в отличие от своих предшественников, Коперник пытался создать логически простую и стройную планетную теорию. В отсутствие простоты, стройности, системности Коперник увидел коренную несостоятельность теории Птолемея, в которой не было единого стержневого принципа, объясняющего системные закономерности в движениях планет. Н. Коперник писал:
“ Я ничем иным не был приведен к мысли придумать иной способ вычисления движений небесных тел, как только тем обстоятельством, что относительно исследований этих движений математики не согласны между собой. Начать с того, что движения Солнца и Луны столь мало им известны, что они не в состоянии даже доказать и определить продолжительность года Затем, при определении движений не только этих. но и других пяти блуждающих светил, они не употребляют ни одних и тех же одинаковых начал, ни одних и тех же предположений, ни известных доказательств Даже главного — вида мироздания и известную симметрию между частями его — они не в состоянии вывести на основании этой теории”'.
Коперник был уверен, что представление движений небесных тел как единой системы позволит определить реальные физические характеристики небесных тел, т.е. то, о чем в геоцентрической модели вовсе не было и речи. Поэтому свою теорию он рассматривал как теорию реального устройства Вселенной.
Возможность перехода к гелиоцентризму (подвижности Земли, обращающейся вокруг реального тела — неподвижного Солнца, расположенного в центре мира) Коперник совершенно справедливо усмотрел в представлении об относительном характере движения, известном еще древним грекам, но забытом в средние века. Неравномерное петлеобразное движение планет, неравномерное движение Солнца Коперник, как и Птолемей, считал кажущимся эффектом. Но он представил этот эффект не как результат подбора и комбинации Движений по условным вспомогательным окружностям, а как результат перемещения самого наблюдателя. Иначе говоря, этот эффект объяснялся тем, что наблюдение ведется с движущейся Земли. Допущение подвижности Земли было главным новым принципом в системе Коперника.
__________________________________________
Коперник Н.О вращении небесных сфер М , 1964. С. 12
151
Обоснование введения принципа гелиоцентризма Коперник усматривал в особой роли Солнца, отразившейся уже в птолемеевской схеме. В этой схеме планеты по свойствам их движений как бы разделялись Солнцем на две группы — нижние (ближе к Земле, чем Солнце) и верхние. Среди тех кругов, которые применялись для описания видимого движения планет, обязательно был один круг с годичным, как у Солнца, периодом движения по нему. Для верхних планет — это был первый, или главный эпицикл, для нижних — деферент. Кроме того, Меркурий и Венера (нижние планеты) вообще все время сопровождали Солнце, совершая около него лишь колебательные движения.
Революционное значение гелиоцентрического принципа состояло в том, что он представил движения всех планет как единую систему, объяснил многие ранее непонятные эффекты. Так, с помощью представления о годичном и суточном движениях Земли теория Коперника сразу же объяснила все главные особенности запутанных видимых движений планет (попятные движения, стояния, петли) и раскрыла причину суточного движения небосвода. Петлеобразные движения планет теперь объяснялись годичным движением Земли вокруг Солнца. В различии же размеров петель (и, следовательно, радиусов соответствующих эпициклов) Коперник правильно увидел отображение орбитального движения Земли: наблюдаемая с Земли планета должна описывать видимую петлю тем меньшую, чем дальше она от Земли. В системе Коперника впервые получила объяснение загадочная прежде последовательность размеров первых эпициклов у верхних планет, введенных Птолемеем. Размеры их оказались убывающими с удалением планеты от Земли. Движение по этим эпициклам, равно как и движение по деферентам для нижних планет, совершалось с одним периодом, равным периоду обращения Солнца вокруг Земли. Все эти годичные круги геоцентрической системы оказались излишними в системе Коперника.
Впервые получила объяснение смена времен года: Земля движется вокруг Солнца, сохраняя неизменным в пространстве положение оси своего суточного вращения.
Более того, это глубокое объяснение видимых явлений позволило Копернику впервые в истории астрономии поставить вопрос об определении действительных расстояний планет от Солнца. Коперник понял, что этими расстояниями планет были величины, обратные радиусам первых эпициклов для внешних планет и совпадающие с радиусами деферентов — для внутренних'. Таким образом он получа-
__________________________________
' Объявляя задачу определения расстоянии до тел Солнечной системы неразрешимой, Птолемей не догадывался, что на самом деле решение этой задачи уже содержалось в скрытом виде в его системе.
152
ет весьма точные относительные расстояния планет от Солнца (в а.е.). (в скобках — современные данные):
Теория Коперника логически стройная, четкая и простая. Она способна рационально объяснить то, что раньше либо не объяснялось вовсе, либо объяснялось искусственно, связать в единое то, что ранее считалось совершенно различными явлениями. Это — ее несомненные достоинства; они свидетельствовали о истинности гелиоцентризма. Наиболее проницательные мыслители поняли это сразу.
И уже не столь важным было то, что Коперник отдал дань античным и средневековым традициям: он принял круговые равномерные движения небесных тел, центральное положение Солнца во Вселенной, конечность Вселенной, ограничивал мир единственной планетной системой. Допуская лишь круговые равномерные движения по окружностям, Коперник отверг эквант — быть может, наиболее остроумную находку Птолемея. Этим он сделал даже некоторый принципиальный шаг назад. Коперник сохранил и эпициклы, и деференты. Принцип круговых равномерных движений вынудил его для достаточно точного описания движения планет сохранить свыше трех десятков эпициклов (правда, всего 34 вместо почти 80 в геоцентрической системе).
И тем не менее теория Коперника содержала в себе колоссальный творческий, мировоззренческий и теоретико-методологический потенциал. Ее историческое значение трудно переоценить.
· • Она подорвала ядро (геоцентрическую систему) религиозно-феодального мировоззрения, основания старой (первой) научной картины мира.
• Она стала базой революционного становления нового научного мировоззрения, новой (второй) механистической картины мира.
• Она явилась одной из важнейших предпосылок революции в физике (так называемой ньютонианской революции) и создания первой естественно-научной фундаментальной теории — классической механики.
• Она определила разработку новой, научной методологии познания природы. Схоластическая традиция исходила из того, что для познания сущности объекта нет необходимости детально изучать внешнюю сторону объекта, сущность может непосредственно постигаться разумом. Коперник же впервые в истории познания на деле показал, что сущность может быть
153
· понята только после тщательного изучения явления, его закономерностей и противоречий; познание сущности всегда опосредовано познанием явления, которое по своему содержанию может быть совершенно противоположным сущности.
5.3.2. Дж. Бруно: мировоззренческие выводы из коперниканизма
В течение нескольких десятилетий после выхода в свет труда “Об обращении небесных сфер” коперниканские идеи не привлекали особого внимания широкой научной общественности. Это было связано с бурными политическими событиями того времени: религиозные войны, Реформация, обострение борьбы католицизма и протестантизма, становление национальных государств, отодвинули на второй план проблемы мироздания, космологии и астрономии. Задача сравнения птолемеевской и коперниканской теорий актуализировалась лишь в 70-е гг. XVI в., когда два знаменитых астрономических события (вспышка сверхновой в 1572 г. и яркая комета 1577 г.) в очередной раз поставили под сомнение основы аристотелевской космологии. Мировоззренческие и теоретические выводы из гелиоцентризма, его развитие и совершенствование — заслуга ученых следующего поколения: Т. Браге, Дж. Бруно, И. Кеплер, Г. Галилей, Дж. Борелли и др.
Прежде всего не замедлили проявиться мировоззренческие выводы из коперниканизма. Признав подвижность, планетарность, неуникальность Земли, теория Коперника тем самым устраняла вековое представление об уникальности центра вращения во Вселенной. Центром вращения стало Солнце, но оно не было уникальным телом. О его тождественности звездам догадывались еще в античное время. Следующий шаг в мировоззренческих выводах был вполне закономерен. Он был сделан бывшим монахом одного из неаполитанских монастырей Джордано Бруно, личности исключительно яркой, смелой, способной на бескомпромиссное стремление к истине. Познакомившись в 60-е гг. XVI в. с гелиоцентрической теорией Коперника, Бруно поначалу отнесся к ней с недоверием. Чтобы выработать свое собственное отношение к проблеме устройства Космоса, он обратился к изучению системы Птолемея и материалистических учений древнегреческих мыслителей, в первую очередь атомистов, о бесконечности Вселенной. Большую роль в формировании взглядов Бруно сыграло его знакомство с идеями Николая Кузанского, который утверждал, что ни одно тело не может быть центром Вселенной в силу ее бесконечности. Объединив гелиоцентризм Н. Коперника с идеями Н. Кузанского об изотропности, однородности и безграничности Вселен
154
ной, Бруно пришел к концепции множественности планетных систем в бесконечной Вселенной.
Бруно отвергал замкнутую сферу звезд, центральное положение Солнца во Вселенной и провозглашал тождество Солнца и звезд, множественность “солнечных систем” в бесконечной Вселенной, множественную населенность Вселенной. Указывая на колоссальные различия расстояний до разных звезд, он сделал вывод, что поэтому соотношение их видимого блеска может быть обманчивым. Он разделял небесные тела на самосветящиеся — звезды, солнца, и на темные, которые лишь отражают солнечный свет. Бруно утверждал, во-первых, изменяемость всех небесных тел, полагая, что существует непрерывный обмен между ними и космическим веществом, во-вторых, общность элементов, составляющих Землю и все другие небесные тела, и считал, что в основе всех вещей лежит неизменная, неисчезающая первичная материальная субстанция.
Именно Бруно принадлежит первый и достаточно четкий эскиз современной картины вечной, никем не сотворенной, вещественной единой бесконечной развивающейся Вселенной с бесконечным числом очагов Разума в ней. В свете учения Бруно теория Коперника снижает свой ранг: она оказывается не теорией Вселенной, а теорией лишь одной из множества планетных систем Вселенной и, возможно, не самой выдающейся такой системы.
Новое, ошеломляюще смелое учение Бруно, открыто провозглашавшееся им в бурных диспутах с представителями церковных кругов, определило дальнейшую трагическую судьбу ученого. К тому же дерзость его научных выступлений была предлогом, чтобы расправиться с ним и за его откровенную критику непомерного обогащения монастырей и церкви. Великий мыслитель был сожжен на площади Цветов в Риме 17 февраля 1600 г. А спустя почти три столетия на месте казни Бруно, где некогда был зажжен костер, был воздвигнут памятник с посвящением, начинающимся словами: “От столетия, которое он предвидел...”
К середине XVII в. гелиоцентрическая теория окончательно победила геоцентризм. Коперниканизм был признан научной общественностью и стал рассматриваться как теория действительного строения Вселенной. На повестке дня оказалась проблема физического обоснования гелиоцентризма, и в середине XVII в. астрономическая революция закономерно перерастает в физическую революцию.
6. НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ XVII в.:
ВОЗНИКНОВЕНИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ
Капитализм качественно преобразовывал как характер деятельности, так и тип общения людей. Изменения характера деятельности состояли в появлении принципиальной отчужденности в капиталистическом производстве субъективного мотива деятельности и ее объективного результата. В этих условиях складывается полное господство абстрактного труда, товарно-денежных отношений, общественные отношения превалируют над межличностными, происходит “овеществление” личных связей и отношений, всех видов деятельности, их обезличивание. Кардинально изменяется и тип общения. Индивид вырывается из системы корпоративно-сословной принадлежности и непосредственно включается в функционирование общественных связей, прежде всего экономических. На смену индивидуальной ценности личности производителя приходит ценность произведенных им вещей; посредником отношений между людьми становятся товары, формируется “товарный фетишизм”, отношения личной зависимости сменяются зависимостью субъекта от продуктов собственной деятельности.
Создание единого мирового рынка, универсальных общественных связей — достижения буржуазной эпохи. Только при капитализме история становится всемирной, складываются предпосылки универсализации личности, ее индивидуальный опыт обогащается социально-историческим опытом не только своей страны, региона, но и всего человечества; человек включается в ансамбль универсальных социальных отношений, становится носителем всемирно-исторического опыта. Высвобождая человека из системы личностной зависимости, атомизнруя личность, капитализм делает эти прогрессивные шаги за счет доведения до крайности отчуждения личности от общества: на смену единству коллектива и индивида приходит их противопоставление, отчуждение человека от человека, а значит, и общества от природы. В этих условиях складывается такой тип сознания, в котором на первый план выдвигается потребность в накоплении не столько релятивизированных ценностей, сколько объективного знания о мире.
Получение объективного знания о мире — задача мышления, разума. Не случайно, что именно в это время формируются идеалы рационализма, провозглашается господство “века Разума” и соответственно изменяются (по сравнению с античностью и средневековьем) представления о целях, задачах, методах естественно-научного познания. Формируется убеждение, что предметом естественно-научного познанш являют природные явления, полностью подчиняющиеся механическим закономерностям. Природа при этом предстает как своеобразная громадная машина, взаимодействие между частями которой осуществляется на основе причинно-следственных связей. Задачей естествознания становится определение лишь количественно измеримых параметров природ-
156
ных явлений и установление между ними функциональных зависимостей, которые могут (и должны быть) выражены строгим математическим языком. В этих условиях механика выходит на первое место среди естественных наук.
6.1. И. Кеплер: от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит
После работ Коперника дальнейшее развитие астрономии требовало значительного расширения и уточнения эмпирического материала, наблюдательных данных о небесных телах. Европейские астрономы продолжали пользоваться старыми античными результатами наблюдений. Но они устарели и часто были неточны. Проводимые же в ту пору европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями.
Кардинальные изменения наметились только в последней четверти XVI в., когда в 1580 г. в Дании на островке Вен (в 20 км от Копенгагена) построили невиданную еще астрономическую обсерваторию, названную Небесным замком (Ураниборгом). Инициатором и организатором строительства обсерватории и новых огромных инструментов для астрономических наблюдений (квадранта радиусом 2 м, точность которого доходила до 1/6', сектанта для измерения угловых расстояний между звездами, большого небесного глобуса и др.) был Тихо Браге, датский дворянин, посвятивший свою жизнь не воинским подвигам, а служению богине Неба — Урании.
Первое выдающееся открытие Тихо Браге сделал еще в 1572 г., когда, наблюдая за вспыхнувшей яркой звездой в созвездии Кассиопеи, показал, что это вовсе не атмосферное явление (как это следовало из аристотелевой картины мира), а удивительное изменение в сфере звезд'. Более двух десятков лет провел Браге в Ураниборге, определяя положение небесных объектов. Удивляет точность его Данных, если помнить, что тогда еще не знали телескопов и других оптических инструментов. Так, при сравнении с современными данными оказалось, что средние ошибки при определении положений эвезд у него не превышали Г, а для 21 опорной звезды — даже 40".
Тихо Браге был блестящим астрономом-наблюдателем, но не теоретиком. Это мешало ему в полной мере оценить учение Коперника. Однако Браге тоже ощущал недостатки птолемеевской геоцентрической системы и разработал систему, занимавшую промежуточное место между геоцентрической и гелиоцентрической. В этой системе
______________________________________
· Это была вспышка сверхновой звезды.
157
Солнце движется по эксцентрической окружности вокруг неподвижной Земли, а планеты обращаются вокруг Солнца.
К счастью, на своем жизненном пути Т. Браге встретил Иоганна Кеплера. На смертном одре Тихо Браге завещал Кеплеру все свои рукописи, содержавшие результаты многолетних астрономических наблюдений, с тем чтобы Кеплер доказал справедливость его. Браге, гипотезы о строении планетной системы. Это завещание не было и не могло быть исполнено. Но Кеплер сделал несравненно более великое открытие — он раскрыл главную тайну планетных орбит. Этот великий немецкий ученый (с удивительной судьбой, жизнь которого была полна невзгод и лишений) совершил величайший научный подвиг — заложил фундамент новой теоретической астрономии и учения о гравитации. Он показал, что законы надо искать в природе, а не выдумывать их как искусственные схемы и подгонять под них явления природы.
Будучи глубоко религиозным человеком и увлекаясь в молодости астрологией, Кеплер поставил перед собой великую жизненную цель — проникнуть в божественные планы творения мира, постичь тайны строения Вселенной. Считая, что Бог как высшее творческое начало при сотворении мира должен был руководствоваться идеальными, математически совершенными числовыми отношениями и геометрическими формами, Кеплер пытался объяснить существование только шести планет Солнечной системы существованием всего пяти правильных многогранников'. Кеплер пытается математически связать орбиты планет со сферами, вписанными в многогранники и описанными вокруг них. Затем закономерно возникает и вопрос об отношениях радиусов орбит планет между собой, решение которого, в свою очередь, подводит Кеплера к поиску точных законов гелиоцентрического планетного мира и превращает эту задачу в главное дело жизни.
В ходе длительной напряженной, колоссальной исследовательской работы проявились его гениальность как астронома и математика, смелость мысли, свобода духа, благодаря которым он сумел преодолеть тысячелетние традиции и предрассудки. Многолетние поиски числовой гармонии Вселенной, простых числовых отношений в мире завершились открытием действительных законов планетных движений, которые Кеплер изложил в сочинениях “Новая, изыски"
_____________________________________
' Во времена Кеплера было известно только шесть планет Солнечной системы. наблюдаемых невооруженным глазом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. Планета Уран была открыта В. Гершелем в 1781 г., Нептун открыт астрономом Галле и математиком Леверье в 1846., Плутон был обнаружен только в 1930г.
159
вающая причины астрономия, или Физика неба” (1609) и “Гармония мира”(1б19).
В начале XVII в. основные космологические идеи древних греков уже утратили свое научное значение, но тем не менее некоторые из них за столетия приобрели характер абсолютных истин, отказаться от которых не хватало смелости духа. К ним, в частности, относилось представление о том, что только круговое, равномерное, “естественное” движение единственно допустимо для небесных тел. Даже Коперник и Галилей остались во власти этого убеждения, считая древний космологический принцип незыблемым. Против этой научной догмы и выступил Кеплер. После пяти лет трудоемкой математической обработки огромного материала наблюдений Т. Браге за движением Марса Кеплер в 1605 г. открыл и в 1609 г. опубликовал первые два закона планетных движений (сначала для Марса, затем распространил их на другие планеты и их спутники).
Первый утверждал эллиптическую форму орбит и тем разрушал принцип круговых движений в космосе; второй показывал, что планеты не только движутся по эллиптическим орбитам, но и движутся по ним неравномерно. Скорость планет изменяется таким образом, что площади, описываемые радиусом-вектором в равные, промежутки времени, равны между собой (закон постоянства площадей). Так рухнул и принцип равномерности небесных движений. Кеплер ввел пять параметров, определяющих гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплеровы элементы) и нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой заданный момент времени (уравнение Кеплера). Таким образом, открытые им законы стали рабочим инструментом для наблюдателей.
Далее Кеплер поставил вопрос о динамике движения планет. До Кеплера планетная космология, опиравшаяся на аристотелевский принцип “естественности” движений небесных тел, была кинематической. Авторы планетных теорий ограничивались разработкой кинематико-геометрических моделей мира, не пытаясь определить причины, вызывавшие движения небесных тел. Даже у Коперника схема орбитальных движений планет оставалась старой, кинематической. И только Кеплер увидел в гелиоцентрической картине движений планет действие единой физической силы и поставил вопрос о ее природе.
Уже в 1596 г. в своем первом сочинении “Космографическая тайна” он обратил внимание на то, что с удалением от Солнца периоды обращения планет увеличиваются быстрее, чем радиусы их орбит, т.е. уменьшается скорость движения планет. Здесь возможны два объяснения: первое—движущая сила сосредоточена в каждой планете, и у далеких планет она почему-то меньше, чем у близких (так думал Т.Браге); второе — движущая сила едина для всей системы и сосредо-
160
точена в ее центре — Солнце, которое действует сильнее на близкие и слабее на далекие планеты. Кеплер остановился на втором, поскольку эта идея лучше объясняла первые два закона планетных движений Через десять лет после опубликования первых двух законов Кеплер установил (1619) универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их от Солнца: третий закон Кеплера— квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы средних расстояний этих планет от Солнца. Это окончательно убедило его в том, что движением планет управляет именно Солнце.
Поэтому Кеплер впервые поставил вопрос о физической природе и точном математическом законе действия силы, движущей планеты. Действие Солнца на планеты Кеплер сравнивал с действием магнита. Такое сравнение было вполне в духе времени, для которого характерно особое увлечение магнитными явлениями. В 1600 г. английский врач и физик У. Гильберт, справедливо считая Землю большим магнитом, выдвинул идею универсальности магнетизма и сводил к нему силу тяжести. Магнитным влиянием Луны пытались объяснить морские приливы и отливы. Опираясь на эти идеи, Кеплер в 1609 г. развил представление о механизме действия силы, движущей планеты, как о вихре, возникающем в эфирной среде от вращения магнитного Солнца. Кеплер полагал, что сила действовала на планету непосредственно вдоль орбиты. Недостаточное развитие основ механики привело его к ошибочному выводу, что эта сила обратно пропорциональна расстоянию (а не его квадрату) от Солнца. Эксцентричность орбит он объяснял тем, что планеты — это большие круглые магниты с постоянным направлением магнитной оси, которые в зависимости от расположения магнитных полюсов то притягиваются, то отталкиваются от Солнца.
Для установления истинного сложного характера причин орбитального движения планеты требовались уточнение основных физических понятий и создание основ механики. Это было делом будущего. Таким образом, в исследованиях механики неба Кеплер до предела исчерпал возможности современной ему физики.
6.2. Формирование непосредственных предпосылок классической механики — первой фундаментальной естественнонаучной теории
6.2.1. Г. Галилей: разработка-понятий и принципов “земной динамики"
В формировании классической механики и утверждении нового Mировоззрения велика заслуга Г. Галилея. Год рождения Галилея — это год смерти Микеланджело и год рождения Шекспира. Галилей — вы-
161
дающаяся личность переходной эпохи от Возрождения к Новому времени. С прошлым его сближает еще многое: неопределенная трактовка проблемы бесконечности мира; он не принимает Кеплеровых эллиптических орбит' и ускорений планет; у него нет еще представления о том, что тела движутся в “плоском” однородном пространстве благодаря их взаимодействиям; он еще не освободился от чувственных образов и качественных противопоставлений и др. Но в то же время он весь устремлен в будущее — он открывает дорогу математическому естествознанию. Он был уверен, что “законы природы написаны на языке математики”; его стихия — мысленные кинематические и динамические эксперименты, логические конструкции; главный пафос его творчества — возможность математического постижения мира; смысл своего творчества он видит в физическом обосновании гелиоцентризма, учения Коперника. Галилей закладывает основы экспериментального естествознания: показывает, что естествознание требует умения делать научные обобщения из опыта, . а эксперимент — важнейший метод научного познания.
Еще будучи студентом (университета г. Пиза), Галилей делает открытие большой научной и практической значимости — открывает закон изотропности колебаний маятника, который сразу же нашел применение в медицине, астрономии, географии, прикладной механике. После изобретения зрительной трубы (1608) он усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным приближением, с помощью которого совершил ряд выдающихся астрономических открытий: спутников Юпитера, Сатурна, фаз Венеры, солнечных пятен, обнаружение того, что Млечный Путь представляет собой скопление бесконечного множества звезд, и др.
За признание своих открытий Галилею пришлось вести борьбу с церковной ортодоксией. Ведь его деятельность происходила в атмосфере Контрреформации, усиления католической реакции. Это был трагический для естествознания период истории. Речь шла о суверенитете разума в поисках истины. В 1616 г. учение Коперника было запрещено, а его книга внесена в инквизиционный “Индекс запрещенных книг”. После выхода в свет декрета начались сумерки итальянской науки, в научных кругах воцарилось мрачное безмолвие.
Церковь дважды вела процессы против Галилея. После первого процесса в 1616г. Галилей был вынужден перейти к методам “неле-
__________________________________
' Галилей считал их простым воскрешением древней пифагорейской идеи о роли числа во Вселенной, несовместимой с новым экспериментальным естество-манием, за которое он боролся. Поэтому он не обратил внимания и на Кеплеровы законы (возможно, он и не ознакомился с ними, хотя Кеплер послал ему свое сочинение 1609 г.).
162
гальной борьбы” за коперниканизм. Но он продолжал исследование законов движения тел под действием сил в земных условиях. Основные итоги этих исследований он изложил в книге “Диалог о двух системах мира”, которая была опубликована во Флоренции в 1632 г.
Книга Галилея вызвала восторг в научных кругах всех стран и бурю негодования среди церковников. Иезуиты немедленно начали кампанию против Галилея, которая привела ко второму процессу инквизиции в 1633 г. Инквизиция пригрозила Галилею не только осудить его как еретика, но и уничтожить все его рукописи и книги. От него требовали признания ложности учения Коперника. Галилей вынужден был уступить. Ценой тягчайшей моральной пытки, невероятных унижений перед теми, кого он так страстно бичевал в своих произведениях, Галилей купил возможность завершения своего дела.
Существует легенда, что 22 июня 1633 г. в церкви Святой Марии после прочтения текста формального отречения Галилей произнес фразу “Eppur si muove!” (И все-таки она движется!). Эта легенда вдохновила многих художников, писателей, поэтов. На самом деле эта фраза не была произнесена ни в этот день, ни позже. Но тем не менее эта непроизнесенная фраза выражает действительный смысл жизни и творчества Галилея после приговора. В годы, последовавшие за процессом, Галилей продолжал разработку рациональной динамики.
Историческая заслуга Галилея перед естествознанием состоит в следующем:
• он разграничил понятия равномерного и неравномерного, ускоренного движения;
• сформулировал понятие ускорения (скорость изменения скорости);
• показал, что результатом действия силы на движущееся тело является не скорость, а ускорение;
• вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время:
S= 1/2 gt2;
• сформулировал принцип инерции (“если на тело не действует сила, то тело находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного равномерного движения”);
• выработал понятие инерциальной системы;
• сформулировал принцип относительности движения (все системы, которые движутся прямолинейно и равномерно лру1' относительно друга (т.е. инерциальные системы) равноправны между собой в отношении описания механических процессов);
• открыл закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).
162
На основании этих законов появилась возможность решения простейших динамических задач. Так, например, X. Гюйгенс получил решения задач об ударе упругих шаров, о колебаниях физического маятника, нашел выражение для определения центробежной силы.
Исследования Галилея заложили надежный фундамент динамики, а также методологии классического естествознания. Дальнейшие исследования лишь углубляли и укрепляли этот фундамент. С полным основанием Галилея называют “отцом современного естествознания”.
6.2.2. Картезианская физика
Огромное влияние на развитие теоретической мысли в физике XVII в. оказал великий французский мыслитель и ученый Рене Декарт (Картезий). Критически пересмотрев старую схоластическую философию, он разработал рационалистическую методологию теоретического естествознания. (“Оставим книги, посоветуемся с разумом! ” — говорил Декарт.) Революционное значение для развития естествознания имело его знаменитое “Рассуждение о методе” (1637), где провозглашены новые принципы научного мышления и новые средства математического анализа в геометрии и оптике.
Требование простоты и ясности — основной принцип методологии Декарта. Поэтому в научной системе Декарта первостепенную роль играют простота и очевидность математических аксиом и принципов. Выводы из аксиом (простых, очевидных положений) получаются логическим путем, путем математических рассуждений. В проверке результатов важную роль играет опыт.
Рационалистическая методология вполне естественно приводит Декарта к аналитической геометрии и геометризации физики. Отвлеченные числовые соотношения проще и абстрактнее геометрических; отсюда вытекает задача сведения геометрических характеристик (положение точки в пространстве, расстояние между точками и др.) к числовым отношениям. Решая эту задачу, Декарт создает аналитическую геометрию.
Декарт закладывает основы механистического мировоззрения, Центральная идея которого — идея тождества материальности и протяженности. Мир Декарта — это однородное пространство, или, что то же самое, протяженная материя. “...Мир, или протяженная материя, составляющая универсум, не имеет никаких границ”'. Все изменения, которые наблюдаются в этом пространстве, сводятся к един-
_______________________________
' Декарт Р. Первоначала философии // Соч.: В 2 т. М., 1989. Т. 1. С. 359.
163
ственному простейшему изменению — механическому перемещению тел. “Дайте мне материю и движение, и я построю мир” — таков лейтмотив, идейное знамя картезианской физики.
Декарт — основоположник научной космогонии. Он автор первой новоевропейской теории происхождения мира. Вселенной. Хотя мир создан Богом, Бог не принимает участия в его дальнейшем развитии. Мир развивается по естественным законам. Законы природы достаточны для того, чтобы понять не только совершающиеся в природе явления, но и ее эволюцию. Декарт допускает, что природа была создана Богом в виде первоначального хаоса ее частей и их движений. По Декарту, однородная материя дробима на части, имеющие различные формы и размеры. В процессе дробления и взаимодействия формируются три группы элементов материи — легкие и разнообразной формы (огонь); отшлифованные частицы круглой формы (воздух); крупные, медленно движущиеся частицы (земля). Все эти частицы вначале двигались хаотически и были хаотически перемешаны. Однако, по мнению Декарта, законы природы таковы, что они достаточны, чтобы заставить части материи расположиться в весьма стройном порядке. Благодаря этим законам материя принимает форму нашего “весьма совершенного мира”. Среди этих законов природы — принцип инерции' и закон сохранения количества движения. Из первоначального хаоса благодаря взаимодействиям частиц образовались вихри, каждый из которых имеет свой центр. Непрерывное трение частиц друг о друга шлифует их и дробит. Отшлифованные круглые частицы, находясь в непрерывном круговом движении, образуют материю “неба”, раздробленные части выпираются к центру, образуя материю “огня”. Этот огонь из тонких частиц, находящихся в бурном движении, формирует звезды и Солнце. Более массивные частицы вытесняются к периферии, сцепливаются и образуют тела планет. Каждая планета вовлекается своим вихрем в круговое движение около центрального светила.
Космогоническая теория Декарта объясняла суточное движение Земли вокруг своей оси и ее годовое движение вокруг Солнца. Но объяснить не могла других особенностей Солнечной системы, в том числе законов Кеплера. Это была умозрительная космогония, натурфилософская схема, не обоснованная математически. И тем не менее ей присуще великое достоинство — идея развития, поразительно смелая для той эпохи.
__________________________________
' Декарт следующим образом формулирует принцип инерции: “...Каждая частица материи в отдельности продолжает находиться в одном и том же состоянии до тех пор, пока столкновение г другими частицами не вынуждает ее изменить это состояние” (Декарт Р. Мир, или Трактат о свете // Соч.: В 2 т. Т. 1. С. 200).
164
Эволюционная картина мира быстро распространялась в науке. Величием открывавшихся горизонтов учение Декарта захватило лучшие умы и надолго определило дальнейшее развитие физики и всего естествознания. Большая часть XVIII в. в истории естествознания прошла под знаком борьбы картезианства и ньютонианства. Несмотря на то что Ньютоново направление на том этане развития науки было более прогрессивным, общие идеи Декарта продолжали оказывать серьезное влияние на формирование научных взглядов XVIII в. ц даже XIX в., а разработанная им идея космического вихревого движения не раз возрождалась в астрономии и космогонии вплоть до XX в.
Великий Ньютон имел все основания заявить: “Если я вижу дальше Декарта, то это потому, что я стою на плечах гиганта”.
6.2.3. Новые идеи в динамике Солнечной системы
Ученые XVII в. внесли свой вклад в развитие предпосылок классической механики. Весьма значительной была роль парижского астронома Ж.Б. Буйо, который высказал в своей книге (1645) мысль о том, что поскольку сила, распространяемая вращающимся Солнцем, о которой писал И. Кеплер, действует не только в плоскости вращения планет, а от всей поверхности Солнца ко всей поверхности планеты, то она, следовательно, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Ньютон был знаком с этой книгой и упоминает ее автора в качестве одного из своих предшественников.
Важную роль в становлении классической механики сыграло творчество итальянского астронома Дж. Борелли, которого Ньютон также числит в ряду своих предшественников. Разрабатывая теорию спутников Юпитера, Борелли в 1666 г. выдвинул идею о том, что если некоторая сила притягивает спутники к планете, а планеты — к Солнцу, то эта сила должна быть уравновешена противоположно направленной центробежной силой, возникающей при круговом движении. Таким образом он объясняет эллиптическое движение планет вокруг Солнца. У Борелли, в сущности, уже содержатся основные Моменты понимания динамики Солнечной системы, по пока без ее математического описания.
1666 г. был весьма урожайным на идеи в области теории тяготения. В этом году Р. Гук на заседаниях Лондонского королевского общества дважды выступал с докладами о природе тяжести и пришел к выводу, что криволинейность планетных орбит порождена некоторой постоянно действующей силой. В этом же году у И. Ньютона возникает идея всемирного тяготения и идея о том, как можно вычислить силу тяготения.
165
6.3. Ньютонианская революция
Результаты естествознания XVII в. обобщил Исаак Ньютон. Именно он завершил постройку фундамента нового классического естествознания. Вразрез с многовековыми традициями в науке Ньютон впервые сознательно отказался от поисков “конечных причин” явлений и законов и ограничился, в противоположность картезианцам, изучением точных количественных проявлений этих закономерностей в природе.
Обобщив существовавшие независимо друг от друга результаты своих предшественников в стройную теоретическую систему знания (ньютоновскую механику), Ньютон стал родоначальником классической теоретической физики. Он сформулировал ее цели, разработал ее методы и программу развития, которую он сформулировал следующим образом: “Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы”. В основе ньютоновского метода лежит экспериментальное установление точных количественных закономерных связей между явлениями и выведение из них общих законов природы методом индукции.
Родился И. Ньютон в небольшой деревушке Вульсторп в графстве Линкольн 5 января 1643 г. в семье мелкого фермера. Детские и отроческие годы прошли в среде фермеров и сельских пасторов. В детстве Исаак жил в основном на попечении бабушки. Склонный к одиночеству, размышлениям, упорный в учебе мальчик закончил школу первым и в 1660 г. поступил в Кембриджский университет. Все свои великие открытия он сделал или подготовил в молодые годы, в 1665— 1667 гг., спасаясь в родном Вульсторпе от чумы, свирепствовавшей в городах Англии. (К этому периоду относится известный анекдот об упавшем яблоке, наведшем Ньютона на мысль о тяготении.) Среди этих открытий: законы динамики, закон всемирного тяготения, создание (одновременно с Г. Лейбницем) новых математических методов — дифференциального и интегрального исчислений, ставших фундаментом высшей математики; изобретение телескопа-рефлектора, открытие спектрального состава белого света и др.
6.3.1. Создание теории тяготения
С именем Ньютона связано открытие или окончательная формулировка основных законов динамики: закона инерции; пропорциональности между количеством движения mv и движущей силой
F=d(mv)/dt
166
равенства по величине и противоположности по направлению сил при центральном характере взаимодействия. Вершиной научного творчества Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение первого действительно универсального закона природы — закона всемирного тяготения.
В 1666 г. у Ньютона возникает идея всемирного тяготения, его родства с силой тяжести на Земле и идея о том, каким образом можно вычислить силу тяготения. Доказательство тождества силы тяготения и силы тяжести на Земле Ньютон проводит на основе вычисления центростремительного ускорения Луны в ее обращении вокруг Земли; уменьшив это ускорение пропорционально квадрату расстояния Луны от Земли, он устанавливает, что оно равно ускорению силы тяжести у земной поверхности. Обобщая эти результаты, Ньютон сделал вывод, что для всех планет имеет место притяжение к Солнцу, что все планеты тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Далее Ньютон выдвинул тезис, в соответствии с которым сила тяжести пропорциональна лишь количеству материи (массе) и не зависит от формы материала и других свойств тела. Развивая это положение, Ньютон формулирует закон всемирного тяготения в общем виде:
F=G(m1 m 2 /r2)
Древняя идея взаимного стремления тел друг к другу (“любви”) благодаря Ньютону освободилась от антропоморфности и таинственности. В теории Ньютона тяготение предстало как универсальная сила, которая проявляется между любыми материальными частицами независимо от их конкретных качеств и состава, всегда пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон показал неразрывную связь, взаимообусловленность законов Кеплера и закона изменения действия силы тяготения обратно пропорционально квадрат)' расстояния. Законы движения планет предстали как следствия закона всемирного тяготения. Причину и природу тяготения Ньютон не считал возможным обсуждать, не имея на этот счет достаточного количества фактов (“Гипотез не измышляю!”).
Не будет преувеличением сказать, что 28 апреля 1686 г. — одна из величайших дат в истории человечества. В этот день Ньютон предъявил Лондонскому королевскому обществу свою новую всеобщую теорию — механику земных и небесных процессов. В систематической форме изложение классической механики было дано Ньютоном Книге “Математические начала натуральной философии”, которая вышла в свет в 1687 г. Современники Ньютона высоко оценили этот уникальный труд.
167
Разработанный Ньютоном способ изучения явлений природы оказался исключительно плодотворным. Его учение о тяготении — не общее натурфилософское рассуждение и умозрительная схема, а логически строгая, точная (и более чем на два века единственная) фундаментальная теория, которая стала рабочим инструментом исследования окружающего мира, прежде всего движения небесных тел. Физический фундамент небесной механики — закон всемирного тяготения. Из этого закона Ньютон вывел в качестве простых следствий (и уточнил при этом) Кеплеровы законы эллиптического движения планет, показал, что в общем случае движение тел Солнечной системы может происходить по любому коническому сечению, включая параболу и гиперболу; он сделал вывод о единстве законов движения комет и планет и впервые включил кометы в состав Солнечной системы; дал математический метод вычисления истинной орбиты комет' по их наблюдениям; четко объяснил приливы и отливы, сжатие планет (уже обнаруженное тогда у Юпитера), прецессию; сформулировал вывод о сплюснутой у полюсов форме Земли. Ньютону принадлежит и великая заслуга объяснения возмущенного движения в Солнечной системе как неизбежного следствия ее устройства.
Формирование основ классической механики — величайшее достижение естествознания XVII в. Классическая механика была первой фундаментальной естественно-научной теорией.-В течение трех столетий (с XVII в. по начало XX в.) она выступала единственным теоретическим основанием физического познания, а также ядром второй естественно-научной картины мира — механистической.
Нельзя не сказать о математических достижениях Ньютона, без которых не было бы и его гениальной теории тяготения. Свой метод расчета механических движений на основе бесконечно малых приращений величин — характеристик исследуемых движений Ньютон назвал “методом флюксий” и описал его в сочинении “Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых” (закончено в 1671 г., полностью опубликовано в 1736 г.). Вместе с методом Г. Лейбница он составил основу дифференциального и интегрального исчислений. В математике Ньютону принадлежат также важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геометрии и др.
__________________________________
' Это вскоре позволило английскому астроному Э. Галлею открыть первую периодическую комету (комета Галлея).
168
6.3.2. Корпускулярная теория света
Оптика— важнейшая часть физики, более “молодая”, чем механика. Начало научной оптики связано с открытием законов отражения и преломления света в начале XVII в. (В. Снеллиус, Р.Декарт). Большую трудность для зарождающейся оптики представляло объяснение цветов. Поэтому по праву вторым великим достижением Ньютона было открытие (1666) того, что белый свет состоит из света различных цветов и, следовательно, цветной свет имеет более простую природу, чем белый.
Значительная часть необъятного научного наследия Ньютона стала фундаментом создания физической оптики и дальнейшего развития наблюдательной астрономии. Ньютон был тонким экспериментатором-универсалом: металлургом, химиком, но главным образом оптиком. Он, как и многие его современники, занимался шлифовкой линз для рефракторов и упорно искал форму объектива, свободного от аберраций, особенно ахроматической.
После открытия сложного состава белого света Ньютон приступил к исследованиям преломления монохроматических лучей, которое оказалось зависящим от цвета луча. Последнее открыло Ньютону причину хроматической аберрации линзовых объективов. Сделав вывод о принципиальной неустранимости этого дефекта стеклянных объективов (что было верно для однолинзовых объективов), он в поисках ахроматического объектива изобрел в 1668 г. отражательный зеркальный телескоп — рефлектор. В 1672 г. он построил первый в мире рефлектор. Это был по нынешним меркам очень маленький инструмент: с трубой длиной всего 15 см и объективом диаметром 2,5 см. Но он тем не менее позволил наблюдать спутники Юпитера и стал прародителем будущих могучих орудий зондирования глубин Вселенной.
В 1672 г. Ньютон изложил перед членами Лондонского королевского общества и свою новую корпускулярную концепцию света. В соответствии с этой концепцией свет представляет собой поток “световых частиц”, наделенных изначальными неизменными свойствами и взаимодействующих с телами на расстоянии. Корпускулярная теория хорошо объясняла аберрацию и дисперсию света, но плохо объясняла интерференцию, дифракцию и поляризацию света.
Вместе с тем Ньютон со вниманием относился и к высказанной нидерландским ученым X. Гюйгенсом волновой теории света (1690), в соответствии с которой свет — это волновое движение в эфире. Некоторое время он даже сам пытался развивать следствия из этой теории, но в конечном счете все-таки склонился к мысли о ее несостоятельности.
169
В XVII в. широко обсуждался и вопрос о том, конечна или бесконечна скорость света. Долгое время для эмпирического обоснования ответа на этот вопрос не было достаточных фактов. Большое значение для развития физических идей имело открытие О. Ремера, сделанное им на основе наблюдений затмения одного из спутников Юпитера в 1676 г., что скорость света в пустом пространстве конечна и равна 300 000 км/с.
6.3.3. Космология Ньютона
Несмотря на свой знаменитый девиз “Гипотез не измышляю!”, Ньютон как мыслитель крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над общими проблемами мироздания. Так, в частности, он распространил свою теорию тяготения на проблемы космологии.
Но и здесь он был не склонен давать волю фантазии и стремился анализировать прямые логические следствия из уже установленных законов. Распространив закон тяготения, подтвержденный тогда лишь для Солнечной системы, на всю Вселенную, Ньютон рассмотрел главную космологическую проблему: конечна или бесконечна Вселенная. Вопрос выглядел так: в каком случае возможна гравитирующая Вселенная, когда она конечна или когда она бесконечна? Он пришел к выводу, что лишь в случае бесконечности Вселенной материя может существовать в виде множества космических объектов — центров гравитации. В конечной Вселенной материальные тела рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Это было первое строгое физико-теоретическое обоснование бесконечности мира.
Ньютон задумывался и над проблемой происхождения упорядоченной Вселенной. Однако здесь он столкнулся с задачей, для решения которой еще не располагал научными фактами. Он первым отчетливо осознал, что одних только механических свойств материи для этого недостаточно. Ньютон критиковал концепции атомистов и картезианцев, справедливо утверждая, что только из одних неупорядоченных механических движений частиц не могла возникнуть вся сложная организация мира. Он считал, что материя сама по себе косна, пассивна и не способна к движению. И потому, например, для него тайной являлось начало орбитального движения планет. Для раскрытия этой тайны оставалось прибегнуть лишь к некоей более могучей, чем тяготение, силе — к Богу. Поэтому Ньютон вынужден был допустить божественный “первый толчок”, благодаря которому планеты приобрели орбитальное движение, а не упали на Солнце (см. 7.2:3)..
170
Понадобилось всего полвека для того, чтобы в естествознании сформировалась идея естественной эволюции материи, опровергающая божественный “первотолчок”. Заслуга формирования этой идеи принадлежит И. Канту.
6.4. Изучение магнитных и электрических явлений
Но XVII в. — это не только время радикальных революционных преобразований в механике и астрономии. В XVII в. начинается систематическое изучение магнитных и электрических явлений, результаты которого, как мы видели в творчестве Кеплера, также влияли на развитие механических и астрономических концепций.
Первые сведения об электрических и магнитных явлениях были накоплены еще в древности. Так, античные ученые знали свойство натертого янтаря притягивать легкие предметы', а также о существовании особого минерала — железной руды (магнитный железняк), способной притягивать железные предметы2. В древности магнит уподоблялся живому существу. Но уже тогда предпринимались попытки научного объяснения магнитных явлений. Наиболее удачные из таких объяснений принадлежали атомистам; например, Лукреций Кар в своей поэме “О природе вещей” объяснял действие магнита существованием потоков мельчайших атомов, вытекающих из него.
Главное практическое применение магнитных явлений было связано с компасом и явилось результатом наблюдений направляющего действия земного магнетизма на естественные магниты. Первое дошедшее до нас описание водяного китайского компаса относится к XI в. Как компас попал в Европу, неизвестно до сих пор. Но в одном из сказаний XII в. уже есть ссылка на него, как на нечто хорошо известное. В XIII в. появилось сочинение “Письмо о магнитах” француза Пьера Пилигрима (из Мерикура), посвященное описанию магнитных явлений. Автор описывает изготовленный им шарообразный магнит, действие его на магнитную стрелку, способ намагничивания железа и т.д. Это первая дошедшая до нас оригинальная научная работа западного христианского мира.
Развитие мореплавания делает все более и более важным изучение магнитного поля Земли, а вместе с тем и магнитных явлений вообще. Видимо, уже в XV в. было известно магнитное склонение, во
___________________________________
' Само слово “электричество” происходит от греческого слова “электрон”. что значит янтарь.
2 Залежи этого минерала находились возле греческого города Магнесии, названию которого и обязано происхождение слова “магнит”.
171
всяком случае Колумб уже понимал важность знания магнитного склонения для дальних океанических странствий. Потребности мореплавания стимулируют изучение земного магнетизма, составление карт магнитных склонений и т.д. С развитием навигационной техники возникает ряд практических задач, относящихся к магнетизму:
изготовление искусственных магнитов, устранение влияния железных частей корабля на компас и т.д. Все это не могло не оказать сильного влияния на изучение магнитных явлений вообще.
Существенным шагом вперед в исследовании магнетизма была книга английского ученого, врача королевы Елизаветы У. Гильберта “О магните, магнитных телах и великом магните Земли”, вышедшая в 1600 г. В книге изложены экспериментально установленные свойства магнитных явлений: магнитные свойства присущи только магнитной руде, железу и стали; магнит всегда имеет два полюса и одноименные полюса отталкиваются, а разнополюсные — притягиваются; описывается явление магнитной индукции. Гильберт высказывал также гипотезу о земном магнетизме: Земля представляет собой большой шарообразный магнит, полюса которого расположены возле географических полюсов. Свою гипотезу он обосновывал следующим опытом: если приближать магнитную стрелку к поверхности большого шара, изготовленного из естественного магнита, то она всегда устанавливается в определенном направлении, подобно стрелке компаса на Земле.
В своей работе Гильберт уделил внимание исследованию электрических явлений и показал, что электрические явления следует отличать от магнитных. Электрические свойства в отличие от магнитных присущи многим веществам: янтарю, алмазу, хрусталю, стеклу, сере и др. Тот факт, что Гильберт, исследуя магнитные явления, затронул и электрические явления, не случайно. Электрические и магнитные явления, даже если не знать о их внутреннем единстве, схожи. Их сначала даже путали между собой. Поэтому исследования в области магнетизма вызывали исследования электрических явлений, и наоборот. После работ Гильберта в течение всего XVII в. в учении об электричестве и магнетизме было получено мало новых результатов.
172
7. Естествознание XVIII - первой половины ХIХ в.
7.4. Биология
7 4.1. Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в
Особое место занимает XVIII в. в истории биологии. Именно в XVIII в. в биологическом познании происходит коренной перелом в направлении систематической разработки научных методов познания и формирования предпосылки первой фундаментальной биологической теории — теории естественного отбора
В плеяде выдающихся биологов XVIII в. звезды первой величины — Ж. Бюффон и К. Линней. В своем творчестве они следовали разным исследовательским традициям, воплощавшим для них различные жизненные ориентиры. Каждый из них доводит исследовательскую программу в основном до конца, что оказало значительное влияние на развитие биологического познания. Бюффон в 36-томной “Естественной истории” одним из первых в развернутой форме изложил концепцию трансформизма (ограниченной изменчивости видов и происхождения видов в пределах относительно узких подразделений (от одного единого предка) под влиянием среды), он догадывался о роли искусственного отбора и как предшественник Ж. Сент-Илера сформулировал идею единства живой природы и единства плана строения живых существ (на основе представления о биологическом атомизме).
К. Линней своей искусственной классификацией (в единственно возможной тогда форме) подытожил длительный исторический период эмпирического накопления биологических знаний (он описал свыше 10 тыс. видов растений и свыше 4 тыс. видов животных) Вместе с тем Линней осознавал ограниченность искусственной системы и ее возможности. “Искусственная система, — писал он, служит только до тех пор, пока не найдена естественная Первая учит только распознавать растения Вторая научит нас познать при
208
роду самого растения”'. Естественная система есть идеал, к которому должны стремиться ботаника и зоология. “Естественный метод есть последняя цель ботаники”,— отмечал Линней2; его особенность в том, что он “включает все возможные признаки. Он приходит на помощь всякой системе, закладывает основание для новых систем. Неизменный сам по себе, он стоит непоколебимо, хотя открываются все новые и новые бесконечные роды. Благодаря открытию новых видов, он лишь совершенствуется путем устранения излишних примет”'1. То, что Линней называет “естественным методом”, есть, в сущности, некоторая фундаментальная теория живого. Таким образом, историческая заслуга Линнея в том, что через создание искусственной системы он подвел биологию к необходимости рассмотрения колоссального эмпирического материала с позиций общих теоретических принципов, поставил задачу его теоретической рационализации.
В XVIII в. идеи естественной классификации развивались Б Жюсье, который в ботаническом саду Трианона рассадил растения в соответствии со своими представлениями об их родстве, И. Гертнером, М. Адансоном и др. Первые естественные системы не опирались на представление об историческом развитии организмов, а предполагали лишь некоторое их “сродство”. Но сама постановка вопроса о “естественном сродстве” инициировала выявление объективных закономерностей единого плана строения живого.
В середине XVIII в. среди биологов еще не утвердилась мысль о том, что объяснение организации живого находится в прямой зависимости от понимания истории его развития. Вместе с тем постановка и обоснование задачи создания естественной системы означали, что начинается этап формирования предпосылок первой фундаментальной теории в биологии, вскрывающей “механизм” происхождения органических видов. Но такие предпосылки формировались не только в систематике, но и в эмбриологии
В первой половине XVIII в борьба преформизма и эпигенеза особенно обостряется Все более четко проявляется различие их философско-мегодологических оснований. Преформисты (Ш. Бонне, А. Галлер и др. ), опиравшиеся на абстрактно-умозрительную традицию, считали, что проблема эмбрионального развития Должна получить свое разрешение с позиций всеобщих принципов бытия, постигаемых исключительно разумом, и поэтому без особого
________________________________
' Цит. по Амлинский И. Е. “Философия ботаники”. Линнея содержание и критика анализ.//Идея развития в биологии. М. 1965. С. 7
Там же С.33 Цит. по Амлинский И.Е. Указ. соч. С. 34
209
энтузиазма относились к эмпирическим исследованиям в эмбриологии. Сторонники теории преформации, как правило, были рационалистами и считали, что разум определяет конечный результат познания независимо от результатов наблюдения.
На иных философско-методологических “строительных лесах” возводилась концепция эпигенеза. Выражая стихийно-эмпирическую традицию, эта концепция нацеливала исследователей на наблюдательные и экспериментальные операции над процессом образования организма из бесструктурной, неоформленной изначальной субстанции. Для сторонников эпигенеза характерна постоянная нацеленность на опытное изучение эмбриогенеза.
Вместе с тем философские основания эпигенеза в ходе его исторического развития не оставались неизменными. Так, ранний эпигенез XVII в., представленный, например, в работах У. Гарвея, опирался на аристотелизм и объяснял новообразования в эпигенезе с телеологических позиций как следствие “стремления к совершенству”. В XVIII в. усиливается тенденция материалистического истолкования эмбриогенеза, что становится особенно заметным в трудах К. Вольфа, который пытался переосмыслить эпигенез в духе материализма и методологических установок физики. К. Вольф трактовал эпигенез как результат действия двух существенных начал — силы, регулирующей питательные соки, и способности их затвердевания.
Позиция эпигенеза также была более перспективной, чем позиция преформизма, в проблеме зарождения жизни. Эпигенетики отказались от идеи божественного творения живого и сумели подойти к научной постановке проблемы происхождения жизни. Уже Вольф сделал недвусмысленный вывод о принципиальной возможности возникновения органических тел в природе... путем зарождения их из неорганических веществ.
Таким образом, система биологического познания в конце XVIII в. подошла к рубежу, который требовал перехода на качественно новый уровень организации средств познания в связи с проблемами эмбриогенеза и создания естественной системы. Лейтмотивом нового этапа развития биологии стала идея эволюции.
7.4.2. От концепций трансформации видов к идее эволюции
Начиная с середины XVIII в. концепции трансформизма получили широкое распространение. Их было множество, и различались они представлениями о том, какие таксоны и каким образом могут претерпевать качественные преобразования. Наиболее распространенной была точка зрения, в соответствии с которой виды остаются
210
неизменными, а разновидности могут изменяться. Стоявший на этой точке зрения К. Линней писал: “Вид, род всегда являются делом природы, разновидность — чаще всего дело культуры; классический порядок — дело природы и искусства вместе” '. Наряду с такой точкой зрения существовала и другая, допускавшая трансформацию самих видов (Ж. Бюффон). Допущение изменчивости видов в ограниченных пределах под воздействием внешних условий, гибридизации и проч. характерно для целого ряда трансформистов XVIII в. В некоторых трансформистских концепциях даже допускалась возможность резких превращений одних организмов в другие, взаимных преобразований любых таксонов. Трансформизм — это полуэмпирическая позиция, построенная на основе обобщения большого числа фактов, свидетельствовавших о наличии глубинных взаимосвязей между видами, родами и другими таксонами. Но сущность этих глубинных взаимосвязей пока еще не была понята. “Выход” на познание такой сущности и означал переход от трансформизма к эволюционизму.
Чтобы перейти от представления о трансформации видов к идее эволюции, исторического развития видов, было необходимо, во-первых, “обратить” процесс образования видов в историю, увидеть созидающе-конструктивную роль фактора времени в историческом развитии организмов; во-вторых, выработать представление о возможности порождения качественно нового в таком историческом развитии. Переход от трансформизма к эволюционизму в биологии произошел на рубеже XVIII—XIX вв.
Социокультурные предпосылки идеи биологической эволюции складывались на основе отражения радикальных преобразований социально-экономического базиса общества, роста динамизма экономических и политических сторон жизни, бурных революционных потрясений XVII—XVIII вв., прежде всего Английской к Французской революций, культурного прогресса, под влиянием развития философии и естествознания (космологии, геологии и др.). Что касается собственно биологического материала, то здесь особую роль сыграла необходимость осмысления природы “лестницы существ”, т.е. обраэа последовательно расположенных непрерывно усложняющихся органических форм (Ш. Бонне).
Важным являлся и мировоззренческий аспект проблемы историзма живого: куда заведет исследование истории живого — в глубь материальных, природных процессов или в сферу духовно-божественного? Многие идеалистически настроенные естествоиспытатели связывали перспективы биологического познания именно с ориен-
___________________________________
' Цит. по: Амлииский И.Е. Указ. соч. С. 33.
211
тацией на внематериальные факторы. Так, в 1836 г. К.М. Бэр писал что “всякое бытие есть не что иное, как продолжение создания, и все естественные науки — только длинное пояснение единого слова:
да будет!”' Материалистическая конструктивная линия в этом вопросе на рубеже XVIII—XIX вв. была выражена деизмом, который, как известно, для материалиста есть не более как удобный и простой способ отделаться от религии. Деизм позволял материалистически решать вопрос о природе факторов, обеспечивающих развитие органических форм, объяснить их прогрессивное историческое восхождение.
Большой вклад в проведение материализма под оболочкой деизма в методологию биологического познания внес Ж.Б. Ламарк. Он считал совершенно различными два процесса: творение и производство. Творение нового — это божественный акт, производство — естественный закономерный процесс порождения природой новых форм. “Творить может только Бог,— утверждал Ламарк,— тогда как природа может только производить. Мы должны допустить, что для своих творений божеству не нужно время, между тем как природа может действовать только в пределах определенного времени”2 и “создавать все доступные нашему наблюдению тела, и производить все происходящие в них перемены, видоизменения, даже разрушения и возобновления”3. Природные формы не содержат в себе ничего, что связывало бы их с божественной субстанцией, и поэтому их познание должно ориентироваться исключительно лишь на материальные причины. Не случайно, что именно Ламарк был одним из тех первых естествоиспытателей, которые перевели идею эволюции органического мира на уровень теории эволюции. В Германии в начале XIX в. убежденным сторонником представления об эволюции живой природы из бесформенной материи выступал Г.Р. Тревиранус.
Идея развития выступила тем конструктивно-организующим началом, которое ориентировало накопление эмпирических и теоретико-методологических предпосылок теории эволюции. В ходе конкретизации этой идеи был построен ряд важных теоретических гипотез, развивавших различные принципы, подходы к теории эволюции. К самым значительным и относительно завершенным гипотезам следует отнести: ламаркизм, катастрофизм и униформизм.
___________________________________
' Бэр К. Взгляд на развитие наук // Избранные произведения русских естествоиспытателей первой половины XIX века. М., 1959. С. 219.
2 Ламарк Ж. Б. Аналитическая система положительных знаний человека, полу ченная прямо или косвенно из наблюдений // Избранные произведения: В 2 т. М . 1959. Т.2. С. 354.
3 Там же. С. 353.
212
7.4.3. Ламаркизм
Ж.Б. Ламарк, ботаник при Королевском ботаническом саде, первый предложил развернутую концепцию эволюции органического мира. Он остро осознавал необходимость формулирования новых теоретических целей, методологических установок биологического познания; потребность в обобщающей теории развития органических форм; необходимость решительного разрыва со схоластикой и верой в авторитеты; ориентации на познание объективных закономерностей органических систем. Определенную роль сыграл и научный элитаризм, который позволял Ламарку, боровшемуся в одиночку за свои идеи, отгораживаться от устаревших точек зрения, стандартов, норм, критериев, креационистского невежества своего времени и т.п.
Предпосылкой создания этой концепции явился тот колоссальный эмпирический материал, который был накоплен в биологии к началу XIX в., систематизирован в искусственных системах, зачатках естественной систематики. Ламарк существенно расширил этот материал за счет введения зоологии беспозвоночных, которая до него должным образом не оценивалась как источник для эволюционистских обобщений. Базой ламарковской концепции эволюции послужили следующие важные фактические обстоятельства: наличие в систематике разновидностей, которые занимают промежуточное положение между двумя видами; изменение видовых форм при переходе их в иные экологические и географические условия; трудности классификации близких видов и наличие в природе большого количества так называемых сомнительных видов, факты гибридизации, и особенно отдаленной, в том числе и межвидовой; обнаружение ископаемых форм; изменения, претерпеваемые животными при их одомашнивании, а растениями при их окультуривании и др.
Эти данные Ламарк обобщает через призму ряда новых для того времени теоретических и методологических представлений. Во-первых, он настойчиво подчеркивает важность времени как фактора эволюции органических форм. Во-вторых, последовательно проводит представление о развитии органических форм как о естественном процессе восхождения их от высших к низшим. В-третьих, включает в свое учение качественно новые моменты в понимании роли среды в развитии органических форм. Если до Ламарка господствовало представление о том, что среда — это либо вредный для организма фактор, либо, в лучшем случае, нейтральный, то благодаря Ламарку среду стали понимать как условие эволюции органических форм.
213
Творчески синтезируя все эти эмпирические и теоретические компоненты, Ламарк сформулировал гипотезу эволюции, базирующуюся на следующих принципах:
принцип градации (стремление к совершенству, к повышению организации);
принцип прямого приспособления к условиям внешней среды, который, в свою очередь, конкретизировался в двух законах:
во-первых, изменения органов под влиянием продолжительного упражнения, (неупражнения) сообразно новым потребностям и привычкам;
во-вторых, наследования таким приобретенных изменений новым поколением.
Согласно этой теории, современные виды живых существ произошли от ранее живших путем приспособления, обусловленного их стремлением лучше гармонизировать с окружающей средой. Например, жираф, доставая растущие на высоком дереве листья, вытягивал свою шею, и это вытягивание было унаследовано его потомками.
Хотя эволюционная концепция Ламарка казалась его современникам надуманной и мало кем разделялась, тем не менее она носила новаторский характер, была первой обстоятельной попыткой решения проблемы эволюции органических форм. Особенно важно то, что Ламарк искал объяснение эволюции во взаимодействии организма и среды и стремился материалистически трактовать факторы эволюции.
Главная теоретико-методологическая трудность, стоявшая перед Ламарком, заключалась в воспроизведении диалектического взаимодействия внешнего и внутреннего, организма и среды. Эту проблему решить ему не удалось. В результате внешний (эктогенез) и внутренний (автогенез) факторы эволюции в его концепции трактовались независимо друг от друга". Кроме того, Ламарк опирался на ряд исходных допущений, которые упрощали сам подход к проблеме- отождествление наследственной изменчивости и приспособления организма; историческая неизменяемость факторов эволюции и др. Поэтому не удивительно, что Ламарку не удалось решить фундаментальные проблемы, стоящие перед любой эволюционной концепцией (диалектика наследственности и изменчивости, проблема органической телеологии, взаимосвязь необходимости и случайности и др.).
В начале XIX в. наука еще не располагала достаточным материалом для того, чтобы ответить на вопрос о происхождении видов
____________________________________
' Это создавало возможность идеалистической трактовки автогенеза, что и нашло свое выражение в концепциях психотамаркизма (Э.Геринг, О.Гертвиг и др. )
214
иначе, как предвосхищая будущее, пророчествуя о нем. Первым таким “пророком” и стал Ламарк.
7.4.4. Катастрофизм
Иным образом конкретизировалась идея развития в учении катастрофизма (Ж. Кювье, Л. Агассис, А. Седжвик, У. Букланд, А. Мильн-Эдвардс, Р.И. Мурчисон, Р. Оуэн и др.). Здесь идея биологической эволюции выступала как производная от более общей идеи развития глобальных геологических процессов. Если Ламарк старался своей деистической позицией отодвинуть роль божественного “творчества”, отгородить органический мир от вмешательства творца, то катастрофисты, наоборот, приближают бога к природе, непосредственно вводят в свою концепцию представление о прямом божественном вмешательстве в ход природных процессов. Катастрофизм есть такая разновидность гипотез органической эволюции, в которой прогресс органических форм объясняется через признание неизменяемости отдельных биологических видов. В этом, пожалуй, главное своеобразие данной концепции.
В системе эмпирических предпосылок катастрофизма можно указать следующие: отсутствие палеонтологических связей между историческими сменяющими друг друга флорами и фаунами; существование резких перерывов между смежными геологическими слоями; отсутствие переходных форм между современными и ископаемыми видами; малая изменяемость видов на протяжении культурной истории человечества; устойчивость, стабильность современных видов; редкость случаев образования межвидовых гибридов; обнаружение обширных излияний лавы; обнаружение смены земных отложений морскими и наоборот; наличие целых серий перевернутых пластов, существование трещин в пластах и глубинных разломов коры. Длительность существования Земли в начале XIX в. оценивалась примерно в 100 тыс. лет — таким относительно небольшим сроком трудно объяснить эволюцию органических форм'.
______________________________
' Вопрос о возрасте Земли - особая проблема В течение многих веков возраст Земли считался равным нескольким тысячам лет. что следовало из библейского мифа о сотворении мира Однако к концу XVIII в геология уже становилась настоящей наукой, и большинство геологов начали осознавать, что такие процессы как образование осадочных пород или выветривание, имеют затяжной характер и совершаются за огромные промежутки времени Во второй половине XVIII в возраст Земли оценивался геологами лишь в 75 тыс. лет. Однако к середине XIX в этот отрезок времени “растянулся” до сотен миллионов лет В настоящее время методами радиоактивного датирования возраст Земли оценивается в 4,6 млрд. лет
215
Теоретическим ядром катастрофизма являлся принцип разграничения действующих в настоящее время и действовавших в прошлом сил и законов природы. Силы, действовавшие в прошлом, качественно отличаются от тех, которые действуют сейчас. В отдаленные времена действовали мощные, взрывные, катастрофические силы, прерывавшие спокойное течение геологических и биологических процессов. Мощность этих сил настолько велика, что их природа не может быть установлена средствами научного анализа. Наука может судить не о причинах этих сил, а лишь об их последствиях. Таким образом, катастрофизм выступает как феноменологическая концепция.
Главный принцип катастрофизма раскрывался в представлениях о внезапности катастроф, о крайне неравномерной скорости процессов преобразования поверхности Земли, о том, что история Земли есть процесс периодической смены одного типа геологических изменений другим, причем между сменяющими друг друга периодами нет никакой закономерной, преемственной связи, как нет ее между факторами, вызывающими эти процессы. По отношению к органической эволюции эти положения конкретизировались в двух принципах:
во-первых, в принципе коренных качественных изменений органического мира в результате катастроф;
во-вторых, в принципе прогрессивного восхождения органических форм после очередной катастрофы.
С точки зрения Ж. Кювье, те незначительные изменения, которые имели место в периоды между катастрофами, не могли привести к качественному преобразованию видов. Только в периоды катастроф, мировых пертурбаций исчезают одни виды животных и растений и появляются другие, качественно новые. Кювье писал: “Жизнь не раз потрясала на нашей земле страшными событиями. Бесчисленные живые существа становились жертвой катастроф: одни, обитатели суши, были поглощаемы потопами, другие, населявшие недра вод, оказывались на суше вместе с внезапно приподнятым дном моря, сами их расы навеки исчезали, оставив на свете лишь немногие остатки, едва различимые для натуралистов”'. Творцы теории катастрофизма исходили из мировоззренческих представлений о единстве геологических и биологических аспектов эволюции; непротиворечивости научных и религиозных представлений, вплоть до подчинения задач научного исследования обоснованию религиозных догм. В основе катастрофизма — допущение существования скачков, перерывов постепенности в развитии.
__________________________________
' Кювье Ж. Рассуждение о переворотах на поверхности земного шара. М.; Л 1937.C.83.
216
Можно ли выделить инвариантные черты у видов, сменяющих друг друга после очередной катастрофы? По мнению Кювье, можно допустить существование такого сходства. Он выделял четыре основных типа животных (позвоночные, мягкотелые, членистые и лучистые), с каждом из которых соотносил определенный исторически неизменный “план композиции” (основу многообразия систем скоррелированных признаков организма). “План композиции” у катастрофистов — нематериальная сила, идеальный организующий центр божественного творения. По их мнению, добавление “творящей силы” после каждой очередной катастрофы определяет прогрессивное восхождение органических форм.
К концепции катастрофизма в отечественной литературе долгое время относились снисходительно, как к чему-то наивному, устаревшему и полностью ошибочному. Тем не менее значение этой концепции в истории геологии, палеонтологии, биологии велико. Катастрофизм способствовал развитию стратиграфии, связыванию истории развития геологического и биологического миров, введению представления о неравномерности темпов преобразования поверхности Земли, выделению качественного своеобразия определенных периодов в истории Земли, исследованию закономерностей повышения уровня организации видов в рамках общих ароморфозов и др. В исторической геологии и палеонтологии не потеряло своего значения и само понятие “катастрофа”: современная наука также не отрицает геологических катастроф. Они представляют собой “закономерный процесс, неизбежно наступающий на определенном этапе жизнедеятельности геологической системы, когда количественные изменения выходят за пределы ее меры”'.
7.4.5. Униформизм. Актуалистический метод
В XVIII — первой половине XIX в. была обстоятельно разработана концепция униформизма (Дж. Геттон, Ч. Лайель, М. В. Ломоносов, К. Гофф и др.). Если катастрофизм вводил в теорию развития Земли супранатуральные факторы и отказывался от научного исследования закономерностей и причин древних геологических процессов, то униформизм, наоборот, выдвигает принцип познаваемости истории Земли и органического мира. Униформисты выступали против катастрофизма, критикуя прежде всего неопределенность представления о причинах катастроф.
________________________________
' Зубков И.Ф. Проблема геологической формы движения материи. М.,1979. С.170
217
Униформизм складывался под влиянием успехов классической механики, прежде всего небесной механики, и галактической астрономии, представлений о бесконечности и безграничности природы в пространстве и времени. Одним из его следствий была точка зрения о том, что в природе человек как субъект познания не находит признаков начала мира и в будущем тоже не видит предварительных указаний на его конец (Дж. Геттон). Другая важнейшая установка униформизма — познаваемость мира и его истории.
Ядром униформизма являлся актуалистический метод, который, по замыслу, его основоположников (прежде всего Ч. Лайеля), должен был стать ключом для познания древних геологических процессов. Актуалистический метод предполагал преемственность прошлого и настоящего, тождественность современных и древних геологических процессов. По характеру современных геологических процессов можно с определенной степенью приближения описать закономерности древних процессов, в том числе и образование горных пород. Пропагандируя всемогущество актуалистического метода, Ч. Лайель писал, что с его помощью человек становится способным “не только исчислять миры, рассеянные за пределами нашего слабого зрения, но даже проследить события бесчисленных веков, предшествовавших созданию человека и проникнуть в сокровенные тайны океана или внутренностей земного шара”'. Вместе с тем сам Лайель систематически применял актуалистический метод лишь к неживой природе, а в области органических процессов он делал серьезные уступки катастрофизму, допуская возможность актов божественного творения органических форм.
К эмпирическим предпосылкам концепции униформизма следует отнести: установление того, что возраст Земли намного больше, чем предполагали катастрофисты; данные изучения латеральной смены фаций в пределах одного стратиграфического горизонта; консолидацию и превращение известковых мергелей в сцементированную породу; способность рек прорезать глубокие ущелья в пластах лавы; установление причинной связи между вулканизмом и тектоническими нарушениями; установление того, что третичное время состоит в действительности из нескольких периодов (эоцен, миоцен, ранний и поздний плиоцен) (см. 13.3.1), которые были весьма продолжительными для того, чтобы накопились мощные осадки и произошли значительные изменения в органическом мире;
факты медленных, без катастроф поднятий суши (в частности, островов) и др.
________________________________
' Лайель Ч. Основные начала геологии. СПб., 1866. Ч. 1. С. 229.
218
Униформизм опирался на следующие теоретические принципы:
во-первых, однообразие действующих факторов и законов природы, их неизменяемость на протяжении истории Земли;
во-вторых, непрерывность действия факторов и законов, отсутствие всяческих переворотов, скачков в истории Земли,
в-третьих, суммирование мелких отклонений в течение громадных периодов времени;
в-четвертых, потенциальная обратимость явлений и отрицание прогресса в развитии.
Тем не менее и униформизм являлся достаточно ограниченной теорией развития: сведя развитие к цикличности, он не видел в нем необратимости; с точки зрения сторонников униформизма, Земля не развивается в определенном направлении, она просто изменяется случайным, бессвязным образом.
7.4.6. Дарвиновская революция
И ламаркизм, и катастрофизм, и униформизм — гипотезы, которые были необходимыми звеньями в цепи развития предпосылок теории естественного отбора, промежуточными формами конкретизации идеи эволюции. Эти гипотезы значительно отличаются между собой и своими целевыми ориентациями, и степенью разработанности. Так, катастрофизм и униформизм ориентировались преимущественно на геологическую проблематику, и для них характерно отсутствие развернутых представлений о факторах эволюции органического мира.
Трудности создания теории эволюции были связаны со многими факторами. Прежде всего с господством среди биологов представления о том, что сущность органических форм неизменна и внеприродна и как таковая может быть изменена только Богом. Кроме того, не дожились объективные критерии процесса и результата биологического исследования. Так, не было ясности, каким образом надо строить научную аргументацию и что является ее решающим основанием. Доказательством часто считали либо наглядные демонстрации (как говорил Ч. Лайель: “Покажите мне породу собак с совершенно новым органом, и я тогда поверю в эволюцию”), либо абстрактно-умозрительные соображения натурфилософского порядка. Не ясен был характер взаимосвязи теории и опыта. Долгое время, вплоть до началa XX в., многие биологи исходили из того, что одного факта, несовместимого с теорией, достаточно для ее опровержения.
Был неразвит и понятийный аппарат биологии. Это проявлялось, во-первых, в недифференцированности содержания многих поня-
219
тий. Например, отождествлялись реальность и неизменность видов - изменяемость видов считалась равнозначной тому, что вид реально не существует, а есть результат классифицирующей деятельности мышления ученого. Во-вторых, плохо постигались диалектические взаимосвязи, например взаимосвязь видообразования и вымирания. Так, Ламарк исходил из того, что видообразование не нуждается в вымирании, а определяется только приспособляемостью и передачей приобретенных признаков по наследству. А те, кто обращал внимание на вымирание (например, униформисты), считали, что вымирание несовместимо с естественным образованием видов и предполагали участие в этом процессе творца. Следовательно, было необходимо вырабатывать новые понятия и представления, новые закономерности, отражающие диалектический характер отношения организма и среды.
Эмпирические предпосылки эволюционной теории обусловливались всем ходом развития палеонтологии, эмбриологии, сравнительной анатомии, систематики, физиологии, биогеографии других наук во второй половине XVIII — первой половине XIX в. Свое концентрированное выражение они находят прежде всего в систематике растительного и животного миров, поскольку только “благодаря классификации разнообразие органического мира становится доступным для изучения другими биологическими дисциплинами. Без нее смысл большей части результатов, полученных в других отраслях биологии, оставался бы неясным”'.
Большое значение для утверждения теории развития имела идея единства растительного и животного миров. Содержанием этой идеи являлось представление о том, что единство органического мира должно иметь свое морфологическое выражение, проявляться в определенном структурном подобии организмов. В 30-е гг. XIX в. М. Шлейден и Т. Шванн разработали клеточную теорию, в соответствии с которой образование клеток является универсальным принципом развития любого (и растительного, и животного) организма; клетка — неотъемлемая элементарная основа любого организма (см. 8.3.2).
Чарльз Дарвин в создании своей эволюционной теории опирался на колоссальный эмпирический материал, собранный как его предшественниками, так и им самим в ходе путешествий, прежде всего кругосветного путешествия на корабле “Бигль”. Основные эмпирические обобщения, наталкивающие на идею эволюции органических форм, Дарвин привел в работе “Происхождение видов” (1859). Дар-
______________________________
' Майр Э. Принципы зоологической систематики. М., 1971. С. 17.
220
вин был с юных лет знаком с эволюционными представлениями, неоднократно сталкивался с высокими оценками эволюционных идей. В своем творчестве он опирался на представление (сформировавшееся в недрах униформизма) о полной познаваемости закономерностей развития природы, возможности их объяснения на основе доступных для наблюдения сил, факторов, процессов. Дарвину всегда были присущи антикреационистские и антителеологические воззрения; он отрицательно относился к антропоцентризму и был нацелен на рассмотрение происхождения человека как части, звена единого эволюционного процесса. Определенную конструктивную роль в выработке принципов селекционной теории эволюции сыграло утверждение (сформулированное Т.Р. Мальтусом) о том, что имеется потенциальная возможность размножения особей каждого вида в геометрической прогрессии.
Свою теорию Дарвин строит на придании принципиального значения таким давно известным до него фактам, как наследственность и изменчивость. От них отталкивался и Ламарк, непосредственно связывая эти два понятия представлением о приспособлении. Приспособительная изменчивость передается по наследству и приводит к образованию новых видов — такова основная идея Ламарка. Дарвин понимал, что непосредственно связывать наследственность, изменчивость и приспособляемость нельзя. В цепь наследственность — изменчивость Дарвин вводил два посредствующих звена.
Первое звено связано с понятием “борьба за существование”, отражающим тот факт, что каждый вид производит больше особей, чем их выживает до взрослого состояния; среднее количество взрослых особей находится примерно на одном уровне; каждая особь в течение своей жизнедеятельности вступает в множество отношений с биотическими и абиотическими факторами среды (отношения между организмами в популяции, между популяциями в биогеоценозах, с абиотическими факторами среды и др.). Дарвин разграничивает два вида изменчивости — определенная и неопределенная.
Определенная изменчивость (в современной терминологии — адаптивная модификация) — способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, пищу и др.). По современным представлениям адаптивные модификации не наследуются и потому не могут поставлять материал для органической эволюции. (Дарвин допускал, что определенная изменчивость в некоторых исключительных случаях может такой материал поставлять.)
Неопределенная изменчивость (в современной терминологии — мутация) предполагает существование изменении в организме, которые происходят в самых различных направлениях. Неопределенная изменчивость в от-
221
личие от определенной носит наследственный характер, и незначительна отличия в первом поколении усиливаются в последующих. Неопределенная изменчивость тоже связана с изменениями окружающей среды, но уже не непосредственно, что характерно для адаптивных модификаций, а опосредованно. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играют именно неопределенные изменения. Неопределенная изменчивость связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но возможны и такие мутации, которые в определенных условиях оказываются перспективными, способствуют органическому прогрессу. Дарвин не ставил вопроса о конкретной природе неопределенной изменчивости. В этом проявилась его интуиция гениального исследователя, осознающего, что еще не пришло время для понимания этого феномена'.
Второе посредствующее звено, отличающее теорию эволюции Дарвина от ламаркизма, состоит в представлении о естественном отборе как механизме, который позволяет выбраковывать ненужные формы и образовывать новые виды. Успехи селекционной практики (главной стороной которой является сохранение особей с полезными, с точки зрения человека, свойствами, усиление этих свойств из поколения в поколение, осуществлявшееся в процессе ведущегося человеком искусственного отбора) послужили той главной эмпирической базой, которая привела к появлению теории Дарвина. Прямых доказательств естественного отбора у Дарвина не было; вывод о существовании естественного отбора он делал по аналогии с отбором искусственным. Тезис о естественном отборе является ведущим принципом дарвиновской теории, который позволяет разграничить дарвинистские и недарвинистские трактовки эволюционного процесса. В нем отражается одна из фундаментальных черт живого -диалектика взаимодействия органической системы и среды.
Таким образом, дарвиновская теории эволюции опирается на следующие принципы:
• борьбы за существование;
• наследственности и изменчивости;
• естественного отбора.
Эти принципы являются краеугольным основанием научной биологии.
Э. Геккель называл Дарвина “Ньютоном органического мирз”. Символично, что в Вестминстерском аббатстве Дарвин похоронен рядом с И. Ньютоном. В этом сближении имен двух великих ученых
_____________________________
' Высказанные им соображения о “пангенезисе” носили откровенно натурфилософский характер, что было ясно и самому Дарвину
222
есть большой смысл. Как Ньютон завершил труды своих предшественников созданием первой фундаментальной физической теории — классической механики, так Ч. Дарвин довел до завершения процесс поиска способов конкретизации идеи эволюции, создал первую фундаментальную теорию в биологии — теорию естественного отбора и заложил основания научного познания исторического аспекта органических систем.
7.4.7. Методологические установки классической биологии
Методологические установки классической биологии развивались медленно, начиная с середины XVIII в. вплоть до начала XX в. В общих чертах содержание методологических установок классической биологии состоит в следующем.
• Признание объективного, не зависящего от сознания и вали человека, существования органических форм - главная мировоззренческая посылка биологического познания. При всем различии мировоззренческих позиций, биологи исходили из того, что органический мир существует независимо от сознания его исследователей;
субъективно-идеалистические представления не играли существенной роли в биологическом познании. Вместе с тем единство в вопросе об объективном существовании органических форм не исключало различий взглядов на роль материальных и идеальных факторов в происхождении и функционировании органических форм. В биологии гораздо дольше, чем в других отраслях естествознания, сосуществовали объективно-идеалистическая и материалистическая трактовки природы объекта. По мере развития биологии стихийная материалистическая ориентация ученых становилась все более весомой; радикальный перелом произошел в середине XVIII в., хотя еще вплоть до XX в. появлялись рецидивы витализма. В XIX в. укреплялось представление о том, что мир органических форм, мир живого образовался естественным образом, порожден материальной природой без прямого либо косвенного вмешательства потусторонних сил. Формирование такой установки было важнейшей предпосылкой преобразования биологического познания в науку.
• Классическая биология исходила из того, что мир живого, органических форм имеет определенные объективные закономерности, порядок, структуру; эти закономерности познаваемы средствами науки. Классическое биологическое познание концентрировалось лишь на одном качественно определен ном уровне организации живого (организменном либо клеточном, реже — ткане-
223
вом), который одновременно считался и первичным. Все надорганизменные уровни (колонии, популяции, вид, биоценоз биосфера) рассматривались как производные, вторичные, для которых характерны лишь аддитивные, а не интегративные свойства. Это - ориентация на моносистемность.
• Важную методологическую роль играло представление о том что органический мир есть, с одной стороны, некое многообразие форм, явлений, процессов, а с другой стороны, одновременно должен представлять собой и некоторое единство. С середины XVIII в. пробивала себе дорогу мысль, что материалистическое понимание такого единства может лежать только в истории органического мира. Поэтому методологической установкой классической биологии, рубежом, разделявшим до-научный и научный этапы ее развития, выступало представление о том, что органический мир имеет свою историю, его нынешнее состояние есть результат предшествующей исторической естественной эволюции.
Вместе с тем понимание историзма в методологии классической биологии было ограниченным. Это проявлялось, в частности, в том, что историзм, развитие, эволюция рассматривались как полностью обращенные в прошлое, исключительно ретроспективно, не доводились до настоящего, до современности. Такая установка сыграла негативную роль в истории дарвинизма, задержав экспериментальное исследование естественного отбора.
Тем не менее важнейшим достижением классической биологии явилось представление о том, что природа живого может быть понята и объяснена только через знание его истории. История органического мира может и должна получить научно-рационалистическое и материалистическое объяснение. *
• На основе синтеза представлений о единстве (взаимосвязи) и историзме органического мира формируется принцип системности. Системное воспроизведение объекта предполагает выявление единства в предметном многообразии живого. Можно сказать, что научная биология начинается там, где на смену предметоцентризму приходит системоцентризм. Теория Дарвина, по сути, есть результат системного исследования.
• В вопросе о характере познания методологические установки классической биологии формулируют в основном те же представления, что и методологические установки других естественных наук этого периода. Познание — это обобщение фактов в несколько этапов, уровней (наблюдение, суждение, умозаключение, принципы, теория) Основой познания является наблюдение Начинаясь с наблюдения, оно
224
продолжается на уровне мыслительных процедур. К ним относятся:
описание (как с помощью терминов языка (естественного), так и наглядным образом — с помощью рисунков, схем и др.); систематизация на основе определенных выделенных признаков объектов (вьющей формой систематизации является классификация, когда выбор признаков связан с выделением существенных сторон объекта); сравнение, позволяющее выявлять законы объекта путем сопоставления существенных характеристик объекта (высокая эффективность метода сравнения вызвала к жизни такие науки, как сравнительная анатомия, сравнительная морфология, сравнительная физиология, сравнительная систематика и др.).
Содержательным является только первый уровень — уровень наблюдения как формы непосредственного чувственного контакта объекта с объектом. Мыслительные процедуры, акты деятельности разума не вносят в содержание биологического знания новых моментов, они лишь перерабатывают то, что получено в процессе наблюдения. Наблюдение как бы “переливает” содержание объекта в сознание субъекта. Таким образом, классическая биология (как и классические физика и астрономия) в своих методологических установках исходила преимущественно из эмпирического обоснования знания (единственной содержательной основой знания признавался чувственный опыт в виде наблюдения). В классической биологии эксперимент еще не рассматривался как важный метод эмпирического познания органических объектов. Классическая биология - это биология по преимуществу наблюдательная. Внедрение метода эксперимента в основные отрасли биологии, в том числе и в теорию эволюции,— заслуга XX в.
Факт нарушения реальной картины объекта в процессе микроскопического исследования осознавался, но при этом биологи исходили из того, что внесенными в ходе подготовки к наблюдению и самого наблюдения изменениями картины объекта можно либо пренебречь, либо внести на них поправку и тем самым свести их к нулю. Методологические установки классической биологии допускали следующие отношения между знанием и объектом познания: однозначное соответствие каждого элемента теории определенном)' элеменгу объекта (органического мира); наглядное гь биологических образов и представлений, понятий; отсутствие ссылки на условия познания в результате исследования.
• Одним из важнейших методологических затруднений являлось непонимание диалектического пути развития теории, ее взаимосвязи с опытом, того обстоятельства, что на ранних этапах своего развития теория может нс объяснить все факты ее предметной области. Потому господствовало представление, что
225
один-единственный факт, противоречащий теории, может ее полностью опровергнуть. На основании такого методологического “стандарта” строились почти все попытки “закрыть” теорию эволюции Дарвина и попытаться заменить ее другой концепцией.
• Методологические установки классической биологии в своей основе были метафизическими и поэтому неспособными выразить тождество противоположных сторон целостного системного объекта. Это отражалось в том, что всеобщие характеристики системной организации воспроизводились в двух противоположных методологических регулятивах.
Во-первых, по вопросу о природе целостности и способах ее отражения в познании существовали две противоположные методологические установки—редукционизм и целостный подход, которые в мировоззренческом плане воплощались в двух противостоящих друг другу позициях — механицизма и витализма. Редукционизм исходил из того, что органическая целостность может быть сведена к простой аддитивной сумме свойств составляющих ее (механических, физических и химических) частей, а целостный подход (в разных своих вариантах — холизм, органицизм и др.), подчеркивая качественное своеобразие целого по сравнению с его частями, считал таким основанием целостности некую супранатуральную субстанцию.
Во-вторых, в качестве противоположных методологических установок выступали механистический детерминизм и телеология. Первый игнорировал функциональное единство органических систем, а второй усматривал в целесообразности таких систем проявление идеалистической основы. Материалистическое преодоление телеологизма в биологии началось с учения Ч. Дарвина, который нанес смертельный удар телеологии в естествознании и объяснил ее рациональный смысл.
В-третьих, для методологических позиций классической биологии характерно противопоставление структурно-инвариантного и генетическо-исторического подходов, ориентация но неизменность факторов эволюции, господство организмоцентрического мышления (исходной “клеточкой” рассмотрения органической эволюции выступал отдельный организм; организмоцентризм — конкретная биологическая форма предметоцентризма).
И наконец, классическая биология исходила из того, что структура познавательной деятельности в биологии неизменна, методологические принципы биологического познания исторически не развиваются.
226
8. Естествознание второй половины ХIXв.: на пути к научной революции.
8.3. Биология
8. 3.1. Утверждение теории эволюции Ч. Дарвина
Нужно определенное время, чтобы новая теория окончательно утвердилась в науке. Процесс утверждения теории есть процесс превращения предпосылок теории в ее неотъемлемые компоненты, логически выводимые из оснований теории. При этом изменяется множе-
243
ство различных понятий, представлений, допущений, гипотез и других средств познавательной деятельности, ценностных и методологических компонентов познания.
Эволюционная теория Ч. Дарвина — сложнейший синтез самых различных биологических знаний, в том числе опыта практической селекции. Поэтому процесс утверждения теории затрагивал самые разнообразные отрасли биологической науки и носил сложный, подчас драматический характер, протекал в напряженнейшей борьбе различных мнений, взглядов, школ, мировоззрений, тенденций и т д. Против теории естественного отбора ополчились не только сторонники креационистских воззрений и антиэволюционисты (А. Седжвик, Р. Оуэн, Л. Агассис, А. Мильн-Эдвардс, А. Катрфаж, Г. Меррей, С. Карпентер и др.), но и естествоиспытатели, выдвигавшие и обосновывавшие другие эволюционные концепции, построенные на иных, чем дарвиновская теория, принципах, — неоламаркизм (К.В. Негели и др.), мутационизм (С. И. Коржинский с его идеей гетерогенезиса, т.е. скачкообразного возникновения новых видов, и др.), неокатастрофизм (Э. Зюсс и др.), телеологические концепции разного рода (Р.А. Келликер с идеей автогенетического “стремления к прогрессу”; А. Виганд, признававший существование идеальной “образовательной силы” эволюционного процесса, которая, по его мнению, уже иссякла и потому эволюция прекратилась; и др.). Более того, в самом дарвиновском учении выделились относительно самостоятельные направления, каждое из которых по-своему понимало, дополняло и совершенствовало воззрения Ч. Дарвина. Будучи необходимым логическим звеном в развитии дарвинизма, такая дифференциация объективно влекла за собой ослабление лагеря дарвинистов, снижение полемической остроты их выступлений.
Все это привело к тому, что картина развития биологии во второй половине XIX в. была очень пестрой, мозаичной, заполненной противоречиями, драматическими событиями, страстной борьбой мнений, школ, направлений, взаимным непониманием позиций, а часто и нежеланием понять точку зрения другой стороны, обилием поспешных, непродуманных и необоснованных выводов, опрометчивых прогнозов и замалчивания выдающихся достижений. В этом насыщенном самыми разнообразными красками полотне отразились борьба материализма и идеализма, метафизики и диалектики, противоречия социально-культурного контекста развития естествознания.
Вокруг роли, содержания, интерпретации принципов дарвиновской теории велась острая и длительная борьба, особенно вокруг принципа естественного отбора. Можно указать на четыре основных
244
явления в системе биологического познания второй половины XIX— начала XX в., которые были вехами в процессе утверждения принципов теории естественного отбора:
- возникновение и бурное развитие так называемого филогенетического направления, вождем и вдохновителем которого был Э. Геккель;
- формирование эволюционной биологии — проникновение
- эволюционных представлений во все отрасли биологической науки;
- создание экспериментально-эволюционной биологии;
- синтез принципов генетики и дарвинизма и создание основ синтетической теории эволюции.
Объяснение эмпирических аномалий и вплетение их в систему дарвиновского учения наиболее ярко воплотилось в бурном развитии в 60—70-х гг. XIX в. филогенетического направления, ориентированного на установление родственных связей между видами, на поиски переходных форм и предковых видов, на анализ генезиса крупных таксонов, изучение происхождения органов и др. Общая задача филогенетического направления, как сформулировал ее вождь этого направления Э. Геккель, состояла в создании “филогенетического древа” растений и животных на основе прежде всего данных анатомии, палеонтологии и эмбриологии.
В рамках филогенетического направления были вскрыты и исследованы закономерности, имеющие общебиологическую значимость: биогенетический закон (Э. Геккель, Ф. Мюллер, А.О. Ковалевский, И.И. Мечников), закон необратимости эволюции (Л. Долло), закон более ранней закладки в онтогенезе прогрессивных органов (Э. Менерт), закон анадаптивных и инадаптивных путей эволюции (В.О. Ковалевский), принцип неспециализированности предковых форм (Э. Коп), принцип субституции органов (Н. Клейненберг), закон эволюции органов путем смены функций (Л. Дорн) и др. Не все из этих закономерностей рассматривались биологами как формы обоснования и подтверждения дарвиновской теории. Более того, на базе некоторых из них выдвигались новые концепции эволюции, которые, по замыслу их авторов, должны были опровергнуть дарвиновскую теорию и заменить ее новой эволюционной теорией. Это характерно для периода утверждения любой фундаментальной теории: пока теория окончательно не сложилась, не подчинила себе свои предпосылки, не продемонстрировала свои предсказательные возможности, способность объяснять факты предметной области, часты попытки заменить ее другими теориями, построенными на иных принципах.
245
Обобщение принципов эволюционной теории, выявление пределов, при которых они не теряют своего значения, проявилось в интенсивном формировании комплекса эволюционной биологии (т.е. эволюционных направлений в системе биологического знания — систематики, палеонтологии, морфологии, эмбриологии, биогеографии и др.), имевшем место в 60—70-е гг. XIX в.
Возникновение экспериментально-эволюционной биологии во многом было вызвано необходимостью эмпирического обоснования и теоретического утверждения принципов дарвиновской теории, экспериментальной проверки и углубления понимания факторов и законов эволюции. Особенно это касалось принципа естественного отбора, где яркие экспериментальные результаты получили в конце XIX в. В. Уэлдон (1898), Е. Паультон (1899) и др.
Завершение утверждения принципов дарвиновской теории происходит уже в начале XX в., когда сформировалась синтетическая теория эволюции, внутренне интегрировавшая дарвинизм, генетику и экологию.
Таким образом, к рубежу XIX—XX вв. биология, как и физика, подошла в состоянии глубокого кризиса своих методологических оснований, вызванного в первую очередь устаревшим содержанием методологических установок классической биологии. Кризис проявился прежде всего в многообразии и противоречии оценок и интерпретаций сущности эволюционной теории и интенсивно накапливавшихся данных в области генетики.
8.3.2. Становление учения о наследственности (генетики)
Истоки знаний о наследственности весьма древние. Наследственность как одна из существенных характеристик живого известна очень давно, представления о ней складывались еще в эпоху античности. Долгое время вопрос о природе наследственности находился в ведении эмбриологии, в которой вплоть до XVII в. господствовали фантастические и полуфантастические представления.
Во второй половине XVIII в. учение о наследственности обогащается новыми данными — установлением пола у растений, искусственной гибридизацией и опылением растений, а также отработкой методики гибридизации. Одним из основоположников этого направления является И.Г. Кельрейтер, тщательно изучавший процессы оплодотворения и гибридизации. Он открыл явление гетерозиса — более мощного развития гибридов первого поколения, которое он не мог правильно объяснить. Опыты по искусственной гибридизации расте-
246
ний позволили опровергнуть концепцию преформизма. В этом отношении ботаника оказалась впереди зоологии.
Во второй половине XVIII — начале XIX в. наследственность рассматривалась как свойство, зависящее от количественного соотношения отцовских и материнских компонентов. Считалось, что наследственные признаки гибрида являются результатом взаимодействия отцовских и материнских компонентов, их борьбы между собой, а исход этой борьбы определяется количественным участием, долей того и другого. Так, например, Т.Э. Найт наблюдал доминирование признаков гибридов в опытах по искусственному скрещиванию рас гороха.
В первой половине XIX в. стали складываться непосредственные предпосылки учения о наследственности и изменчивости — генетики. Качественным рубежом здесь, по-видимому, оказались два события. Первое — создание клеточной теории. Старая (философская, идущая от XVIII в.) идея единства растительного и животного миров должна была получить конкретно-научное выражение в форме теории, которая базируется на том, что инвариантные характеристики органического мира должны иметь свое морфологическое выражение, проявляться в определенной структурной гомологии организмов. Второе событие — выделение объекта генетики, т.е. явлений наследственности как специфической черты живого, которую не следует растворять в множестве свойств индивидуального развития организма. Такой подход сформулирован у О. Сажрэ и в полной мере получил свое развитие в творчестве Г. Менделя.
Создание клеточной теории было важнейшим шагом на пути разработки научных воззрений на наследственность и изменчивость. Познание природы наследственности предполагало выяснение вопроса, что является универсальной единицей структурной организации растительного и животного миров. Ведь инвариантные характеристики органического мира должны иметь и свое структурное выражение. Фундаментальной философской идеей, которая привела к открытию клетки, была идея единства растительного и животного миров; она пробивала себе дорогу в общественном сознании еще в XVII в., начиная с трудов Р. Декарта, Г.В. Лейбница, а позже — французских материалистов XVIII в., особенно Д. Дидро, Ж. Ламетри и др. Как четкий ориентир для биологических исследований она была формулирована К.Ф. Вольфом, Л. Океном, Ж. Бюффоном, И.В. Гете, Э. Жоффруа Сент-Илером и др.
Следующий шаг на этом пути с остоял в том, чтобы от общей идеи единства органического мира прийти к выводу, что такое единство
247
должно иметь свое морфологическое выражение, проявляться в определенной структурной гомологии организмов. Именно в этом направлении работали многие ученые (П.Ж. Тюрпен, Я. Пуркине, Г. Валентина, А. Дютроше и др.), но только Т. Шванну удалось окончательно прояснить данный вопрос. Трудность состояла в том, что растительные и животные клетки, с одной стороны, а также клетки разных тканей животных — с другой, выглядят мало похожими друг на друга, если использовать те приборы, которые были в распоряжении биологов начала XIX в. Сходным и легко различимым элементом всех клеток является ядро. Мысль об этом сформулировал М. Шлейден. Опираясь на нее, Т. Шванн разработал основные положения своей клеточной теории. В основе ее лежало утверждение, что клеткообразование — универсальный принцип развития организма или, как писал Шванн, “всем отдельным элементарным частицам всех организмов свойствен один и тот же принцип развития”1. Таким образом, клетка была выделена как универсальная инвариантная единица строения организма.
Ближайшим следствием из основ клеточной теории стало представление, в соответствии с которым процесс клеткообразования регулируется каким-то единым, универсальным механизмом, за которым скрывается загадка наследственности и изменчивости. Указание на существование такого механизма, по сути, являлось первым шагом на пути выделения качественно своеобразной предметной области учения о природе наследственности. Другими словами, создание клеточной теории позволяло “выйти” на объект генетики.
Особое место в истории учения о наследственности занимает творчество О. Сажрэ. Заслуга его в том, что он первый в истории учения о наследственности начал исследовать не все, а лишь отдельные признаки скрещивающихся при гибридизации растений. На этой основе (изучая гибридизацию тыквенных) он приходит к выводу, что неверна старая точка зрения, будто признаки гибрида всегда есть нечто среднее между признаками родителей. Признаки в гибриде не сливаются, а перераспределяются. Сажрэ писал: “Итак, мне представляется в конце концов, что обычно сходство гибрида с обоими родителями заключается не в тесном слиянии различных свойственных им в отдельности признаков, а, скорее, в распределении, равном или неравном, этих признаков”. Иначе говоря, он первым понял корпускулярный, дискретный характер наследственности и
___________________________________________
1 Шванн Т Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растении М , Л , 1939. С. 79
2 Мендель Г, Нодэн Ш , Сажрэ О. Избранные работы. М , 1968 С 64
248
выделил наследственность как специфический объект познания, отличный от процесса индивидуального развития организма, разграничил предмет генетики (как учения о наследственности) от предмета эмбриологии и онтогенетики (как учений об индивидуальном развитии организма). С работ Сажрэ начинается собственно научная генетика.
Вторая половина XIX в. - период не только создания теории естественного отбора, но и особенно бурного развития других важнейших отраслей биологической науки — эмбриологии (К. Бэр), цитологии (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов, Г. Моль и др.), физиологии (Г. Гельмгольц, Э. Дюбуа-Реймон, К. Бернар); тогда же были заложены основы органической химии (Ф. Велер, Ю. Либих, М. Бертло), получены существенные результаты в области гибридизации и явлений наследственности (Ш. Нодэн, Г. Мендель) и др.
Среди важнейших открытий данного периода можно указать следующие: описание митотического деления клеток и особенностей поведения хромосом (И.Д. Чистяков, Э. Страсбурге и др., 1873-1875); установление того, что первичное ядро зародышевой клетки возникает путем слияния ядер сперматозоидов и яйцеклетки (О. Гертвиг, Г. Фоль, 1875-1884); открытие продольного разделения хромосом и его закономерностей — образование веретена, расхождение хромосом к полюсам и проч. (В. Флемминг, 1888); установление закона постоянства числа хромосом для каждого вида (Т. Бовери, Э. Страсбурге, 1878); установление того, что в половых клетках содержится половинный набор хромосом по сравнению с соматическими клетками (Э. ван Бенеден, 1883); описание процесса майоза и объяснение механизма редукции числа хромосом (В. И. Беляев, О. Гертвиг, 1884) и др.
Важнейшим событием в генетике XIX в. было формулирование Г. Менделем его знаменитых законов. Развивая идеи, содержавшиеся в работах Сажрэ, Мендель рассматривал не наследуемость всех признаков организма сразу, а выделял наследуемость единичных, отдельных признаков, абстрагируя эти признаки от остальных, удачно применяя при этом вариационно-статистический метод, демонстрируя эвристическую мощь математического моделирования в биологии. Открытие Менделем закономерностей расщепления признаков показало, что возникающие у организмов рецессивные мутации не исчезают, а сохраняются в популяциях в гетерозиготном состоянии. Это устранило одно из самых серьезных возражений против дарвиновской теории эволюции, которое было высказано английским инженером Ф. Дженкином, утверждавшим, что величина полезного наследственного изменения, которое может возникать у любой особи,
249
ПРИРОДА В СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА
Современная биологическая картина мира
12. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИИ XX в.
В XX в. динамичное развитие биологического познания позволило открыть молекулярные основы живого и непосредственно приблизиться к решению величайшей проблемы науки — раскрытию сущности жизни. Радикально изменились и сама биология, и ее место, роль в системе наук, отношение биологической науки и практики. Биология постепенно становится лидером естествознания.
Выражением этой тенденции являются следующие процессы: укрепление связи биологии с точными и гуманитарными науками; развитие комплексных и междисциплинарных исследований; увеличение каналов взаимосвязи с теоретическим познанием и со сферой практической деятельности, прежде всего с глобальными проблемами современности; явное участие запросов" практики в актуализации тех или иных проблем биологического познания; непосредственным основанием исследовательской деятельности в биологии все в большей степени выступают прямые практические потребности, интересы и запросы общества; непосредственно программирующая роль биологии по отношению к аграрной, медицинской, экологической и другим видам практической деятельности; возрастание ответственности ученых-биологов за судьбы человечества (прежде всего в связи с перспективами генной инженерии);
непосредственное проявление гуманистического начала биологического познания, широкое внедрение ценностных подходов и др. Все в большей мере становится ясно, что логика биологического познания в перспективе будет непосредственно задаваться потребностями практического преобразования природы, развития общественных отношений и интересов людей.
12.1. Век генетики
12.1.1. Хромосомная теория наследственности
Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. Важнейшим исходным событием явилось новое открытие законов Менделя. В 1900 г. законы Менделя были переоткрыты независимо сразу тремя учеными — Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. Далее последовала лавина
356
эмпирических открытий и построение различных теоретических моделей. За относительно короткий срок (20—30 лет) в учении о наследственности был накоплен колоссальный эмпирический и теоретический материал.
Начало XX в. принято считать началом экспериментальной генетики, принесшей множество новых эмпирических данных о наследственности и изменчивости. К такого рода данным можно отнести:
открытие дискретного характера наследственности; обоснование представления о гене и хромосомах как носителях генов1; представление о линейном расположении генов; доказательство существования мутаций и возможность вызывать их искусственно; установление принципа чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков; разработка методов гибридологического анализа, чистых линий и инцухта, кроссинговера (нарушение сцепления генов в результате обмена участками между хромосомами) и др. Важно, что все эти и другие открытия были экспериментально подтверждены, строго обоснованы.
В первой четверти XX в. интенсивно развивались и теоретические аспекты генетики. Особенно большую роль сыграла хромосомная теория наследственности, разработанная в 1910—1915 гг. в трудах А. Вейсмана, Т. Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера и др. Она строилась на следующих исходных абстракциях: хромосома состоит из генов; гены расположены на хромосоме в линейном порядке; ген — неделимая корпускула наследственности, “квант”; в мутациях ген изменяется как целое. Эта теория была первой обстоятельной попыткой теоретической конкретизации идей, заложенных в законах Менделя.
Первые 30 лет XX в. прошли под знаком борьбы представителей различных концепций наследственности. Так, против хромосомной теории наследственности выступал У. Бэтсон, считавший, что эволюция состоит не в изменениях генов под влиянием внешней среды, а лишь в выпадении генов, в накоплении генетических утрат.
12.1.2. Создание синтетической теории эволюции
Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генетикой стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эволюционной биологии. Синтез генетики и эволюционного учения был ка-
____________________________________
1 Понятия гена, генотипа, фенотипа были введены в биологию датским ученым В.Л. Иогансеном.
357
чественным скачком в развитии как генетики, так и эволюционной теории. Он означал создание качественно нового ядра системы биологического познания, свидетельствовал о переходе биологии с классического на современный, неклассический уровень развития.
Принципиальные положения синтетической теории эволюции были заложены работами С. С. Четверикова (1926), а также Р. Фишера, С. Райта, Дж. Холдейна, Н.П. Дубинина (1929-1932) и др. Непосредственными предпосылками для синтеза генетики и теории эволюции выступали: хромосомная теория наследственности, биометрические и математические подходы к анализу эволюции, закон Харди — Вейберга для идеальной популяции (гласящий, что такая популяция стремится сохранить равновесие концентрации генов при отсутствии факторов, изменяющих его), результаты эмпирического исследования изменчивости в природных популяциях и др.
В основе этой теории лежит представление о том, что элементарной “клеточкой” эволюции является не организм и не вид, а популяция. Именно популяция — та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в смене биологических поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген (участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК, отвечающий за развитие определенных признаков организма). Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием ряда эволюционных факторов (изменяющих генотипический состав популяции): мутационный процесс (поставляющий элементарный эволюционный материал), популяционные волны (колебания численности популяции в ту или иную сторону от средней численности входящих в нее особей), изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на несколько самостоятельных), естественный отбор — процесс, определяющий вероятность достижения индивидами репродукционного возраста. Естественный отбор является ведущим эволюционным фактором, направляющим эволюционный процесс.
Формирование синтетической теории эволюции ознаменовало переход к популяционной концепции, сменившей организмоцентрическую, начало преодоления противопоставления исторического и структурно-инвариантного “срезов” в исследовании живого, интеграцию биологии на базе дарвинизма (в России — Н.И. Вавилов, И.И. Шмальгаузен, А.Н. Северцов, разработавший учение о главных направлениях биологического процесса — аромофозе и идиоадаптации, и др.). Это открыло качественно новый этап в развитии биологии — переход к созданию единой системы биологического знания,
358
воспроизводящей законы развития и функционирования органического мира как целого.
12.1.3. Революция в молекулярной биологии
Во второй половине 40-х гг. в биологии произошло важное событие — осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. Предпосылки новых открытий в области биохимии складывались раньше. В 1936 г. в СССР А. Н. Белозерский получил из растения тимонуклеиновую кислоту, которая до тех пор выделялась лишь в животных организмах, что доказало тождество животных и растительных миров на молекулярном уровне. Важные идеи, открывавшие новые широкие ориентиры познания, намного опередившие свое время, были выдвинуты Н. К. Кольцовым. Так, еще в 1927 г. он высказал мысль о том, что при размножении клеток осуществляется матричная ауторепродукция материнских молекул. Правда, Кольцов считал, что эти процессы осуществляются на белковой основе, поскольку в то время генетические свойства ДНК не были известны. Именно вследствие незнания наследственных свойств ДНК биохимия развивалась относительно независимо от генетики до середины 40-х гг. Скачок в направлении их тесного взаимодействия произошел после того, как биология перешла от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. (В начале 40-х гг. впервые появился термин “молекулярная биология”.)
В 1944 г. американскими биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось лавинообразное развитие молекулярной биологии. Последовавшие в 1949—1951 гг. исследования Э. Чаргаффа, сформулировавшего знаменитые правила, объясняющие структуры ДНК, а также рентгенографические исследования ДНК, проведенные М. Уилкинсом и др., подготовили почву для расшифровки в 1953 г. (Ф. Крик, Д. Уотсон) структуры ДНК, которая показала, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Именно поэтому в хромосомах клеток молекула ДНК способна к ауторепродукции. Свойство самоудвоения ДНК обеспечивает явление наследственности. Расшифровка структуры ДНК была великой революцией в молекулярной биологии и стала ключом к пониманию того, что происходит в гене при передаче наследственных признаков.
Но расшифровка структуры молекулы ДНК была лишь первым шaгoм на пути выявления механизма наследственности и изменчивости. Далее за относительно непродолжительный срок времени
359
были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной-РНК; расшифрован генетический код; осуществлен синтез гена, теоретически решена проблема биосинтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура для некоторых из них; на этой основе выяснен принцип и особенности функционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке; заложены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (это имеет и свои нравственно-ценностные аспекты). В последние 40 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми темпами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий — выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт — наследственности, изменчивости, обмене веществ и др.
12.1 4. Методологические установки современной биологии
Методологические установки биологии XX в. значительно отличаются от методологических регулятивов классической биологии (см. 7.4.7 ). Основные направления, по которым произошло их размежевание, следующие.
Во-первых, качественно новое представление объекта познания (полисистемное видение биологического объекта, отказ от моноцентризма и организмоцентризма в пользу полицентризма и популяционного стиля мышления). Представление о том, что “клеточкой” эволюционного процесса выступает не организм, а популяция, может рассматриваться как исходный момент в формировании системы методологических установок неклассической биологии.
Во-вторых, качественно новая гносеологическая ситуация, требующая явного указания на условия познания, на особенности субъект-объектных отношений; невозможность пренебречь ролью и позицией субъекта познания в окончательном результате биологического исследования.
В-третьих, установление диалектического единства ранее противопоставлявшихся друг другу методологических подходов. На этом пути формируются методологические установки, предполагающие:
единство описательно-классифицирующего и объяснительно-номотетического подходов; единство операций расчленения, редукции к
360
более элементарным компонентам и процессов интегрирующего воспроизводства целостной организации; диалектическое сочетание структурного и исторического подходов; понимание причинности, учитывающее диалектику необходимости и случайности, внутреннего и внешнего через единство функционально-целевого и статистически-вероятностного подходов; единство эмпирических исследований с процессом интенсивной теоретизации биологического знания, включающем его формализацию, математизацию, аксиоматизацию и др.
В-четвертых, в XX в. заметно преобразовывается мировоззренческая функция биологии. К концу века мировоззренческая нацеленность биологии, ориентированность ее результатов на конкретизацию наших представлений об отношении человек — мир реализуется в двух направлениях:
1) на человека, на выявление взаимосвязей биологического и социального в человеке; определение функционирования биологического в общественном (социуме). Человек становится непосредственной исходной “точкой отсчета” биологической науки, от него, для него и на него непосредственно ориентировано познание живого. Это направление развивается в контексте взаимосвязи биологического и социального познания; историческим пьедесталом здесь выступает процесс антропосоциогенеза, выявление биологических предпосылок становления человека и общества;
2) на мир, на выявление закономерностей включенности живого в эволюцию Вселенной, перспектив биологического мира в развитии мира космического. Это направление раскрывается прежде всего через взаимосвязь биологических и астрономических наук, истоки единства которых уходят в весьма далекое прошлое — в период становления мифологического сознания, чувственно-образные обобщения которого строились, в частности, и на базе единства ритмики некоторых биологических и астрономических явлений. В XIX-XX вв. основной формой интегрирования этих двух отраслей познания выступила астробиология — поиск и исследование имеющимися в нашем распоряжении средствами (во второй половине XX в. это прежде всего всеволновые астрономические наблюдения и космические аппараты) неземных форм жизни. В самое последнее время складывается новый интересный теоретический подход, имеющий не только специально научное, но и общемировоззренческое значение. Он связан с антропным принципом в космологии и принципом глобального эволюционизма (см. 16).
361
15. ТЕОРИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ (СИНЕРГЕТИКА)
В течение последних трех столетии естествознание развивалос ь невероятно динамично. Горизонт научного познания расширился поистине до фантастических размеров. На микроскопическом конце шкалы масштабов физика элементарных частиц вышла на уровень изучения процессов, которые происходят за время около 10-23 с и на расстояниях 10-15 см На другом конце шкалы космология и астрофизика изучают процессы, происходящие за время порядка возраста Вселенной =1018 си радиуса Вселенной 1028 см Недавно обнаружены астрономические объекты, свет от которых идет к нам чуть ли не 12 млрд лет1 .Свет от этих объектов “вышел” тогда, когда до возникновения Земли оставалось еще .. 7 млрд лет. Человек получает возможность заглянуть в самое начало “творения” Вселенной
В современном обществе значительно возросла роль науки На основе научного знания рационализируются, по сути, все формы общественной жизни Как никогда близки наука и техника Наука стала непосредственной производительной силой общества По отношению к практике она выполняет программирующую роль Новые информационные технологии и средства вычислительной техники, достижения генной инженерии и биотехнологии обещают в очередной раз коренным образом изменить материальную цивилизацию, уклад нашей жизни. Под влиянием науки (в том числе) возрастает личностное начало, роль человеческого фактора во всех формах деятельности
Вместе с тем радикально изменяется и сама система научного познания. Размываются четкие границы между практической и познавательной деятельностью В системе научного знания проходят интенсивные процессы дифференциации и интеграции знания, развиваются комплексные и междисциплинарные исследования, новые способы и методы познания, методологические установки, появляются новые элементы картины мира, выделяются новые, более сложные типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому (математическому) моделированию Одно из таких новых направлений в современном естествознании представлено синергетикой
15.1. От моделирования простых систем к моделированию сложных
Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания — это простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы. Однако такое понима
420
ние предмета познания является сильной абстракцией. Вселенная представляет собой множество систем. Но лишь некоторые из них могут трактоваться как замкнутые системы, т.е. как “механизмы”. Во Вселенной таких “закрытых” систем меньшая часть. Подавляющее большинство реальных систем открытые. Это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой. К такого рода системам относятся биологические и социальные системы, которые больше всего интересуют человека.
Человек всегда стремился постичь природу сложного, пытаясь ответить на вопросы: как ориентироваться в сложном и нестабильном мире? какова природа сложного и каковы законы его функционирования и развития? в какой степени предсказуемо поведение сложных систем?
В 70-е гг. XX в. начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании — синергетики. Как и кибернетика, синергетика — это некоторый междисциплинарный подход. В отличие от кибернетики, где акцент делается на процессах управления и обмена информацией, синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.
Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче, чем закрытых, линейных систем. Вместе с тем “нелинейный мир” сложнее моделировать. Как правило, для (приближенного) решения большинства возникающих нелинейных уравнений требуется сочетание современных аналитических методов с вычислительными экспериментами. Синергетика открывает для точного, количественного, математического исследования такие стороны мира, как его нестабильность, многообразие путей изменения и развития, раскрывает условия существования и устойчивого развития сложных структур, позволяет моделировать катастрофические ситуации и т.п.
Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем: от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики и автоколебательных процессов в химии до эволюции звезд и космологических процессов, от электронных приборов до формирования общественного мнения и демографических процессов. Основной вопрос синергетики — существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением (амоорганизующихся систем, их структур и функций.
421
15.2. Характеристики самоорганизующихся систем
Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: “Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки”1. Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе, — систем, способных к самоорганизации, саморазвитию.
Основные свойства самоорганизующихся систем — открытость, нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с открытыми, нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.
15.2.1. Открытость
Объект изучения классической термодинамики — закрыгые системы, т.е. системы, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией. Напомним, что центральным понятием термодинамики является понятие энтропии. Оно относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой Г. Изменение энтропии определяется формулой: dE= dQ/T, где dQ - количество теплоты, обратимо подведенное к системе или отведенное от нее (см. 8.1.2).
Именно по отношению к закрытым системам были сформулированы два начала термодинамики. В соответствии с первым началом, в закрытой системе энергия сохраняется, хотя и может приобретать различные формы. Второе начало термодинамики гласит, что в замкнутой системе энтропия не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет максимума. Согласно второму началу термо-
______________________________________
1 Хакен Г Информация и самоорганизация Макроскопический подход к сложным системам М. 1991 С. 28—29. См. также Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М. 1990; Пригожин И., Стенгерс И. Время, Хаос и Квант. М , 1994; и др.
422
динамики, запас энергии во Вселенной иссякает, а вся Вселенная неизбежно приближается к “тепловой смерти”. Ход событий во Вселенной невозможно повернуть вспять, дабы воспрепятствовать возрастанию энтропии. Со временем способность Вселенной поддерживать организованные структуры ослабевает, и такие структуры распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. По мере того как иссякает запас энергии и возрастает энтропия, в системе нивелируются различия. Это значит, что Вселенную ждет все более однородное будущее.
Вместе с тем уже во второй половине XIX в. и особенно в XX в. биология, прежде всего теория эволюции Дарвина, убедительно показала, что эволюция Вселенной не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм материи. Скорее, наоборот. История и эволюция Вселенной развивают ее в противоположном направлении — от простого к сложному, от низших форм организации к высшим, от менее организованного к более организованному. Иначе говоря, старея, Вселенная обретает все более сложную организацию. Попытки согласовать второе начало термодинамики с выводами биологических и социальных наук долгое время были безуспешными. Классическая термодинамика не могла описывать закономерности открытых систем. И только с переходом естествознания к изучению открытых систем появилась такая возможность.
Открытые системы — это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне вещества, энергии или информации. Постоянный приток вещества, энергии или информации является необходимым условием существования неравновесных состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся (в соответствии со вторым началом термодинамики) к однородному равновесному состоянию. Открытые системы — это системы необратимые; в них важным оказывается фактор времени.
В открытых системах ключевую роль — наряду с закономерным и необходимым — могут играть случайные факторы, флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существовавшая организация разрушается.
15.2.2. Нелинейность
Но если большинство систем Вселенной носит открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Неравновесность,
423
в свою очередь, порождает избирательность системы, ее необычные реакции на внешние воздействия среды. Неравновесные системы имеют способность воспринимать различия во внешней среде и “учитывать” их в своем функционировании. Так, некоторые более слабые воздействия могут оказывать большее влияние на эволюцию системы, чем воздействия, хотя и более сильные, но не адекватные собственным тенденциям системы. Иначе говоря, на нелинейные системы не распространяется принцип суперпозиции: здесь возможны ситуации, когда совместные действия причин А и В вызывают эффекты, которые не имеют ничего общего с результатами воздействия А и В по отдельности.
Процессы, происходящие в нелинейных системах, часто носят пороговый характер — при плавном изменении внешних условий поведение системы изменяется скачком. Другими словами, в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру и способствующих ее радикальному качественному изменению
Нелинейные системы, являясь неравновесными и открытыми, сами создают и поддерживают неоднородности в среде. В таких условиях между системой и средой могут иногда создаваться отношения обратной положительной связи, т.е система влияет на свою среду таким образом, что в среде вырабатываются некоторые условия, которые в свою очередь обусловливают изменения в самой этой системе (например, в ходе химической реакции или какою-то другою процесса вырабатывается фермент, присутствие которого стимулирует производство его самого). Последствия такого рода взаимодействия открытой системы и ее среды могут быть самыми неожиданными и необычными.
15.2.3. Диссипативностъ
Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состояние — диссипативность, которую можно определить как качественно своеобразное макроскопическое проявление процессов, протекающих на микроуровне. Неравновесное протекание множества микропроцессов приобретает некоторую интегративную результирующую) на макроуровне, которая качественно отличается оттого, что происходит с каждым отдельным ее микроэлементом. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка
424
к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.
Диссипативность проявляется в различных формах: в способности “забывать” детали некоторых внешних воздействий, в “естественном отборе” среди множества микропроцессов, разрушающем то, что не отвечает общей тенденции развития; в когерентности (согласованности) микропроцессов, устанавливающей их некий общий темп развития, и др.
Понятие диссипативности тесно связано с понятием параметров порядка. Самоорганизующиеся системы — это обычно очень сложные открытые системы, которые характеризуются огромным числом степеней свободы. Однако далеко не все степени свободы системы одинаково важны для ее функционирования. С течением времени в системе выделяется небольшое количество ведущих, определяющих степеней свободы, к которым “подстраиваются” остальные. Такие основные степени свободы системы получили название параметров порядка.
В процессе самоорганизации возникает множество новых свойств и состояний. Очень важно, что обычно соотношения, связывающие параметры порядка, намного проще, чем математические модели, детально описывающие всю новую систему. Это связано с тем, что параметры порядка отражают содержание оснований неравновесной системы. Поэтому задача определения параметров порядка — одна из важнейших при конкретном моделировании самоорганизующихся систем.
15.3. Закономерности самоорганизации
Главная идея синергетики — это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Например, в химии такое явление называют автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции довольно редки, но, как показали исследования последних десятилетий в области молекулярной биологии, петли положительной обратной связи (вместе с другими связями — взаимный катализ, отрицательная обратная связь и др.) составляют саму основу жизни (см. 13.2.2).
Становление самоорганизации во многом определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и
425
ее среды. Система самоорганизуется не гладко и просто, не неизбежно. Самоорганизация переживает и переломные моменты — точки бифуркации. Вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов резко возрастает.
В переломный момент самоорганизации принципиально неизвестно, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации (фазовые переходы и диссипативные структуры — лазерные пучки, неустойчивости плазмы, флаттер, химические волны, структуры в жидкостях и др.). В точке бифуркации система как бы “колеблется” перед выбором того или иного пути организации, пути развития. В таком состоянии небольшая флуктуация (момент случайности) может послужить началом эволюции (организации) системы в некотором определенном (и часто неожиданном или просто маловероятном) направлении, одновременно отсекая при этом возможности развития в других направлениях.
Как выясняется, переход от Хаоса к Порядку вполне поддается математическому моделированию. И более того, в природе существует не так уж много универсальных моделей такого перехода. Качественные переходы в самых различных сферах действительности (в природе и обществе — его истории, экономике, демографических процессах, духовной культуре и др.) подчиняются подчас одному и тому же математическому сценарию'.
Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы — это история образования все более и более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации — от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура).
________________________________
1 См.: Капица С.П.. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М., 1997.
426
16. ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ
Одна из важнейших идей европейской цивилизации — идея развития мира. В своих простейших и неразвитых формах (преформизм, эпигенез, кантонская космогония) она начала проникать в естествознание еще в XVIII в. (см. 7.2 и 7.4). Но уже XIX в. по праву может быть назван веком эволюции. Сначала в геологии, затем биологии и социологии теоретическому моделированию развивающихся объектов стали уделять все большее и большее внимание.
Но в науках физико-химического цикла идея развития пробивала себе дорогу очень сложно. Вплоть до второй половины XX в. в ней господствовала исходная абстракция закрытой обратимой системы, в которой фактор времени не играет роли. Даже переход от классической ньютоновской физики к неклассической (релятивистской и квантовой) в этом отношении ничего не изменил. Правда, в классической термодинамике был сделан некоторый робкий прорыв — введено понятие энтропии и представление о необратимых процессах, зависящих от времени. Этим самым в физические науки была введена “стрела времени”. Но, в конечном счете, и классическая термодинамика изучала лишь закрытые равновесные системы, а неравновесные процессы рассматривались как возмущения, второстепенные отклонения, которыми следует пренебречь в окончательном описании познаваемого объекта.
Проникновение идеи развития в геологию, биологию, социологию, гуманитарные науки в XIX — первой половине XX в. происходило независимо в каждой из этих отраслей познания. Философский принцип развития мира (природы, общества, человека) не имел общего, стержневого для всего естествознания (а также для всей науки) выражения. В каждой отрасли естествознания он имел свои (независимые от другой отрасли) формы теоретико-методологической конкретизации.
Только к концу XX в. естествознание нашло теоретические и методологические средства для создания единой модели универсальной эволюции, выявления общих законов природы, связывающих в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникновение Солнечной системы и нашей планеты Земля (геогенез), возникновение жизни (биогенез) и, наконец, возникновение человека и общества (антропосоциогенез). Такой моделью является концепция
427
глобального эволюционизма. В этой концепции Вселенная предстает как развивающееся во времени природное целое, а вся история Вселенной от Большого Взрыва до возникновения человечества рассматривается как единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой. Космохимия, геохимия, биохимия отражают здесь фундаментальные переходы в эволюции молекулярных систем и неизбежности их превращения в органическую материю.
В концепции глобального эволюционизма подчеркивается важнейшая закономерность — направленность развития мирового целого на повышение своей структурной организации. Вся история Вселенной — от момента сингулярности до возникновения человека — предстает как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи.
Важную роль в концепции универсального эволюционизма играет идея отбора: новое возникает как результат отбора наиболее эффективных формообразований, неэффективные же инновации отбраковываются историческим процессом; качественно новый уровень организации материи окончательно самоутверждается тогда, когда он оказывается способным впитать в себя предшествующий опыт исторического развития материи. Эта закономерность характерна не только для биологической формы движения, но и для всей эволюции материи. Принцип глобального эволюционизма требует не просто знания временного порядка образования уровней материи, а глубокого понимания внутренней логики развития космического порядка вещей, логики развития Вселенной как целого.
На этом пути очень важную роль играет так называемый антропный принцип. Содержание этого принципа в том, что возникновение человечества, познающего субъекта (а значит, и предваряющего социальную форму движения материи органического мира) было возможным в силу того, что крупномасштабные свойства нашей Вселенной (ее глубинная структура) именно таковы, какими они являются;
если бы они были иными. Вселенную просто некому было бы познавать. Данный принцип указывает на глубокое внутреннее единство закономерностей исторической эволюции Вселенной, Универсума и предпосылок возникновения и эволюции органического мира вплоть до антропосоциогенеза. Согласно этому принципу существует некоторый тип универсальных системных связей, определяющих целостный характер существования и развития нашей Вселенной, нашего мира как определенного системно организованного фрагмента бесконечно многообразной материальной природы. Понимание содержания таких универсальных связей, глубинного внутреннего единства структуры нашего мира (Вселенной) дает ключ к теорети-
428
ческому и мировоззренческому обоснованию программ и проектов будущей космической деятельности человеческой цивилизации.
В настоящее время идея глобального эволюционизма — это не только констатирующее положение, но и регулятивный принцип. С одной стороны, он дает представление о мире как о целостности, позволяет мыслить общие законы бытия в их единстве, а с другой — ориентирует современное естествознание на выявление конкретных закономерностей глобальной эволюции материи на всех ее структурных уровнях, на всех этапах ее самоорганизации.
+++
