Пізнаючи навколишній світ, людина прагне створити в своїй свідомості його певну модель або, як кажуть картину світу. На кожному історичному етапі розвитку уявлення про світ різні, т. Е. Картина світу змінюється (еволюціонує) у міру пізнання навколишньої дійсності. Картину світу можна розуміти як парадигму світобачення - сукупність ідей, теорій, методів, концепцій, що описують відомий людині природний світ. В період панування будь-якої парадигми відбувається «мирне» розвиток науки, т. Е. Кількісне накопичення знань про природу. Такий розвиток природознавства було характерно, наприклад, для натурфілософії античності. Зміна наукових парадигм є революцію в природознавстві. Революція - це переворот. Наукова революція - це докорінні зміни в наукових знаннях, радикально змінюють колишнє бачення світу.
В історії науки виділяють три глобальні наукові революції.
У VI-IV ст. до н. е. відбулася перша революція в пізнанні світу, в результаті якої і починається зародження самої науки. Вона пов'язана з ім'ям Арістотеля, який створив формальну логіку - головний інструмент виведення і систематизації знання. Наукове знання було предметно диференційовано, науки про природу відокремлені від метафізики, математики. Аристотелем лягли в основу стандартів науковості знання, дані зразки пояснення, описи та обґрунтування в науці, багатьма з яких користуються і зараз.
Друга глобальна наукова революція відбулася в епоху переходу від середньовіччя до Нового часу. Вихідним моментом цієї революції є поява геліоцентричної вчення великого польського астронома М. Коперника. Однак одне тільки це вчення не відображає суть змін, що відбуваються в цей період в науці. Наукова революція XVI-XVIII ст. привела до становлення класичного природознавства. Засновниками його були Г. Галілей, І. Кеплер, Р. Декарт, І. Ньютон. Підсумком роботи цих вчених стало створення механістичної наукової картини світу (МКМ) на базі експериментально-математичного природознавства. Основоположними ідеями МКМ є класичний атомізм і механіцизм, а її ядром - механіка Ньютона. Фундаментальні поняття цієї картини світу: матерія, рух, простір, час, взаємодія.
Матерія - це речовина, що складається з неподільних, абсолютно твердих рухомих частинок.
Простір, по Ньютону, може бути відносним і абсолютним. Виробляючи виміру просторових відносин між тілами, люди знайомляться з відносним простором. Абсолютна простір - це вмістилище тіл, ніяк не пов'язане з часом. Властивості абсолютного простору не залежать від того, є в ньому тіла чи ні. Воно є тривимірним, нескінченним, однорідним, ізотропним, безперервним. Просторові відносини описуються геометрією Евкліда.
Час також буває відносним і абсолютним. Відносний час пізнається людьми в процесі вимірювань. Абсолютна час (справжнє, математичне) Ньютон інакше називав тривалістю. Час - це пусте вмістилище подій, не залежить ні від чого. Воно тече рівномірно, в одному напрямку (від минулого до майбутнього), безперервно, нескінченно, однорідно (скрізь однаково).
Для вивчення матеріальних об'єктів в абсолютному просторі і часі необхідна система відліку, т. Е система координат і годинник. Система відліку, жорстко пов'язана з абсолютним простором, є інерціальній.
Рух в МКМ визнавалося тільки механічне. Ця зміна положення тіла в просторі з плином часу. Будь-яке складне рух можна представити як суму просторових переміщень (принцип суперпозиції). Рух тіл пояснювалося з точки зору трьох законів Ньютона, при цьому користувалися поняттями сили і маси. Сила - це кількісна міра дії одних тіл на інші, причина руху і деформації тел. Маса була мірою інертних і гравітаційних властивостей тіла.
Дія тіл один на одного не є одностороннім, тіла роблять взаємний вплив друг на друга. Механіка прагнула звести всі явища природи до дії сил тяжіння і відштовхування, зустрівши на цьому шляху непереборні труднощі. Сили тяжіння між тілами Всесвіту були названі гравітаційними. Величина цих сил визначається із закону всесвітнього тяжіння, відкритого Ньютоном. Сутність закону: всі тіла у Всесвіті притягуються одне до одного із силою, прямо пропорційною добутку їх мас і обернено пропорційною квадрату відстані між ними. Математична формула закону
,
де G - гравітаційна стала, - маси взаємодіючих тіл, r - відстань між тілами; G = 6,67 # 8729; 10 -11 Н # 8729; м 2 / кг 2.
Маса, знайдена із закону всесвітнього тяжіння, отримала назву гравітаційної.
Гравітаційні сили є універсальними. Це означає, що вони діють завжди і між усіма тілами. Ці сили повідомляють всім тілам однакове прискорення. Для поверхні Землі середнє значення прискорення g = 9,81 м / с 2.
Найважливіші принципи механіки: принцип відносності Галілея (про нього вже йшлося вище), принцип дальнодействия і принцип причинності.
Принцип дальнодействия полягав в тому, що взаємодія тел здійснюється миттєво і проміжне середовище участі в передачі взаємодії не приймає.
Відповідно до принципу причинності, всяка зміна в стані матеріального тіла може бути викликано тільки матеріальним впливом, певним матеріальним процесом. Безпричинних явищ немає, завжди можна виділити причину і наслідок. Вони взаємопов'язані, впливають один на одного. Французький вчений П. Лаплас писав: «Ніякої предмет не може почати бути без причини, яка його зробила». Лаплас вважав, що зв'язку між явищами і тілами здійснюються на підставі однозначних законів. Це вчення про взаємозумовленості явищ, про їх однозначної закономірною зв'язку увійшло в фізику як лапласовскій детермінізм. З точки зору механіки природа є гігантською систему, в якій всі наступні стану точно і однозначно визначаються попереднім станом, так як всі механічні явища підкоряються лапласовского детермінізму. Подальший розвиток природознавства показало хибність абсолютизації цього принципу і його обмеженість. Було з'ясовано, що поведінка макрооб'єктів визначається законами квантової механіки, яка описує рух мікрочастинок, що становлять макроскопічний світ. У мікросвіті діють імовірнісні закони, що призводить до порушення принципу визначеності або принципу детермінізму. На цьому годі було, проте, що потрібно зовсім відмовитися від цього принципу, він співіснує з принципом випадковості, але використовується при розгляді руху тіл зі швидкостями, багато меншими швидкості світла.
Механічна картина світу виявилася далека від досконалості, у міру розвитку фізики ставало ясно, що не всі явища і процеси можуть бути пояснені за допомогою класичної механіки. Вивчення теплових явищ показало, наприклад, що швидкість, кінетична енергія, імпульс окремої частки змінюються без зміни параметрів, що характеризують систему в цілому. Значить стан системи не визначається рухом окремих частинок. Кількісні зміни в числі частинок призводять до якісно новим особливостям в їх русі, які описуються статистичними законами, що носять імовірнісний характер. Однак, незважаючи на обмеженість і недоліки класичної механіки, розвиток фізики аж до середини
XIX ст. йшло в рамках ньютоновских поглядів. За цей час було зроблено багато видатних відкриттів, але вони тільки доповнювали і ускладнювали ситуацію картину світу, не зачіпаючи її основи.
Кінець XIX - початок XX в. ознаменувалися цілою серією блискучих відкриттів у фізиці (відкриття складної будови атома, відкриття явища радіоатівності, рентгенівських променів, дискретного характеру електромагнітного випромінювання та ін.), виникненням в хімії та біології генетики на основі законів Г. Менделя. Їх загальним підсумком з'явився нищівного удару по механістичної картині світу, зміна старої парадигми. З середини 90-х років XIX ст. почалася третя світова наукова революція.
Найбільш значущими теоріями, покладеними в основу нової наукової парадигми, стали теорія відносності Ейнштейна і квантова механіка. З появою цих теорій змінилася і природно-наукова картина світу. Розглянемо, які принципові зміни відбулися в уявленнях про навколишній світ.
Теорія відносності Ейнштейна привела до відмови від уявлень про існування центру Всесвіту. Згідно Ейнштейну, в світі немає особливих, привілейованих систем відліку, всі вони рівноправні. Наші уявлення про об'єкти навколишнього світу мають сенс тільки в тому випадку, якщо вони пов'язані з будь-якою системою відліку. Інакше кажучи, наші знання про світ відносні.
Вивчення мікросвіту привело до переосмислення багатьох понять класичного природознавства (траєкторія, одночасність подій, абсолютний характер простору і часу, причинність, безперервність і т. Д.). Наприклад, описуючи рух мікрочастинки, ми вже не можемо користуватися тим визначенням траєкторії, яке давалося в механіці Ньютона (траєкторія - лінія, вздовж якої рухається частка). Пов'язано це з тим, що в мікросвіті діють імовірнісні закони, отже, місце розташування частинки в просторі може бути зазначено лише з тією або іншою часткою ймовірності.
Нова парадигма змінила уявлення про стосунки суб'єкта і об'єкта пізнання. Об'єкт пізнання перестав сприйматися як існуючий «сам по собі». Виявилося, що його опис залежить від умов пізнання. Так, наприклад, одержувані експериментально характеристики об'єктів залежать від класу точності приладів, опис поведінки об'єктів складається з урахуванням стану системи відліку.
Створення нової наукової теорії припускає отримання об'єктивних істинних знань про світ. Абсолютна істина осягається в нескінченному процесі пізнання. Нові теорії показали, що абсолютної істини досягти неможливо, абсолютно точну картину світу не вдасться намалювати ніколи. Будь-яка картина світу може мати лише відносної істинністю. Наприклад, мислителі давнини вважали, що дрібною часткою речовини є атом. В кінці XIX ст. з'ясували складну будову атома: він складається з протонів, нейтронів і електронів. В даний час вже доведено, що протон також є складною частинкою, що складається з кварків. На кожному етапі пізнання твердження про будову речовини є відносною істиною, але останнє твердження ближче до абсолютної істини.
Таким чином, третя наукова революція привела до зміни теоретичних і методологічних установок в усьому природознавстві. Відмінною особливістю цього етапу наукового пізнання є те, що поряд з фізикою тепер в природознавстві лідирує ціла група галузей: хімія, біологія, кібернетика, космонавтика та ін. Уже в рамках нової, некласичної картини світу відбулися міні-революції в біології (розвиток генетики), космології (концепція нестаціонарного Всесвіту) і т. д.
Наукові революції - це необхідний етап у розвитку науки, так як саме під час революційних зрушень визначаються основні контури наукової картини світу на тривалий період. Однак не можна думати, що зміна парадигми призводить до заперечення старої системи знань, навпаки, наукова революція передбачає наступність у розвитку наукового знання. Згідно з принципом відповідності, сформульованому Н. Бором, будь-яка нова наукова теорія не відкидає попередню, а включає її в себе як окремий випадок, т. Е. Обмежує сферу її дії. Так, релятивістська механіка (механіка великих швидкостей) Ейнштейна не цурається механіку Ньютона, а показує, що її закони діють тільки при малих швидкостях, набагато менших швидкості світла.
Парадигма (від грец. Π # 945; # 961; # 940; # 948; # 949; # 953; # 947; # 956; # 945 ;, «приклад, модель, зразок») - сукупність фундаментальних наукових установок, уявлень і термінів, яка приймається і розділяється науковим співтовариством і об'єднує більшість його членів. Забезпечує спадкоємність розвитку науки і наукової творчості.
Проблема ролі Cлучайное в історії наукових відкриттів належить до числі найбільш широко висвітлених у методологічному відношенні проблем.
У 985 р норманський мореплавець Б'ярні відплив від ісландського берега і попрямував до узбережжя Гренландії, збився зі шляху через тумани і помітив невідому Землю. Цим було покладено норманнскому відкриття Америки. Це класичний приклад випадковості.
У плаванні Колумба через Атлантичний океан випадковості також зіграли чималу роль. Колумб направлявся на пошуки західного шляху до Індії. Колумб вважав, що він досяг Азії.
Абсолютно випадковим виявилося португальське відкриття Ю. Америки в 1500 р Португальські каравели під начальство Кабрала прямували в Індію по шляху вже второваним Васко да Гамою, але втратили орієнтування. Морське течія віднесла кораблі на захід і буря прибила їх до невідомої Землі. Це було узбережжі Південної Америки. Португальці визнали знову відкриту Землю островом і присвоїли цьому острову назву Санта-Крус (Святий Хрест). До зновувідкритої землі була споряджена в Португалії експедиція, яка з'ясувала, що Санта-Крус - материк. Амеріго Веспучи повідомив про це в Європу.
Відкриття Америки - наочний приклад діалектичного взаємозв'язку випадковості і необхідності в історії територіальних відкриттів. Норманнское відкриття Америки виявилося передчасним, не мало значних загальісторичних наслідків і не залишило скільки-небудь помітного сліду в історії середньовічної науки. Через 5 століть в інших історичних умовах, на іншому рівні розвитку науки про Землю, Америку відкривають одночасно Колумб, Кабрал, Амеріго, Кабот і ін. Європейські мореплавці. Але Експедиції Колумба виявилися найбільш важливими за своїми общеисторическим наслідків. Якби не було цих експедицій відкриття Америки було б відстрочена лише на деякі роки.
Російський мореплавець Ф.П. Літке писав:
«Велика частина найважливіших географічних відкриттів зроблена була випадково. Збитий з шляху свого норманський морський розбійник доставив перші відомості про Ісландії. Колумб, який шукав найближчого шляху в Східну Індію відкрив Новий Світ, послідовники його, шукали того ж, відкрили міріади островів, розсіяних по простору Великого океану ».
Літке запропонував розрізняти поняття «відкриття» від поняття «відшукання»: «Колумб знайшов, а не відкрив Америку, Кук знайшов острова Маркіза Мендози (Маркізькі острови), Нові Гібриди».
М.М. Зубов запропонував наступний підрозділ «відшукання»:
1. відшукання об'єктів вже відкритих, але нанесених на карту невірно. Прикладом може служити відшукання Маркізьких островів Д. Куком. Раніше вони 1595 р були відкриті.
2. відшукання об'єкта, засноване на деяких розрахунках. Наприклад, острів Візе. Положення його було перечислити В.Ю. Візе в 1924 р про знайдений острів в 1930 р
3. відшукання об'єкта за розповідями місцевих жителів. Так, Літке відкрив Каролінські острова.