Задание 1. Докажите, что для современного этапа развития естествознания характерна интеграция наук. Для этого изучите примеры научных исследований по физике, химии, физиологии и медицине, за которые недавно были присуждены Нобелевские премии и приведите пример открытия, которое носит междисциплинарный характер.

Задание 2. Поразмышляйте над следующими высказываниями ученых.

Л. Ландау: «Все науки делятся на естественные, неестественные и противоестественные».

Э. Резерфорд: «Все науки делятся на физику и коллекционирование марок».

И. Кант: «В каждой науке столько истины, сколько в ней математики».

Какие из них носят шутливый характер? Выскажите свои доводы «за» или «против» этих высказываний.

Общая характеристика этапов. Слово «естествознание» происходит от слов «естество» (природа») и «знание», то есть дословно означает знание о природе. В настоящее время этот термин употребляется в двух смыслах.

В широком смысле естествознание – это совокупность знаний о природных объектах, явлениях и процессах. Такие знания были необходимы человеку всегда: для того, чтобы ориентироваться в окружающей обстановке, распознавать опасности, находить способ их избежать, растить детей, находить пропитание для своей семьи и многого другого. В связи с этим потребность в познании и начальные знания о природе появились еще на заре развития человечества, однако долгое время были разрозненными.

В узком смысле естествознание – это комплекс естественных наук (физики, биологии, химии, астрономии и др.), взятых в их взаимосвязи, как единое целое. Каждая из естественных наук представляет собой систему знаний об определенной области действительности: например, биология – о живой природе, астрономия – о космических объектах и т.д. Системные знания, охватывающие широкий круг явлений и опирающиеся на прочные экспериментальные основания, появились сравнительно недавно, начиная примерно с XVII века. Поэтому естествознание как комплекс естественных наук – более узкое понятие, в историческом плане это всего лишь один из этапов развития естествознания в широком смысле. С другой стороны, на этом этапе, который называют научным, ученым удалось экспоненциально расширить представления об окружающем мире, кардинально изменив жизнь каждого человека. При этом разрозненные знания, накопленные ранее, прошли экспериментальную проверку и были включены в общую систему знаний о природе.

В связи с этим в данном параграфе, чтобы отразить исторический контекст, мы рассмотрим этапы развития естествознания в широком смысле. А во всех последующих параграфах сосредоточимся на естествознании как комплексе естественных наук, чтобы дать представление о современной естественнонаучной картине мира. Очевидно, что в рамках одного параграфа нельзя даже конспективно описать историю развития естествознания, которая длится тысячелетия и содержит множество великих имен и открытий. Задача – в другом. Глава называется «Методы научного познания» и важно показать эволюцию этих методов в процессе естественнонаучного познания, а также роль научного метода в становлении современной науки.

Когда зародилось естествознание никто не знает. Дело в том, что для ответа на этот вопрос требуются письменные источники, которых не существовало на заре развития естествознания. Видимо, первые естественнонаучные знания появились тогда же, когда и первые цивилизации. Такие изобретения как обожженный кирпич, гончарный круг, колесо относят ко времени – 3 тысячи лет до н.э., то есть около 5 тысяч лет назад. Две тысячи лет до н.э. люди уже пользовались циркулем и весами, а преодолевать морские просторы им помогали компас, паруса и весла. Эти изобретения несомненно требовали определенных знаний об окружающем мире и творческой мысли для их практических приложений. Но в целом период до VI века до н.э. называют мифологическим и не относят к естествознанию, поскольку природные явления здесь связываются весьма случайным образом. В мифах зачастую неодушевленным предметам приписываются свойства одушевленных (Солнце, Луна, звезды – это люди, которые жили на Земле, потом поднялись на небо и превратились в светила), а природные тела и естественные силы природы обожествляются.

Далее в развитии естествознания выделяют несколько этапов, которые в целом примерно соответствуют историческим периодам: Древний мир – натурфилософский этап развития естествознания (VI в. до н.э. – V в. н.э.); Средневековье – этап застоя в развитии естествознания (V в. – XIV в.) и переходный этап (XIV в. – XVI в.), Новое время и Новейшее время (XVII в. – XXI в.) – научный этап. Схематически эти этапы представлены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Этапы развития естествознания

Примечательно, что если первые три этапа, предваряющие возникновение естествознания как науки, заняли во времени целых два тысячелетия (а с учетом мифологического этапа намного больше), то самый молодой научный этап, современниками которого мы все являемся, длится всего около 400 лет. При этом подавляющее число открытий, раскрывающих тайны окружающего мира, было сделано именно за это короткое время.

Одна из причин этого – внедрение в практику исследования особого метода познания, получившего название «научный метод». В связи с этим, не углубляясь в историю развития естествознания (это тема для отдельного учебника), сконцентрируем свое внимание на том, какие методы использовали естествоиспытатели на каждом из трех этапов.

Натурфилософский этап. На этом этапе естествознание развивалось как единая область – натурфилософия . Термин происходит от двух латинских слов: «nature» – природа и «philosofhia» – философия. Интересно, что слово «философия» (дословно любовь к мудрости) впервые употребил Пифагор, поскольку, с его точки зрения, звания мудреца достоин только бог, а человек может лишь испытывать влечение к мудрости, то есть быть философом.

Яркие представители этого этапа – философы Древней Греции и Древнего Египта: Фалес Милетский, Пифагор, Демокрит, Архимед, Гиппократ, Птолемей, Аристотель и др.

Начало натурфилософского этапа, как правило, связывают с именем Фалеса Милетского (VI в. до н.э.), который мог предсказывать солнечные затмения, научился вычислять время солнцестояний и равноденствий, определил угловой размер Луны и Солнца (рис. 1.2) и сделал много других открытий. Фактически он первым разработал математический метод изучения небесных тел.

Рис. 1.2. Определение угловых размеров Луны и Солнца

В натурфилософский период начинает формироваться научный стиль мышления, включающий любознательность, стремление к истине, критическое отношение к недоказанным положениям, а также поиск универсальных идей, законов, начал, дающих ключ к пониманию природы. Теоретические основы современного естествознания были заложены именно тогда, а многие термины современного естествознания введены древними греками.

Например, слово «атом» (от гр. неделимый) введено в обиход Демокритом еще в V в. до н.э. Он создал атомистическое учение, предположив, что все окружающие тела состоят из неделимых частиц – атомов, а весь окружающий нас мир можно свести к различным сочетаниям атомов и пустоты. Не правда ли, звучит весьма современно?

Хотя надо учитывать, что сами атомы Демокрит представлял как объекты, которые различаются тремя свойствами: «фигурой», «размером» и «поворотом». Например, «I» отличается от «II» размером, «I» от «III» – фигурой, а «III» от «IV» – поворотом (рис. 1.3). А все многообразие различных тел он объяснял сочетанием этих свойств. Например, тело, состоящее из круглых и небольших по размеру атомов – сладкое, а из гладких, косых и малых по величине – горьким, что, конечно, не соответствует современным представлениям.