Общее естествознание 27 веков последовательно формирует сменяемые научные картины мира (НКМ). Новая полисистемная версия эволюции НКМ базируется на поэтапном познании природных полисистем - компонентов иерархической суперсистемы. Показана преемственность, дополнительность, интеграция и коррекция знания полисистем в эволюции НКМ. Установлено её основное направление - адекватное моделирование природной суперсистемы. Следующим этапом познания становится эволюционно - системная НКМ ХХI в. Учебный курс "Эволюция НКМ" целесообразно включить в программу высшего образования.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:научная картина мира, эволюция, открытие полисистем, моделирование суперсистемы.
ВВЕДЕНИЕ
Научная картина мира (НКМ) является системным обобщением основных концепций естествознания, созданных науками о природе. В течение 27 веков периодически формируются сменяемые НКМ в принятой последовательности: натурфилософская, механическая, химико- термодинамическая, электромагнитная, квантово - релятивистская [1,2].
Основной причиной смены НКМ является открытие новых фрагментов природы и соответствующих законов. Процессы познания природы выражаются и обобщаются в эволюции НКМ, которая происходит при практически стационарном состоянии фундаментальных атрибутов самой природы. В работе [3] главным направлением научного познания считается поиск субстанции. Предлагаемая полисистемная версия эволюции НКМ основана на представлении о строении метагалактики в виде иерархической суперсистемы [4] - природном прообразе понятийной структуры НКМ. Динамичная иерархия суперсистемы состоит из максимально распространённых, устойчивых, однородных и взаимосвязанных компонентов - полисистем.
Основными вещественными полисистемами являются фундаментальные и элементарные (составные) частицы, атомные ядра, атомы (и ионы), молекулы (и радикалы), конденсированные (твёрдые и жидкие) тела, газоплазменные образования, плазменные и сверхплотные звёзды, звёздные скопления (и системы), галактики (и их ядра), скопления галактик, ячеистая структура галактических скоплений, межгалактическое вещество. Природными полисистемами могут быть менее изученные тёмная материя и тёмная энергия, квантовые физические поля, строение вакуума, элементарные заряды, слабовзаимодействующие и виртуальные частицы [5,6].
При становлении современной суперсистемы произошёл естественный отбор наиболее устойчивых полисистем. Его предопределило соотношение действующих сил - модификаций фундаментальных взаимодействий. Локальное доминирование притяжения синтезирует систему (из подсистем), а отталкивание разделяет её (на элементы -подсистемы). Последующее уравновешивание этих сил (по принципу Ле-Шателье) создаёт условия длительной устойчивости полисистемы. В полисистемах микро-, макро- и мегамира доминируют силы притяжения соответственно сильного, электромагнитного и гравитационного взаимодействия.
Пространственные параметры автономных систем зависят от средней длины и расположения уравновешенных связей элементов - подсистем. Конфигурация вещественной суперсистемы зависит от соотношения сил притяжения и отталкивания в пространстве между полисистемами. Последовательность сосуществующих, взаимосвязанных и вложенных полисистем образует иерархию суперсистемы. Наблюдается сопряжённая эволюция доминантных сил, полисистем и законов природы.
По сути природного прообраза полисистема сближается с понятиями класс явлений, субстанция, фрагмент природы, форма материи. Системность является одним из общих атрибутов природы (наряду с пространством-протяжённостью, временем-длительностью и энергией-действенностью). Поэтому познание природы можно представить в виде полисистемной эволюции НКМ.
Далее дана краткая характеристика эволюции НКМ. Она акцентирована на поэтапном познании природной суперсистемы - открытии неизвестных полисистем, их взаимодействий и законов.
НАТУРФИЛОСОФСКАЯ НКМ
Первая НКМ создана древнегреческими философами в VII-IVв. до н.э. Её творцами были Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, Анаксагор, Гераклит, Эмпедокл, Демокрит и великий Аристотель. Ими впервые образована система общих понятий естествознания и осуществлено научное исследование строения и движения наблюдаемой планетарной природы. Первые математические методы и системы познания создали Платон, Эвклид, Пифагор.
Мир Аристотеля материален и динамичен. Он состоит из пяти стихий (элементов, субстанций) - земли, воды, воздуха, огня и эфира. При формировании материи потенциальная сила (возможность) превращается в энергию - акт осуществления действительности. Формы материи (как и системы) делимы до бесконечности (по Аристотелю) или до атомов (по Демокриту).
Стихии состоят из вечно движущихся атомов и взаимно превращаются при сгущении и разрежении. Соответственно (по Эмпедоклу) в мире господствуют силы притяжения (любовь) и отталкивания (ненависть). Движение тел включает возникновение, уничтожение, увеличение, уменьшение, превращение, перемещение. Видимый космос находится в вечном круговом вращении сфер (под действием перводвигателя-бога). Геоцентрическая астрономия Гиппарха - Птолемея стала первым приближением к научной картине космоса. У гениев есть эти и другие ошибочные утверждения. В натурфилософской НКМ обоснованы наблюдениями следующие научные обобщения:
--
система основных понятий, методика и логика исследования природы;
--
единый материальный мир, который образуют стихии (планетарные полисистемы): газообразная (воздух), жидкая (вода), твёрдая (земля), плазменная (огонь), эфирная (предшественница вакуума и физического поля);
--
всеобщая делимость тел, т.е. предпосылка иерархической системности и связности природных объектов;
--
потенциальная и действенная (актуальная) энергия как сила - причина движения и превращения стихий - полисистем;
--
многие виды движения тел (включая возникновение и уничтожение) в качестве предпосылки общей эволюции систем.
Эти положения были сохранены и развиты в последующих НКМ.
МЕХАНИЧЕСКАЯНКМ
Становление второй НКМ в ХVI-ХVIIв. связано с именами Н.Коперника, Г.Галилея, И.Кеплера, И.Ньютона, Р.Декарта, П.Лапласа. Одной из её предпосылок является представление о движении тел под действием сил притяжения (в предыдущей НКМ). И.Ньютон разработал новую парадигму исследования природы (методы принципов и индукции, единство в развитии теории и эксперимента, правила философских умозаключений, математическое описание физической реальности). Он сформулировал основные понятия и открыл законы классической механики, включая всемирное тяготение.
В механической НКМ по И.Ньютону Вселенная представляется совокупностью движущихся тел, состоящих из неизменных однородных корпускул. Тела взаимосвязаны силами тяготения, которые мгновенно действуют в пространстве и времени. Единственно действующая сила тяготения зависит только от массы тел и расстояния между ними. Динамика твёрдых тел дополнена гидро- и газодинамикой. Природа представляется подобной механизму, части которого жёстко детерминированы, а движение предопределено законами классической механики. Среди ошибок этой НКМ числятся абсолютизация пространства, времени, гравитации, исключение эволюции. Но на её основе была создана эволюционная история солнечной системы и предпосылки волновой и корпускулярной теории света. В механической НКМ впервые доказательно обоснованы следующие научные достижения:
--
комплекс понятий, выражающий основные явления механической формы движения и полисистемы земных и космических тел;
--
принципы материального единства, причинности, детерминизма и экспериментального обоснования законов природы;
--
законы фундаментального гравитационного взаимодействия, присущие вещественным полисистемам;
--
гелиоцентрическая система мира (в качестве единственного экземпляра неизвестной тогда звёздно - планетарной полисистемы).
Механическая НКМ создала гармоничное понимание всемирной динамики массивных тел. Она опровергла религиозное истолкование и ошибки в НКМ Аристотеля. Последняя была существенно скорректирована и дополнена знанием законов механического движения полисистем макро- и мегамира. Открытия на новых направлениях исследования обнаружили ограниченность механической НКМ. Они предотвратили её экспансию за границы адекватности, сохранив позитивное содержание.
ХИМИКО-ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ НКМ
Третья НКМ была создана в ХVIII-XIХв. на основе исследования атомно - молекулярного строения тел и энергии их взаимодействия. Одной из её предпосылок стала атомно-корпускулярная гипотеза в предыдущих НКМ.
Становление химического компонента НКМ связано с именами Р.Бойля, Д.Дальтона, А.Лавуазье, А.Авогадро, Я.Берцелиуса, Д.Менделеева. Они открыли основные зависимости химических свойств и реакций от вида атома и состава молекул. Периодическая система элементов обобщила зависимости состав-свойства атомной полисистемы. В открытиях использовали наследие предыдущей НКМ - представление о постоянной массе как основном свойстве элемента и молекулы. Но в поиске причины химического взаимодействия создана теория электрохимической связи элементов. Она сопряжена с электромагнитной НКМ.
Становление термодинамического компонента НКМ определили С.Карно, Б.Клайперон, В.Томсон, Р.Клаузиус, Д.Максвелл, Л.Больцман, Р.Майер, Д.Джоуль, Г.Гельмгольц, Д.Гиббс, В.Нернст. Они исследовали и открыли законы (начала) состояния, перехода и превращения тепловой энергии атомно-молекулярных систем. Молекулярно-кинетическая теория теплоты описывает движение газов, жидкостей и твёрдых тел в виде системы множества взаимодействующих частиц. Этим вызван переход от динамических к статистическим закономерностям и методам теории вероятности.
Тепловая энергия тел превращается в механическую и химическую формы энергии. Закон сохранения и эквивалентного превращения энергии был позже распространён на все полисистемы микро- и мегамира. К недостаткам этой НКМ можно отнести представления о неделимости атомов, доминировании тепловой энергии в мире и единственном направлении эволюции - рассеивании энергии замкнутых систем (росте энтропии). В химико-термодинамической НКМ обобщены следующие достижения:
--
новые понятия о строении и взаимодействии атомной и молекулярной полисистем;
--
принципы сохранения и превращения энергии, постоянства массы и превращения вещества (в химических реакциях), стохастичности (и теории вероятности);
--
начала термодинамики и законы химического взаимодействия;
--
присущность тепловой энергии взаимодействиям в газовой, жидкой и твёрдой полисистемах.
Химико - термодинамическая НКМ дополнила предыдущую НКМ знанием атомной и молекулярной полисистем и новых форм энергии их взаимодействия. В ней уже просматривается планетарный фрагмент иерархической суперсистемы: атомы - молекулы - газ - жидкость - твёрдые тела.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ НКМ
Формирование четвёртой НКМ в XIХ-начале ХХв. определили работы Г.Эрстеда, А.Ампера, М.Фарадея, Д. Максвелла, Г.Герца, В.Вина, А. Майкельсона. Исследуя индукцию электромагнитного взаимодействия заряда и тока, Фарадей и Максвелл ввели понятие физического поля, которое сменило гипотезу механического эфира. Электромагнитное поле представляется непрерывно распространенным видом материи наряду с дискретными частицами вещества и зарядами. По аналогии возникла гипотеза гравитационного поля, передающего притяжение масс.
Исследование обосновало динамическую теорию электромагнитного поля и уравнения Максвелла-Герца. Свойства электромагнитного поля включают собственное энергосодержание и конечную скорость волнообразного движения, равную скорости света. Представление об электрических зарядах и их движении стало предпосылкой для выяснения строения нейтрального атома из противоположно заряженных частиц. В этой НКМ содержатся следующие достижения:
--
система понятий, обобщённо выражающих электромагнитные явления;
--
открытие нового фундаментального взаимодействия и полисистемы - физического поля;
--
законы взаимодействия электромагнитного поля, тока и зарядов в полисистемах атомов, молекул и макроскопических тел.
Четвёртая НКМ дополнила третью знанием полисистемы зарядов электромагнитного поля, её взаимодействий и законов. На этой основе были взаимосвязаны и объяснены многие оптические, тепловые и химические явления атомной и молекулярной полисистем. Новая полевая полисистема присоединилась к иерархии природной суперсистемы. Позже была создана электродинамика квантовых, плазменных, космических полисистем.
КВАНТОВО-РЕЛЯТИВИСТСКАЯ НКМ
В ХХв. пятая НКМ стала обобщением достижений физики атома, атомного ядра, элементарных частиц, квантовой механики, теории относительности, астрономии и космологии. Её создавали Э.Резерфорд, Н.Бор, М.Планк, А.Эйнштейн, Л.деБройль, Э.Шрёдингер, П.Дирак, В.Гейзенберг, В.Паули, Г.Гамов, М.Гелл-Ман, С.Вайнберг, С.Фейнман, Э.Хаббл, Э.Гершпрунг, А.Эддингтон, Я.Зельдович, Л.Ландау, С.Хокинг и другие учёные. Эта НКМ основывается на фундаментальных законах строения и взаимодействия квантовых систем микромира и космических систем мегамира.
При исследовании микромира были открыты строение атомов (боровская и квантовая модель), барионная структура атомных ядер, система элементарных частиц (стандартная модель), строение барионов (кварковая модель), а также фундаментальные сильное и слабое взаимодействия. В основу науки о полисистемах микромира положены новые понятия и принципы дискретности энергии квантов, квантового состояния (фиксированного набором квантовых чисел), корпускулярно-волнового дуализма, сохранения, дополнительности, неопределённости, стохастичности, симметрии, соответствия.
Принципы и законы квантовой механики были распространены на теорию поля, на системы с бесконечным числом степеней свободы. Открыто взаимодействие частиц - фермионов и бозонов (квантов бозонных полей). В квантовой теории поля предвидится объединение и генезис фундаментальных взаимодействий.
Релятивистская физика установила законы движения частиц с околосветовой скоростью и их пространственно-временные отношения. Основой специальной теории относительности являются принципы равноправия инерциальных систем отсчёта (в изотропном пространстве) и постоянства скорости света в вакууме. О?бщая тео?рия относи?тельности (геометрическая теория тяготения ОТО) постулирует деформацию пространства - времени, обусловленную воздействием массы-энергии (в сильном гравитационном поле). Эффекты ОТО включают гравитационное отклонение излучения, красное смещение, замедление времени, искривление пространства, существование чёрных дыр.
При изучении мегамира создана теория релятивистского движения космических объектов, открыто множество планетных, звёздных, галактических и межгалактических систем, установлена крупномасштабная изотропность и структура галактических скоплений.
Таким образом, в пятой НКМ иерархия суперсистемы дополнена группой полисистем микромира (от атомного ядра до кварков и лептонов) и мегамира (от звёзд - карликов и планет до вакуума, межгалактического вещества и физических полей).
При эволюции НКМ корректируется значимость и пределы применимости ранее открытых законов и взаимодействий полисистем. Существенно дополненная иерархия обозначила их положение и взаимосвязи в познаваемой суперсистеме. В частности, предыдущая абсолютизация пространства, времени, гравитации ограничена принципом соответствия. Этот методологический принцип утверждает: новая теория находится не в полном противоречии с хорошо проверенной предыдущей теорией, а их следствия совпадают в предельном приближении (частном случае). Примером предельного приближения служит теория тяготения Ньютона по сравнению с ОТО Эйнштейна.
ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И НКМ
Наряду с основными полисистемами НКМ активно изучаются локальные системы на поверхности обитаемой нами планеты. К ним можно отнести геологическую, экологическую, биологическую, социальные - вещественные и абстрактные (интеллектуальные) системы.
Локальные системы являются автономными разновидностями основных полисистем. В частности, человечество (социум) относится к полисистеме конденсированных тел, к тому виду макромолекулярных многоклеточных организмов, которому присущи уникальные свойства жить, познавать, создавать.
Маловероятность социума опровергает антропоцентризм в НКМ и его современное проявление - сильный антропный принцип Д.Уилера (разумные наблюдатели необходимы для обретения Вселенной бытия). Ближе к объективности мнение К.Сагана о нашей незаметности в масштабе Вселенной. Учёные шутят: отсутствие контакта с инопланетянами доказывает их истинную разумность. Мы незаметны, но всё больше и лучше замечаем, узнаём, создаём и обобщаем (в форме НКМ).
Социальная ориентация науки антропоцентрична, т.к. жизненно важна для общества, поэтому локальные планетарные системы изучены лучше остального мира. Многие законы и свойства всемирной суперсистемы были открыты при изучении локальных систем. К примеру, иерархия системности, превращение и сохранение энергии, основные агрегатные состояния и фазовые переходы, фундаментальные взаимодействия, универсальная эволюция организмов.
В социуме наука - основная подсистема познавательной деятельности, а конкретные науки в естествознании и обществоведении - соответственно, подсистемы познания природы и самопознания социума. В комплексе этих этих подсистем НКМ отличается интеллектуальным содержанием - обобщённым моделированием природы (её воспроизведением в понятийном синтезе научных концепций). Социум уникален в качестве создателя НКМ.
БУДУЩАЯ НКМ XХI ВЕКА
В современной НКМ доминируют тенденции синтеза научных знаний.
Они выражаются в стремлении создать общенаучную картину мира на основе принципов универсального эволюционизма, объединяющих идеи системного и эволюционного изучения природы [4]. Принципы эволюции, установленные Ч.Дарвиным в биологии, транслируются в физику, химию, космологию. Созданы теории Большого взрыва, горячей расширяющейся Вселенной, энергодинамики фундаментальных взаимодействий, возникновения и развития основных полисистем.
Синтезу знаний способствует исследование системности в природе и обществе. Это относится к самоорганизующимся, управляемым, открытым, каталитическим, нелинейным, особо сложным, информационным, интеллектуальным системам. Открыты новые полисистемы микромира - слабовзаимодействующие частицы WIMP (тёмная материя) и тёмная энергия отталкивания, порождаемая вакуумом. Их проявленное воздействие на эволюцию космоса многократно превосходит известные ранее силы. Предполагается открытие поля Хиггса, вызывающее гравитацию в микромире, и МССМ (минимальной суперсимметричной Стандартной модели). Разрабатываются гипотезы суперструнного строения свёрнутых пространств субмикромира и множественности эволюционирующих Вселенных мультиверса (супермегамира).
В НКМ XХIв. существующая модель суперсистемы будет дополнена вновь открытыми и экспериментально проверенными полисистемами, включая упомянутые выше. Исследования динамики и превращения полисистем предположительно объединятся в теорию универсальной эволюции суперсистемы. В картине познанной части мироздания появятся новые этажи, подвалы, мансарды и контуры его вечной перестройки. В общем естествознании эволюционно-системная НКМ XХIв. конкретизирует и обосновывает философское представление о процессуальности бытия.
ВЫВОДЫ
--
Эволюция НКМ предопределяется позтапными открытиями новых полисистем, их взаимодействий и законов. Предыдущая НКМ преобразуется в компонент последующей НКМ. В полисистемной эволюции НКМ наблюдается и преемственность (сохранение положительного содержания), и новизна (открытие фрагмента природной суперсистемы), и связная дополнительность (интеграция нового и старого знания), и коррекция (опровержение ошибочных представлений). Каждая НКМ должна содержать мировоззренческие представления, обобщённые концепции естествознания, основы обществознания, существенные отличия от предыдущей и предпосылки последующей НКМ.
--
Обобщая современные ей концепции естествознания, каждая последующая НКМ адекватнее моделирует (отображает в сознании, копирует в понятиях) природную суперсистему. Соответственно определяется основное направление эволюции НКМ - совершенствование обобщённой системы научных концепций, моделирующей природную суперсистему. Поиск фундаментальной субстанции сопутствует этому основному направлению. В эволюции НКМ относительные и частные истины поэтапно суммируются, асимптотически приближаясь к абсолютной. Философское обобщение Ф.Энгельса (мир есть движущаяся материя) конкретизируется естествознанием в НКМ эволюционирующей суперсистемы. Последовательности этапов эволюции суперсистемы-природного прообраза и его модели - НКМ существенно различаются.
--
Принятые наименования выражают новизну и отличие НКМ, но не соответствуют её полному содержанию. Поэтому целесообразно именовать НКМ в соответствии с периодом формирования и существования: НКМ VIIв. до н.э.-ХVв.; НКМ ХVI-ХVIIв.; НКМ ХVIII-XIХв.; НКМ XХв.; НКМ XХIв. При этом химико - термодинамическая и электромагнитная НКМ объединяются в НКМ ХVIII-XIХв. Объединение обосновано фактически одновременным возникновением и однородным содержанием открытий (сопряжённых взаимодействий атомной и молекулярной полисистем).
--
В эволюции НКМ наблюдаются:
сопряжение с развитием общества (особенно фундаментальных и прикладных наук, методов исследования и производства, мировоззрения);
усложнение, дифференциация и обобщение понятийных систем, предопределённые открытием новых природных полисистем;
включение в НКМ локальных и уникальных систем, особо важных для жизни и познания социума;
развитие предпосылок-гипотез предыдущих НКМ в открытия последующей НКМ;
коррекция открытых ранее законов в виде их ограничения, распространения или опровержения.
5. Эволюция НКМ является обобщённой историей развития естествознания. Её можно рекомендовать (после доработки) в качестве учебного курса, предшествующего программе" Концепции современного естествознания ".
БИБЛИОГРАФИЯ
[1]. Степин В.С., Кузнецова Л.Ф.Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации. - М.: ИФ РАН, 1994. - 274 с.
[2]. Кузнецов Б. Г.Эволюция картины мира.- М.: АН СССР.1961.-352с.
[3]. Эйнштейн А., Инфельд Л.Эволюция физики - М.: Наука,1965. - 328с.
[4]. Моисеев Н.Н.Логика универсального эволюционизма. // Вопросы философии. - М.: 1989, N8. - с.53.
[5]. Физика.Большой энциклопедический словарь. - М.: Научное издательство БСЭ, 1998. - 900 с.
[6]. Арав Р.И.Эволюция энергии вещественной суперсистемы. // Сб. Системные исследования и управление открытыми системами, вып.4.,Израиль, Хайфа, Центр Мехкар мейда, 2008. - с.44