Культура современного естествознания

             Культура совремнного естествознания.     

        Введение. Предмет истории естествознания.

Термин “естествознание” несет несколько смыслов, которые необходимо уточнить. С одной стороны – это знание о “естественном”, что само по себе не прояснено. С другой стороны, о каком, собственно, знании идет речь?

Понятие “естественного” подразумевает природу, как она есть и противопоставляется с одной стороны сверхъестественному, с другой – искусственному, причем острота этих противопоставлений меняется от эпохи к эпохе. Природа, “физис” по-гречески, термин сам по себе очень многоплановый /2/. Первоначальное его значение - “рождение того, что растет” /3/, то есть организма. Поэтому под “физикой” греки подразумевали то, что мы сейчас называем ест

ествознанием, а именно, науки о природных живых организмах, человеке как биологическом объекте, мире в целом, который представлялся грекам как единый, живой организм и который греки впервые попытались объяснить рационально.

Под “знанием” ныне мы понимаем главным образом научное знание, поэтому, мы не обойдем вопроса о том, что есть наука как таковая, и когда зарождается наука о природе. Ведь магия является также знанием о природных явлениях: наука по Дж. Фрэзеру замещает магию как область человеческой деятельности. Среди многочисленных определений, что есть наука, наиболее краткое и в то же время емкое принадлежит Аристотелю: “ Наука – это знание, основанное на доказательстве”. Базируясь на этом определении науки как некоей методологии, которая в современной терминологии называется гипотетико-дедуктивным методом, можно попутно решить очень важный вопрос о времени и месте зарождения науки как таковой и естественных наук, в частности. В VI веке до н.э. в ионийских городах Древней Греции среди философов, астрономов и математиков, которые, впрочем, так еще не назывались, впервые начинает систематически применяться научная гипотеза и дедуктивное доказательство, ставшие впоследствии главными орудиями в приобретении знаний. В предшествующих и сопутствующих восточных культурах, несмотря на высокий, порой даже более высокий, чем у греков (в Вавилоне) уровень знаний в математике и астрономии, эти важнейшие компоненты отсутствовали.

В разделе курса, посвященном истории естествознания мы будем рассматривать ее как единый поток, не разбивая его на отдельные реки, ручьи и т.д. То есть, мы не будем изучать истории частных наук во времени и пространстве, а, придерживаясь хронологического принципа, рассматривать, прежде всего, наиболее “продвинутые” в теоретическом плане науки, обращая малое внимания на науки, находящиеся в “описательно-классификационном” состоянии.

Тем более что помимо внешних причин, обуславливающих не одновременность развития наук, существует и внутренняя логика развития науки, впервые сформулированная основателем позитивизма Огюстом Контом. В своей классификации наук О.Конт поставил математику на первое место, ибо она не нуждается в других науках. Далее - механику, для которой необходима лишь математика, затем астрономия, для которой нужна и математика и механика и т.д. Действительно, для прогресса математики не требуется никаких знаний, кроме математических, она может развиваться даже в том случае, если других наук вообще не будет (необходим лишь первый толчок). Существование же, например, биологии как теоретической науки немыслимо без предшествующего развития физики, химии, физиологии и анатомии. Именно поэтому первоначально большее внимание будет уделяться математике, астрономии и лишь затем механике, физике и т.д. Это, конечно, не означает, что для появления элементов “более сложных” наук необходимо полностью сложиться ее “предшественницам”. Но это будет еще не теоретическая наука. Для различения наук, находящихся на “описательно-классификационном” и “теоретическом” этапах развития, еще в древности существовало два термина. Первые назывались “историей”, а вторые – “философией”. Нас будет более интересовать история "философии", а точнее, натурфилософии.

1.2.1. Преднаука Древнего  Востока.

Элементы естественных знаний, знаний в области естественных наук, накапливались постепенно в процессе практической деятельности человека и формировались большей частью исходя из потребностей этой практической жизни, не становясь самодостаточным предметом деятельности. Выделяться из практической деятельности эти элементы начали в наиболее организованных обществах, сформировавших государственную и религиозную структуру и освоивших письменность: Шумер и Древний Вавилон, Древние Египет, Индия, Китай.

Чтобы понять, почему одни элементы естествознания появляются ранее других, вспомним, области деятельности, знакомые человеку той эпохи:

• сельское хозяйство, включая земледелие и скотоводство;
• строительство, включая культовое;
• металлургия, керамика и прочие ремесла;
• военное дело, мореплавание, торговля;
• управление государством, обществом, политика;
• религия.

Рассмотрим вопрос: развитие каких наук стимулируют эти занятия?

Сельское хозяйство.

1. Развитие сельского  хозяйства требует развития соответствующей  сельскохозяйственной (с/х) техники. Однако  от развития последней до обобщений  механики слишком долгий путь, чтобы всерьез рассматривать генезис механики из, скажем, потребностей земледелия. Хотя практическая механика, несомненно, развивалась в это время. Например, можно проследить появление из примитивной древнейшей зернотерки, через зерновую мельницу (жернова) водяной мельницы (V-III вв. до н.э.) – первой машины в мировой истории.

2. Ирригационные работы  в Древнем Вавилоне и Египте  требовали знания практической  гидравлики.

Управление разливом рек, орошение полей при помощи каналов, учет распределяемой воды развивает элементы математики. Первые водоподъемные приспособления – ворот, на барабан которого был намотан канат, несущий сосуд для воды; «журавль» – древнейшие предки кранов и большинства подъемных приспособлений и машин.

3. Специфические климатические условия Египта и Вавилона, жесткое государственное регулирование производства диктовали необходимость разработки точного календаря, счета времени, а отсюда – астрономических познаний. Египтяне разработали календарь, состоящий из 12-ти месяцев по 30 дней и 5-ти дополнительных дней в году. Месяц был разделен на 3 десятидневки, сутки на 24 часа: 12 дневных часов и 12 ночных (величина часа была не постоянной, а менялась со временем года).

Этот солнечный календарь послужил основой для построения юлианского календаря. Ботаника и биология еще долго не выделялись из сельскохозяйственной практики. Первые начатки этих наук появились только у греков.

Строительство.

4. Строительство, особенно  грандиозное государственное и  культовое требовали, по крайней  мере, эмпирических знаний строительной механики и статики, а также геометрии. Древний Восток был хорошо знаком с такими механическими орудиями как рычаг и клин. На сооружение пирамиды Хеопса пошло 23 300 000 каменных глыб, средний вес которых равен 2,5 тонны. При сооружении храмов, колоссальных статуй и обелисков вес отдельных глыб достигал десятков и даже сотен тонн. Такие глыбы доставлялись из каменоломен на специальных салазках. В каменоломнях для отрыва каменных глыб от породы служил клин. Подъем тяжестей осуществлялся с помощью наклонных плоскостей. Например, наклонная дорога к пирамиде Хефрена имела подъем 45,8 м и длину 494,6 м. Следовательно, угол наклона к горизонту составлял 5,3º, и выигрыш в силе при поднятии тяжести на эту высоту был значительным.

Для облицовки и пригонки камней, а возможно и при подъеме их со ступеньки на ступеньку, применялись качалки. Для поднятия и горизонтального перемещения каменных глыб служил также рычаг.

5. К началу последнего тысячелетия до н.э. народам Средиземноморья были достаточно хорошо известны те пять простейших подъемных приспособлений, которые впоследствии получили название простых машин: рычаг, блок, ворот, клин, наклонная плоскость. Однако до нас не дошел ни один древнеегипетский или вавилонский текст с описанием действия подобных машин, результаты практического опыта, видимо, не подвергались теоретической обработке. Строительство больших и сложных сооружений диктовало необходимость знаний в области геометрии, вычислении площадей, объемов, которое впервые выделилось в теоретическом виде. Для развития строительной механики необходимо знание свойств материалов, материаловедение. Древний Восток хорошо знал, умел получать очень высокого качества кирпич (в том числе обожженный и глазурованный), черепицу, известь, цемент.

Ремесла.

6. В древности (еще до  греков) было известно 7 металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, ртуть, железо, а также сплавы между ними: бронзы (медь с мышьяком, оловом  или свинцом) и латуни (медь с  цинком). Цинк и мышьяк использовались  в виде соединений. Существовала и соответствующая техника для плавки металлов: печи, кузнечные мехи и древесный уголь как горючее, что позволяло достигнуть температуры 1500 0С для плавления железа. Разнообразие керамики, производимой древними мастерами, позволило, в частности, археологии в будущем стать почти точной наукой. В Египте варили стекло, причем разноцветное, с применением разнообразных пигментов-красителей. Широкой гамме пигментов и красок, применявшихся в различных областях древнего мастерства, позавидует современный колорист. Наблюдения над изменениями природных веществ в ремесленной практике, наверное, послужили основой для рассуждений о первооснове материи у греческих физиков. Некоторые механизмы, применяемые ремесленниками, чуть ли не до сей поры, изобретены в глубокой древности. Например, токарный станок (конечно, ручной, деревообрабатывающий), прялка.

Области деятельности высших классов общества.

7. Достаточно долго  можно распространяться о влиянии  торговли, мореплавания, военного дела  на процесс возникновения научных знаний. Отметим только, что даже простейшие виды оружия должны делаться с интуитивным знанием их механических свойств. В конструкции стрелы и метательного копья (дротика) уже заложено неявное понятие об устойчивости движения, а в булаве и боевом топоре – оценка значения силы удара. В изобретении пращи и лука со стрелами проявилось осознание зависимости между дальностью полета и силой броска.

В целом, уровень развития техники в военном деле был значительно выше, чем в сельском хозяйстве, особенно в Греции и Риме. Мореплавание стимулировало развитие той же астрономии для координации во времени и пространстве, техники строительства судов, гидростатики и многого другого.

Торговля способствовала распространению технических знаний. Кроме того, свойство рычага – основы любых весов было известно задолго до греческих механиков-статиков. Следует отметить, что в отличие от сельского хозяйства и даже ремесла, эти области деятельности были привилегией свободных людей.

8. Управление государством  требовало учета ираспределения продуктов, платы, рабочего времени, особенно, в восточных обществах. Для этого были нужны хотя бы зачатки арифметики. Иногда (Вавилон) государственные нужды требовали знаний астрономии. Письменность, сыгравшая важнейшую роль в становлении научных знаний – во многом продукт государства. Трудно переоценить роль государственных потребностей в становлении письменности, арифметики, астрономии.

9. Взаимоотношения религии  и зарождающихся наук предмет  особого глубокого и отдельного  исследования. В качестве примера укажем лишь, что связь между звездными небом и мифологией египтян очень тесная и прямая, а потому развитие астрономии и календаря диктовалось не только нуждами сельского хозяйства. В дальнейшем, в контексте материала лекций,  мы будем обращать внимание на эти связи.

Постараемся просуммировать сведения о том, что было выделено на Древнем Востоке как теоретическое знание.

Математика.

Известны египетские источники II-го тысячелетия до н.э. математического содержания: папирус Ринда (1680 г. до н.э., Британский музей) и Московский папирус. Они содержат решение отдельных задач, встречающихся в практике, математические вычисления, вычисления площадей и объемов. В Московском папирусе дана формула для вычисления объема усеченной пирамиды.

Площадь круга египтяне вычисляли, возводя в квадрат 8/9 диаметра, что дает для числа пи остаточно хорошее приближение – 3,16. Несмотря на существование всех предпосылок  О. Нейгебауэр – крупнейший специалист по науке античности -  отмечает достаточно низкий уровень теоретической математики в древнем Египте. Это объясняется следующим: “Даже в наиболее развитых экономических структурах древности потребность в математике не выходила за пределы элементарной домашней арифметики, которую ни один математик не назовет математикой. Требования же к математике со стороны технических проблем таковы, что средств древней математики было недостаточно для каких бы то ни было практических приложений”.

Шумеро-вавилонская математика была на голову выше египетской. Тексты, на которых основаны наши сведения о ней относятся к 2-м резко ограниченным и далеко отстоящим друг от друга периодам: большая часть – ко времени древневавилонской династии Хаммурапи 1800 – 1600 гг. до н.э., меньшая часть – к эпохе Селевкидов 300 – 0 гг. до н. э. Содержание текстов отличается мало, появляется лишь знак “0”. Невозможно проследить развитие математических знаний, все появляется сразу, без эволюции. Существует две группы текстов: большая – тексты таблиц арифметических действий, дробей и т.п., в том числе ученические, и малочисленная, содержащая тексты задач (около 100 из найденных 500 000 табличек).