Тема 5. Эволюция науки

Наука, цели науки. Возникновение науки. Разрушение мифологических систем. Научные обществ и академии 17 века. Наука на рубеже 19-20 веков. Естествознание в международном сообществе (всемирный обмен).

Наука, цели науки

Понятие Наука включает в себя как деятельность по получению нового знания, так и результат этой деятельности – сумму полученных к данному моменту научных знаний, образующих в совокупности научную картину мира.

Цели науки – описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет её изучения на основе открываемых ею законов.

Возникновение науки

Элементы научного знания начали формироваться в древних государствах: Египет, Китай, Индия. Возникновение науки относят к 6 веку до н.э., в Древней Греции. Для её возникновения был необходим определенный уровень развития производства.

С 6 в. до н.э. - 2 в. до н.э. зародились идеи об атомном строении вещества, разработана геоцентричная система мира, установлены простейшие законы статики (правило рычага), открыты закон прямолинейного распространения и закон отражения света, сформулированы начала гидростатики (закон Архимеда), наблюдались простейшие проявления электричества и магнетизма.

Разрушение мифологических систем

Формирование науки требовало разрушение мифологических систем. Характерный пример: польский астрономом и мыслителем Николай Коперник (1473-1543) разработал гелиоцентрическую систему мира в труде «О вращениях небесных тел» (1543). Теория и наблюдения Коперника на уровне обыденного сознания воспринималась как занимательная фантазия. Система принята с 1828 года после снятия запрета католической церкви. Учение Коперника было запрещено в 1616, а его книга внесена в инквизиционный «Индекс запрещенных книг». Идея гелиоцентризма высказывалась мыслителями еще до нашей эры, но таких гонений не было. Теория Коперника убирала вековое представление о центре вращения во Вселенной. Но проблемы с календарем, с ориентацией мореплавателей оставались. Коперник принял круговое равномерное движение небесных тел и центральное положение Солнца во вселенной. Развитие и уточнение его теории – заслуга ученых следующего поколения. Один из них Джордано Бруно, монах одного из неаполитанских монастырей. Он выдвинул и обосновал концепцию множественности планетарных систем. Отверг замкнутую сферу звезд, разделил небесные тела на самосветящиеся и отражающие солнечный свет. Бруно принадлежит эскиз современной картины вечной, никем не сотворенной, единой бесконечной развивающейся Вселенной, с бесконечным числом очагов Разума в ней. Великий мыслитель был обвинен в ереси и сожжен инквизицией на площади Цветов в Риме 17 февраля 1600 года. Спустя почти три столетия на этом месте воздвигнут памятник. Была гипотеза, что Солнце движется по окружности вокруг неподвижной Земли, а планеты обращаются вокруг Солнца. Тихо Браге (1546-1601), датский дворянин, посвятивший свою жизнь не воинским подвигам, а служению богине Неба – Урании. Его первое выдающееся открытие сделано в 1572 году. Он наблюдал за вспыхнувшей яркой звездой в созвездии Кассиопеи. Его наблюдения более двух десятков лет, очень точные для того времени, не подтвердили его гипотезу. Но их обработка немецким ученым Иоганном Кеплером (1571-1630) дала три закона движения планет: 1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце; 2. Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает одинаковые площади. 3. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Законы Кеплера – пример пассивного эксперимента и математической обработки его результата. В молодости Кеплер был глубоко верующий человек и увлекался астрологией.

В Советском Союзе были гонения на генетиков. Николай Иванович Вавилов (1887-1943) биолог, генетик, основоположник современного учения о биологических основах селекции. Собрал крупнейшую в мире коллекцию семян культурных растений. Академик АН СССР с 1929. Репрессирован в 1940 году, умер в тюремной больнице.

Лысенко Тимофей Денисович (1898-1976), агроном, академик АН УССР (1934), АН СССР (1939) создатель псевдонаучной концепции наследственности, изменчивости и видообразования. Отрицая классическую генетику как «идеалистическую» и «буржуазную», утверждал возможность наследования приобретенных признаков, «перерождение» одного вида в другой. Деятельность Лысенко поддерживалась И.В. Сталиным, а учение и практические рекомендации Лысенко, сулившие быстрое решение продовольственной проблемы, внедрялись административно. С 1957 опирался на поддержку Н.С. Хрущева. В результате были разгромлены научные школы в генетике, затормозилось развитие биологии и сельского хозяйства.

Генетика и кибернетика в СССР долгое время официально на уровне правительства считались лженауками и были запрещены все исследования в этих областях.

Научные обществ и академии 17 века

Для античного мышления характерно наблюдение как основной способ получения знаний. Наука 17 века стала опирается на эксперимент и аналитическое мышление. Основное достижение 17 века – создание классической механики. Первоначально науки формировались по предметному принципу. С середины 17 века в Европе начали образовываться научные общества и академии, началось издательство научных изданий.

Впервые термин «академия» использован Платоном для названия своей философской школы 387 лет до н.э. Слово «академия» происходит от имени мифологического героя Академа, в честь которого названа местность близ Афин, где и находилась школа Платона. (Академ – афинский герой, указавший Диоскурам, где была спрятана их сестра Елена, похищенная Тесеем. Считается что Академ похоронен в священной роще близ Афин. Диоскуры – близнецы, сыновья Зевса).

Кардинал Ришилье в 1635 г поставил задачу перед французской академией гуманитарных знаний: создать словарь родного языка и описать его грамматику.

Российская академия – научный центр по изучению русского языка и словесности в Санкт-Петербурге 1783-1841. Ее членами были Д.И.Фонвизин, Г.Р.Державин, В.А.Жуковский, А.С.Пушкин . . . Выпустила Толковый словарь русского языка в 1789-1794.

Российская Академия Наук (РАН) ведет историю от Петербургской академии наук, основанной в 1724 Петром I. При академии в 1839 основана Пулковская обсерватория.

Объем научной деятельности с 17 века удваивается примерно каждые 10-15 лет (рост открытий, научной информации - публикаций, числа научных работников).

Наука на рубеже 19-20 веков

На рубеже 19-20 веков возникают научные институты и лаборатории с мощной технической базой. Научные дисциплины условно делятся на естественные, общественные, гуманитарные и технические. Подразделяют науки на фундаментальные и прикладные. Задача фундаментальных наук – познание законов, управляющих поведением и взаимодействием базисных структур природы, общества и мышления. Задача прикладных наук – применение результатов фундаментальных наук для решения практических проблем.

К 1-й половине 19 века были накоплены фактические данные о макроскопических свойствах твердых тел и установлены эмпирические законы поведения тел под влиянием механических сил, температуры, электрических и магнитных полей, света. Открыт закон сохранения энергии, связавший воедино все явления природы.

Во второй половине 19 века изучение электромагнитных явлений завершилось созданием Максвеллом классической электродинамики.

Новый этап в развитии физики связан с открытием английским физиком Джозефом Джоном Томсоном в 1897 году электрона.

В начале 20 века стало ясно, что электродинамика требует коренного пересмотра представлений о пространстве и времени, лежащих в основе классической механика. Создана квантовая или волновая механика.

Создание ускорителей заряженных частиц позволило изучить различные ядерные реакции. Открыто деление атомного ядра, освобождена ядерная энергия с помощью цепной реакции деления.

Успехи физики полупроводников совершили переворот в технике и радиотехнике.

На национальном уровне наукой в первую очередь решаются важные для той или иной страны задачи. Достижения этого уровня являются предметом национальной гордости. Они (достижения) определяют конкурентоспособность продукции данного государства в мире.

В большинстве стран мира существуют национальные Академии Наук. Создание национальных академий способствовало ускорения развития науки, которая стала результатом труда не только гениев-одиночек, а в большей степени творчества научных коллективов.

Российская Академия Наук (РАН) самоуправляемая научная организация, находящаяся на бюджетном финансировании. Объединяет 18 отделений по отраслям и направлениям наук: математики; общей физики и астрономии; ядерной физики; физико-технических проблем энергетики; информатики, вычислительной техники и автоматизации; проблем машиностроения, механики и процессов управления; общей и технической химии; физикохимии и технологии неорганических материалов; биохимии, биофизики и химии физиологически активных соединений; физиологии; общей биологии; геологии, геофизики и геохимии и горных наук; океанологии, физики атмосферы и географии; истории; философии и права; экономики; мировой экономики и международных отношений; литературы и языка. В 2002 в РАН входили около 500 действительных членов, около 700 членов-корреспондентов, около 150 иностранных членов. (Академик-звание члена академии, они избираются). В структуру РАН входят около 300 научных учреждений, научно-исследовательский флот. Одна из функций РАН – международные научные связи.

Самоуправляемыми с бюджетным финансированием являются Российская академия медицинских наук (РАМН, 1991), Российская академия образования (РАО, 1991), Российская академия естественных наук (РАЕН, 1990).

Для современной науки становиться характерным переход к проблемной ориентации. Актуальный пример, исследования проблем охраны природы системно проводят технические науки, биология, медицина, экономика, математика и др.

Естествознание в международном сообществе (всемирный обмен).

В прошедшем столетии наука становится интернациональной, исследования ведут не отдельные ученые, а коллективы. Наиболее известные центры в Кембридже, Геттингене, Копенгагене.

Мировой уровень науки формируется из достижений конкретных ученых и научных коллективов. Научные достижения становятся достоянием всего человечества по публикациям научных работ в национальных и международных изданиях, при обсуждении проблем на различных международных собраниях ученых (конгрессы, конференции, симпозиумы). Увеличивается число исследовательских программ, направленных на решение глобальных проблем человечества, финансируемых международными научными организациями.

Процесс юридического оформления глобального международного научного обмена начался в 19 веке с установления единых мировых систем мер и весов. В 1872 году была создана Международная метрическая комиссия (Международный комитет мер и весов). В 1875 году 17-ю государствами, в том числе и Россией, была принята международная конвенция, вводящая метрическую систему единиц измерения физических величин. В России организатор (1893) и первый директор Главной палаты мер и весов - Дмитрий Иванович Менделеев (ныне НИИ метрологии имени Д.И. Менделеева).

Первым был согласован и изготовлен эталон метра из сплава платины и иридия (метр – одна десятимиллионная доля четверти парижского меридиана), а затем изготовлена 31 копия из такого же сплава. Эти копии были распределены между государствами, подписавшими метрическую конвенцию. Они служили государственными первичными эталонами. Международное бюро мер и весов (г. Севр, Франция) хранит первичные международные эталоны метрической системы единиц, поддерживает международное единство мер и измерений, ведет метрологические исследования.

Негативный пример: США и Великобритания в октябре 1999 года отправили на Марс космический корабль стоимостью 129 миллионов долларов. Корабль не достиг Марса. Навигационная система разрабатывалась совместно. Но почему-то не учли, что американская миля и английская миля немного отличаются.

В 1960 году 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам принята Международная система единиц (международное сокращенное наименование SI, в русской транскрипции СИ - Система Интернациональная), имеющая семь основных единицах: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела — и две допол­нительные: радиан и стерадиан.

Метр (L, m, м) – длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299792458 с (с 1983). Государственный первичный эталон метра воспроизводится со средним квадратическим отклонением, не превышающим 5∙10^-9 метра.

До 1960 года международным эталоном метра была штриховая мера длины (брусок из платиноиридиевого сплава, который хранился в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа).

Килограмм (М, kg, кг) — масса, равная массе международного прототипа килограмма, (цилиндра, сделанного из платиноиридиевого сплава и хранящегося в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа, 1889). Относительная погрешность сличения с прототипом эталонов-копий не превышает 2∙10^-9.

Секунда (T, s, с) — время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 (резолюция 13-й Генеральной конференции по мерам и весам 1967 года). Государственный эталон времени и частоты воспроизводит единицу времени и частоты с относительной погрешностью ±1∙10^-11.

Производные единицы СИ образуют с помощью уравнений связи между величинами. Пример – Единицу скорости образуют с помощью уравнения, определяющего скорость равномерно и прямолиней­но движущейся материальной точки V=S/t , где V – скорость, S — длина пройденного пути, t — время движения материальной точки. Подстановка вместо S и t обозначений их единиц СИ дает m/s (м/с).

Организованная в 1899 Ассоциация Национальных Академий преобразована в 1931 в Международный Совет Научных Союзов – международную неправительственную научную организацию по естествознанию и точным наукам. Ее цель – организация международных научных программ. Одна из таких программ «Человек и биосфера» действует с 1971 года. Цель программы проведение междисциплинарных исследований для решения общей проблемы сохранение устойчивости биосферы. В программе участвуют ученые из 110 государств.

ЮНЕСКО (UNESCO)– Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры, создана в 1946 г на конференции министров образования ведущих стран мира. Место пребывания – Париж. Объединяет на правительственном уровне 186 государств (1998). Целью ЮНЕСКО является содействие миру и безопасности путем развития сотрудничества между государствами в области просвещения, науки и культуры. Один из девизов ЮНЕСКО : «Будущее за теми странами, которые смогут превзойти другие в освоении новых знаний, систем управления, научных достижений и их трансформации в новейшие технологии и продукцию».

Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ, 1957, Вена) Основные задачи: контроль за нераспространением ядерных материалов; координация научно-исследовательских работ в области атомной энергетики; разработка принципов и координация деятельности государств по утилизации радиоактивных отходов. В 1998 объединяло более 100 государств.

Международный союз по охране природы и природных ресурсов. Он издает «Красные книги» видов растений и животных, находящихся под угрозой исчезновения.

Международные научные организации, с помощью которых осуществляются международные научные проекты и всемирный обмен научными знаниями:

Всемирная метеорологическая организация;

Всемирная организация здравоохранения;

Всемирная организация интеллектуальной собственности;

Международная организация по стандартизации;

Международные научные коллективы работают как в национальных лабораториях какой-либо страны, так и в специально созданных международных центрах.

- CERN (ЦЕРН) – Европейская организация ядерных исследований (г. Женева, Швейцария) создана в 1954 году 19-ю европейскими государствами (Франция, Германия, Великобритания, Бельгия, Греция, Дания, Италия, Норвегия, Швеция, Швейцария, Нидерланды, Австрия, Испания, Португалия, Финляндия, Польша, Венгрия, Чехословакия (Чехия и Славакия) Болгария). Первый ускоритель – протонный синхроциклотрон строился с 1954 по 1957 год. ЦЕРН имеет комплекс самых мощных и дорогих ускорителей частиц. Более половины физиков, занимающихся изучением элементарных частиц, принимают участие в его экспериментах. Статус наблюдателей имеют США, Российская Федерация, Япония, Индия, Турция, Израиль. Россия начала сотрудничество с ЦЕРН с 1960 года в изготовлении оборудования и в проведении экспериментов. Сейчас в его работе участвуют 720 российских ученых, 12 предприятий, институтов и ядерных центров. В 2000 году начато строительство Большого адронного коллайдера.

ЦЕРН создан для поиска ответов на фундаментальные вопросы мироздания: что такое вещество; откуда оно появилось; как рождались Вселенная, звезды, планеты; куда исчезла антиматерия; почему все имеет массу (мера инерции).

Вопросы для самоконтроля по Теме 5

1. Что входит в определение науки? Цели науки.

2. Где и когда возникла наука, при каких условиях?

3. Расскажите о происхождении слова «академия».

4. Опишите международный эталон килограмма.

4. Задача и пути международного научного обмена.

5. Вопросы, для поиска ответов на которые создан CERN (ЦЕРН).

Словарь терминов по Теме 5

Наука включает в себя как деятельность по получению нового знания, так и результат этой деятельности – сумму полученных к данному моменту научных знаний, образующих в совокупности научную картину мира.

РАН - Российская Академия Наук, ведет историю от Петербургской академии наук, основанной Петром I в 1724.

Международное бюро мер и весов (г. Севр, Франция, 1872) хранит первичные международные эталоны метрической системы единиц (SI), поддерживает международное единство мер и измерений, ведет метрологические исследования.

ЮНЕСКО (UNESCO)– Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры, создана в 1946.

ЦЕРН (CERN) – Европейская организация ядерных исследований (г. Женева, Швейцария) создана в 1954 году 19-ю европейскими государствами.

МАГАТЭ - Международное агентство по атомной энергии, 1957, Вена.