Научного мировоззрения

Современное научное мировоззрение складывается из нескольких, существенно разных, но дополняющих друг друга научных картин ми-ра. Последние являются результатом умозрительных обобщений нескольких научных теорий – классической механики Галилея–Ньютона, классической электродинамики Фарадея–Максвелла, классической термодинамики, кибернетики, синергетики, которым посвящены темы 2–6. Особое место занимает системно-историческая научная картина мира, которой посвящена тема 7. Во-первых, она философски обобщает данные всех трёх отраслей естествознания – физики, химии и биологии. Во-вторых, она привязана к концептуальной оси современной эволюционной космологии – к так называемой стандартной модели происхождения наблюдаемой Вселенной (Метагалактики) в Большом Взрыве около 17 млрд. лет назад и её последующего расширения и остывания. В-третьих, она обобщает разработку атомистических моделей объектов физики, химии и биологии в XIX–XX веках. В-четвёртых, она берёт на вооружение модель объектов познания и практики как многоуровнево-иерархичных систем, всесторонне разрабатываемую в теоретической кибернетике. Но в целом и системно-историческая научная картина мира является результатом специфически-философского обобщения теоретических концепций. Её отличие только в том, что она обобщает весьма сложный и разнородный комплекс концепций современного естествознания.

Следует обратить особое внимание на то, что научные теории – это, в первую очередь, специфические искусственные (знаковые) модели своих объектов. Надёжность, достоверность их выводов обретается ценой их узкой специализации, а также ценой многих схематизаций, упрощающих предположений, идеализаций своих объектов. Эти неотъемлемые свойства теоретической науки всегда тщательно обосновываются и выверяются опытом. На успешность метода идеализаций в теоретической науке непосредственно работает объективная автономность изучаемых комплексов явлений, т. е. их широкая независимость от явлений и законов других структурных уровней объективного мира. Экстраполируя понятия, принципы и концептуальные схемы немногих научных теорий частного характера на широкие области объективного мира и на мироздание в целом, научные картины мира утрачивают качество достоверности, которым обладают их теории-прародительницы. Но это обстоятельство не следует драматизировать, ибо роль научных картин мира сугубо мировоззренческая и эвристически-поисковая.

Современная астрономия – наука опытная, наблюдательная. Она «по определению» не может давать какой-то особой, астрономической научной картины мира. Тем не менее, астрономия всегда играла и продолжает играть в научном мировоззрении базовую, всеопределяющую роль. Она на уровне опытной достоверности даёт картину пространственных масштабов Вселенной и её элементов – галактик, звёздных и звёздно-планетных систем, звёзд и планет внутри последних. Без систематической привязки основных научных картин мира к астрономической шкале пространственно-временны́х масштабов мироздания не может быть современного научного мировоззрения.

В современной астрономии единица масштаба непосредственно связана со скоростью света в вакууме с = 300000 км/сек = 3.10⁵ км/сек. Согласно одному из основных постулатов специальной теории относительности, это – максимально возможная скорость поступательного движения любого материального объекта. Она не зависит от скоростей относительного движения систем отсчёта, и поэтому считается в современной физике одной их мировых констант. Достоверно установленные пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной (Метагалактики) таковы, что привычные нам по земному опыту и по Солнечной системе метры и километры становятся более чем 20-значными числами. Сравнительные масштабы объектов Вселенной становятся мысленно более обозримыми, если измерять их по времени прохождения света со скоростью 300000 км/сек.

1 световая секунда = 300000 км = 3.10⁵ км. Это несколько меньше расстояния от Земли до Луны, которое составляет 1,27 световых секунды.

1 световая минута = 1,8.10⁷ км. Расстояние от Земли до Солнца составляет 7,8 световых минуты и равно 1,49.10⁸ км.

1 световой час = 1,08.10⁹ км, т. е. более миллиарда км. Расстояние от Земли до орбиты Плутона на краю Солнечной системы составляет около 12 световых часов или 6,48.10⁹ км.

1 световой год = 9,4.10¹² км, т. е. уже около десяти триллионов км. Расстояние от Солнечной системы до ближайшей звезды α в созвездии Центавра составляет 4 световых года или 3,8.10¹³ км.

Звёздные системы (шаровые и другие скопления) и звёздно-пла-нетные системы Млечного Пути составляют нашу Галактику. В ней порядка 200 млрд. звёзд. Она имеет форму диска со спиральными рукавами. Толщина этого диска около 500 световых лет. Его диаметр порядка 200 тыс. световых лет.

Ближайшая галактика за пределами нашей Галактики проецируется на созвездие Андромеды. Это – спиральная галактика, подобная Млечному Пути. Расстояние до неё составляет 2 млн. световых лет или 1,9.10¹⁹ км.

За пределами нашей Галактики (Млечного Пути) наблюдается бесчисленное количество галактик нескольких типов (спиральных, кольцевых, эллиптических, неправильных). (Илл. 31.) Наиболее удалённые внегалактические объекты (галактики и квазары), наблюдаемые в современные супертелескопы, отстоят от нас на расстояниях более 10 млрд. световых лет. В совокупности они образуют Метагалактику, которая отождествляется с достоверно наблюдаемой Вселенной. Согласно современной стандартной космологической модели, внешняя граница Метагалактики отстоит от нас на расстоянии порядка 17 млрд. световых лет, что́ составляет 1,6.10²⁴ км.

Сопоставив размеры атома (10^–8 см) с размерами Земного шара (1,3.10⁹ см), легко представить размеры Солнечной системы на фоне размеров наблюдаемой Вселенной: соотношение этих размеров того же порядка. Солнечная система в объёме наблюдаемой Вселенной подобна атому в толще Земного шара.

В связи со всеопределяющей ролью данных наблюдательной астрономии в научном мировоззрении полезно иметь представление об основных этапах её развития и об основных опытных открытиях, которые принесли эти этапы.

1. Эпоха астрономических наблюдений исключительно невооружённым глазом и с помощью простейших приборов типа секстанта и астролябии длилась с древности до XVII в. н. э. В эту эпоху изучались исключительно движения по небосводу светил, видимых невооружённым глазом, особенно, сложные периодические движения ярких планет Солнечной системы – Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна.

2. Эпоха прогресса оптических телескопов началась в XVII в. (Г. Галилей и И. Ньютон). В XVII–XVIII вв. были открыты: горы на Луне, фазы Венеры, пятна на Солнце, звёздная структура Млечного Пути, спутники Юпитера, кольца Сатурна и его спутники, планета Уран.

3. Начало астрофизики в 50-х гг. XIX в. – дополнение оптических телескопов спектроскопами. Были открыты: химическое единство наблюдаемой Вселенной, типы звёзд и характер представительства в их внешних слоях (фотосферах) химических элементов.

4. Создание первых оптических супертелескопов в 10–30-х гг. ХХ в. Были открыты: другие галактики, их звёздная структура и типы (начало эры внегалактической астрономии), расширение наблюдаемой Вселенной и красное смещение в спектрах галактик.

5. Формирование всеволновой астрономии во 2-й половине ХХ в. – создание радиотелескопов, орбитальных инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-телескопов. Были открыты: квазары; пульсары; чёрные дыры; реликтовое излучение; запасы первородного водорода в рукавах и коронах галактик; зарождение новых звёзд в нашей Галактике; примеси в первородной водороде ²Н, ³Не, ⁴Не и ⁷Li, предсказанные теорией «горячей Вселенной»; ячеистая структура Метагалактики; в самое последнее время – зарождение новых галактик.

Современные научные картины мира далеко не равноценны в плане своих масштабов на фоне этих достоверно установленных масштабов наблюдаемой Вселенной.

Механистическая картина мира наиболее адекватна только небесной механике Солнечной системы и других звёздно-планетных систем, а также свободным (баллистическим) движениям макроскопических тел у поверхности Земли, звёзд и планет. Уже вращения галактик как целостных систем противоречат законам Кеплера и Ньютона, установленным для вращения объектов Солнечной системы.

Электромагнитная картина мира адекватна всей наблюдаемой Вселенной. В её свете каждая малая область мироздания представляется (и реально является) материально заполненной фотонами от всех космических объектов, которые связывают эти объекты в единое энерго-информационное целое.

Термодинамическая картина мира представляется адекватной любым процессам перехода энергии из одних форм в другие вплоть до уровня галактик. Классическая термодинамика требует физико-геометрических обобщений в духе общей теории относительности лишь в случаях объектов с экстремальными напряжённостями гравитационных полей. В частности, чёрных дыр, которые, вероятнее всего, располагаются и в центрах галактик.

Кибернетическая картина мира наиболее адекватна процессам в живой природе, которые достоверно известны пока только в масштабах биосферы планеты Земля в Солнечной системе. Поэтапные обобщения этой картины мира на объекты неживой природы, несравненно более распространённые во Вселенной, осуществляется в синергетике. Говорить о масштабах применимости интенсивно формирующейся синергетической картины мира во Вселенной пока преждевременно.

Наконец, системно-историческая картина мира наиболее согласована с опытно установленными масштабами Вселенной, ибо её концептуальную основу составляет современная стандартная космологическая модель.

Илл. 9. Солнце как центральный звёздный объект и девять его планет-спутников образуют Солнечную систему. Если образно сравнить Вселенную со страной, а нашу Галактику «Млечный Путь» – с огромным городом, то Солнечная система – это наша улица, а планета Земля – наш дом. Но это – весьма условное сравнение, потому что соотношения пространственных масштабов Земли и наблюдаемой Вселенной (Метагалактики) не идут ни в какое сравнение с соотношениями пространственных масштабов страны, города, улицы и дома.

Верхний рисунок пропорционально воспроизводит соотношения размеров орбит планет Солнечной системы. Орбиты всех планет, за исключением Плутона, располагаются в одной плоскости, называемой плоскостью эклиптики. Кроме того, эллиптически более вытянутая орбита Плутона частично располагается внутри орбиты Нептуна, так что периодически на максимальном удалении от Солнца оказывается Нептун. Основные планеты, кроме Меркурия и Венеры, имеют своих спутников. «Год» и «сутки» – понятия относительные. У каждой планеты они имеют свои численные значения в единицах времени. Год планеты – это время её полного оборота вокруг Солнца, а сутки – это время её полного оборота вокруг собственной оси вращения. В земных сутках эти численные значения следующие [год планеты; её сутки]: Меркурий [58,65; 88]; Венера [224,7; 243]; Земля [365; 1]; Марс [687; 1,03]; Юпитер [4329 (11,86 земных лет); 0,414]; Сатурн [10753 (29,46 земных лет); 0,439); Уран [30660 (84 земных года); 0,718]; Нептун [60225 (165 земных лет); 0,742].

Свет, движущийся в поступательном направлении с предельно возможной скоростью 300000 км/сек, пересекает Солнечную систему за одни земные сутки, т. е. за 24 часа. Этот факт удостоверен также спецификой сеансов радиосвязи с американской межпланетной станцией «Вояджер», которая к настоящему времени находится на границе Солнечной системы: от посылки запроса к измерительной аппаратуре станции до получения ответа проходят сутки вынужденного ожидания, и это время никак нельзя сократить.

Рисунок в нижнем правом углу пропорционально представляет сравнительные размеры поперечников Солнца и девяти основных планет. Наглядно видно, почему Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, не имеющие твёрдой поверхности, называются планетами-гигантами. Будь Юпитер раз в 10 массивнее, он до такой степени сжал бы водород, из которого, в основном, состоит, что запустил бы термоядерную реакцию его превращения в гелий и стал бы звездой. Что касается размеров Земли, то они сопоставимы с размерами среднего солнечного пятна.

Илл. 11. В зависимости от массы, звёзды эволюционируют с разной интенсивностью и заканчивают свою эволюция по-разному. Звёзды с массой до трёх солнечных «выгорают» в течение нескольких миллиардов лет и заканчивают свою эволюцию сравнительно спокойным и многоэтапным выбросом своего вещества в межзвёздное пространство галактики. (Нижняя ветвь.) Более массивные звёзды (их масса может в сотни раз превосходить солнечную) более горячие, и потому светятся, в основном, в более высокочастотной части спектра – в голубой. Их эволюция на порядки интенсивнее и может длиться всего несколько миллионов лет. Она завершается грандиозными галактическими катастрофами – взрывами Сверхновых. (Верхняя ветвь.) Остаточное вещество звезды, не выброшенное взрывом в космическое пространство, продолжает сжиматься до качества компактной нейтронной звезды либо ещё дальше – до качества чёрной дыры.

13.1

13.2

13.3

13.413.5

14.1

14.2

14.2

14.3 14.4

Илл. 14. Галактики иногда сталкиваются между собой. На фотографиях 14.1 и 14.2 и 14.3 запечатлены ситуации стремительного (по космологическим масштабам времени) сближения спиральных галактик, которое завершится их слиянием в одну эллипитическую (вернее, эллипсоидальную) галактику. Снимок 14.4 демонстрирует столкновение двух галактик типа «пересечённая спираль». На снимке 13.3 предыдущей иллюстрации видно, что эллиптические галактики являются результатом былого столкновения и слияния спиральных и галактик. Этот процесс длится миллионы лет, но он весьма бурный. Зримое свидетельство тому – изломанность «обруча» из галактической пыли, который в спиральных и кольцевых галактиках располагается в плоскости их дисков. Для планет внутри галактик и возможной жизни на них такие слияния имеют катастрофические последствия: расстраиваются извечные поля тяготения в звёздно-планетных системах, планеты падают на центральные звёзды или уходят от них, сталкиваются, интенсивно атакуются кометами и астероидами. С нашей Галактикой идёт на сближение наша соседка по Метагалактике – гигантская спиральная галактика в созвездии Андромеды. Столкновение двух галактик начнётся через 4 миллиарда лет.

15.1

15.2

Илл. 15. При обзоре Земли с околоземной орбиты великолепные земные пейзажи сливаются в сплошные зелёные массивы лесов, в известные по географическим картам очертания береговых линий континентов и т. п. Так же и с пылевыми структурами галактик – с этим вещественным фундаментом более сложных форм химической и биологической эволюции вещества. Изнутри галактик они смотрятся великолепно. На этой серии иллюстраций – пылевые структуры нашей Галактики в сравнительно близком окружении Солнечной системы. Красивы и разнообразны планетарные туманности – продукты сравнительно спокойного выброса своего вещества выгоревшими звёздами типа нашего Солнца (15.1). Величественны структуры из продуктов былых грандиозных взрывов Сверхновых звёзд (15.2)

16.1 16.2

16.3

Илл. 16. Спиральные и кольцевые галактики лишь отчасти представляют собой сравнительно плоскиекосмические объекты. Толщина их дисковых частей (около 5 тыс. световых лет) намного меньше их поперечников (до 200 тыс. световых лет). Значительная часть вещества галактик в форме нетронутых запасов космологически первородного водорода сосредоточена в сферических областях, называемых галактическими гало́ с коронами. Это хорошо видно на снимке одной из кольцевых галактик, видимой почти с ребра (16.1). Сферическая компонента структуры этой галактики отчётливо высвечивается её ядром. На рисунке 16.2 представлена картина нашей Галактики «Млечный Путь», построенная компьютером на основе огромного количества и разнообразия соответствующих многолетних наблюдений и измерений. Снимок 16.3 сделан с Земли в направлении центра нашей Галактики, закрытого от нас экранами из галактической пыли. Эта картина нашей Галактики изнутри демонстрирует всё те же типовые скопления звёзд и пылевые структуры – продукты сгорания былых звёзд, выброшенные в межзвёздное пространство взрывными процессами, включая взрывы Сверхновых звёзд.

Илл. 17. Нашим ближайшим соседом по Метагалактике является галактика «Туманность Андромеды» – гигантская спиральная галактика, подобная нашей Галактике «Млечный Путь». Её отделяют от нас 2 миллиона световых лет. В безлунную ночь она видна невооружённым глазом как туманное пятнышко размером в четверть лунного диска. Но во Вселенной много областей, где галактики собраны в тесные группировки – галактические скопления и сверхскопления. Снимки 17.1 и 17.2 представляют такие области в созвездии Девы. Если в этих галактиках есть разумные существа, то они живут под небесами планет, не знающих ночной темноты. На этих небесах, помимо центральной звезды планетной системы, круглые сутки сияют, как десятки полных Лун, десятки ядер близких галактик.

Интересно отметить, что если бы человечество жило под таким вечно дневным небом, скрывающим звёзды и планеты, то его зрелое теоретическое естествознание вряд ли бы состоялось. Реально оно началось с небесной механики планет Солнечной системы, сложные сезонные движения которых по ночному небосводу наблюдались и изучались тысячелетиями. Сфера «неподвижных звёзд» не давала никаких стимулов для коперниковского преодоления наивной геоцентрической модели Солнечной системы, как не может дать их и вечно дневное небо с десятками ярких светил, которые из года в год «возвращаются на круги своя» и стопроцентно соответствуют простейшей модели неподвижной планеты, с которой наблюдатель воспринимает вращение Вселенной вокруг этого «центра». Да и вообще, такое небо не даёт возможности воспринимать Вселенную во всём её грандиозном звёздно-планетном великолепии. Чтобы увидеть Вселенную такой, какой её видят земляне по ночам, жителям таких планет надо выбраться за пределы их атмосфер, в ближний Космос. Однако космонавтику даже на современном, начальном уровне космонавтики землян можно создать, только систематически опираясь на достижения теоретического естествознания XIX– XX вв., стартовавшего в XVII в. с теоретической механики Галилея–Ньютона. Создание последней, в свою очередь, в решающей мере стимулировалось запросами небесной механики Солнечной системы. Между тем, механические явления на поверхности планет с атмосферами и гидросферами сопровождаются трением, диссипативным рассеянием кинетической энергии. Они не дают никаких поводов для тех опытно обоснованных идеализаций, на которых базируется классическая динамика Галилея–Ньютона. История теоретического естествознания складывалась так, что к пониманию таких процессов оно продвигалось с первичным пониманием бездиссипативных и обратимых процессов, царящих в кинематике и динамике Солнечной системы. Другое его развитие трудно даже вообразить, потому что человеческому рациональному разуму органически присуще осваивать материальный мир, стартуя с его наиболее простых концептуальных моделей и поэтапно, с большим трудом переходя к более сложным и многоплановым.

На илл. 17.3 представлена структура Метагалактики, синтезированная компьютером на основе соответствующих наблюдательных данных внегалактической астрономии. В ней галактические скопления и сверхскопления образуют волокнистые и ячеистые структуры с гигантскими пустотами между ними. Поперечник участка Метагалактики, изображённого на этом рисунке, составляет несколько миллиардов световых лет.

17.1 17.2

17.3

Илл. 18. Последовательность трёх картинок сверху вниз показывает место Солнечной системы в Метагалактике. На второй картинке представлено место Солнечной системы в нашей Галактике «Млечный путь». Расстояние Солнечной системы от центра Галактики составляет около 25 тысяч световых лет, а поперечник диска Галактики составляет около 250 тысяч световых лет. (При поперечнике Солнечной системы в одни световые сутки.) Галактик в Метагалактике бесчисленное множество. Они образуют ячеисто-волокнистую структуру в объёме наблюдаемой Метагалактики – сферы радиусом около 17 миллиардов световых лет. (См. илл. 17.3.)

19.2

19.1 19.3

Илл. 19. Если бы Земля была единственной планетой в Солнечной системе, то для создания небесной механики не было бы особых стимулов. Учёные довольствовались бы наипростейшей геоцентрической моделью с Землёй в центре, вокруг которого звёзды из года в год, из века в век описывают одни и те же круги. Но периодичность движений по земному небосводу планет существенно более сложная. В одной и той же точке небосвода они оказываются не ровно через год, а через многие годы, совершая по небосводу замысловатые попятные и петлеобразные движения (19.1, 19.2). (Отсюда и грекоязычное слово «планета», переводимое на русский язык как «блуждающая».) Подобные петлеобразные движения планет математически могут быть хорошо описаны кривыми эпициклоидами. Они образуются как результирующее вращение объекта по двум окружностям одновременно (19.3). Эта математическая идея во II веке н. э. была положена в основу геоцентрической кинематики Солнечной системы К. Птолемея.

Илл. 20. Естествознание в целом стало последовательно научным лишь в западно-европейской культуре XV–XVII вв., когда приняло за свою первооснову эксперимент и наблюдение, стало тщательно контролировать и периодически корректировать достоверными опытными знаниями свои узко специализированные теоретические построения. Астрономия обладала этими качествами ещё в античную эпоху. Это – древнейшая из наук. Её знания составляли и составляют «главную ось» научного мировоззрения. Под её методологические образцы взаимоотношений между опытом и теорией творчески подстроена вся методология современного естествознания. И в вопросах последней по сей день остаётся показательной и поучительной история первых теоретических моделей этой древнейшей науки – первопроходца научного метода познания в исторические эпохи, когда остальные отрасли познания природы ещё были неотделимы от мифологии, теологии, схоластики, спекулятивной натурфилософии.

В эпохи до создания первых телескопов возможности точного количественного исследования Вселенной ограничивались возможностями наблюдений небесных светил невооружённым глазом при использовании простых измерительных приборов. (См. илл. 1) Кругозор опытной и теоретической астрономии ограничивался Солнечной системой, ибо только движения её светил можно было опытно исследовать количественными методами. Прогресс наблюдательной астрономии определялся только совершенствованием сравнительно простых приборов и методов для соответствующих измерений. Предмет её теоретических умопостроений по необходимости ограничивался задачами кинематики визуально наблюдаемых светил Солнечной системы. Но всего этого уже было достаточно для того, чтобы во II в. н. э. в трудах К. Птолемея представить первую, геоцентрическую модель Солнечной системы, расчёты которой веками находились во всестороннем согласии с многообразием количественно измеримых опытных фактов (илл. 20.1).

К эпохе XV–XVII вв. ради согласования геоцентрической модели с новыми, существенно более точными данными наблюдательной астрономии теоретики вводили в неё по несколько дополнительных эпициклов. Модель становилась всё более громоздкой и эстетически непривлекательной. Илл. 20.2 воочию показывает, что главной целью гелиоцентрической модели Н. Коперника была цель возвращения методу эпициклов былой классической птолемеевской простоты. Копернику это удалось лишь отчасти. Его гелиоцентризм был половинчатым и непоследовательным. По точности расчётов его модель отчасти проигрывала геоцентрической. Но она была неизбежным этапом продвижения к истинной кинематической модели И. Кеплера, динамически обобщённой И. Ньютоном. В методологическом плане совершенно аналогична была роль половинчато истинной полуклассической квантовой модели атома, разработанной Н. Бором в 1913 г. и послужившей концептуальным плацдармом для эвристического продвижения к зрелой квантовой теории атома, сформировавшейся к 1927 г.

История многоэтапного и многотрудного «вырастания» научно последовательного гелиоцентризма из геоцентризма в вопросах небесной механики Солнечной системы дала исторически первый образец по-научному эффективных концептуальных инноваций. Такие инновации формируются сугубо поэтапно. Они не являются плодом кабинетных размышлений, но всегда идут от опыта, опытом стимулируются, контролируются и корректируются. Они органично преемственно связаны со старыми концепциями, поэтому на ранних этапах своего формирования с необходимостью опираются на их представления, понятия и методы. Как следствие этого, такие концепции с необходимостью обременены пережитками их ограниченности и даже принципиальной ложности.

21.1 21.2

Илл. 21. В методе эпициклов разработчики геоцентрической модели Солнечной системы, в сущности, заложили основы гармонического анализа – теории тригонометрических рядов, которая в XIX–XX веках нашла широчайшие применения в теории дифференциальных уравнений с частными производными, в теории колебаний и волн, в электротехнике, в радиофизике, в физической (волновой) оптике и др. Напомним то, что́ общеизвестно из школьного курса физики: объект, вращающийся по кругу, в проекции «с ребра» выглядит как совершающий гармонические (синусоидальные) колебания. К каждой планете в геоцентризме подбиралась своя система эпициклов, т. е. равномерных вращений по основной и дополнительным орбитам со своими скоростями, амплитудами и фазовыми сдвигами. Сложные периодические движениями с петлеобразными элементами таким образом удавалось представить как суммы простых периодических движений по нескольким окружностям одновременно. Нечто прямо подобное имеет место и в представлении сложных периодических колебаний в качестве суммы простых периодических колебаний – гармоник (21.1). Нечто прямо подобное проделывает с белым светом призма, разлагая его на семь простых цветом спектра (21.2).

Этот аспект истории геоцентризма в небесной механике весьма своеобразен. Основы математического аппарата самой современной физики были заложены во имя всестороннего согласования с опытом в корне ложной концептуальной схемы. Эта схема наивно выдавала видимость (чувственную неощущаемость движения Земли вокруг Солнца) за сущность (за неподвижность Земли в космическом пространстве). Только в XVII веке Г. Галилей своими принципами инерции и относительности движения впервые разоблачил это многовековое принципиальное заблуждение геоцентризма. Эта история – методологический урок науке на все времена. Она показала, что научные теории суть не более чем специфические модели материального мира. Их истинность может быть весьма относительной. Так веками было даже в простейшей теории небесных явлений всего с восемью элементами – Солнцем и семью планетами, видимыми невооружённым глазом. Это положение многократно усугубилось в современных физических теориях с их несравненно более сложными объектами и с несравненно более сложными и абстрактными математическими понятиями и методами.

Модель Коперника позволила устранить противоречия с рядом наблюдательных фактов, в частности, относительно движения Луны. Как видно из рис. 19.2, для этого Копернику пришлось ввести для Луны несимпатичную ему систему из нескольких эпициклов. Однако по отношению к ряду других фактов наблюдательной астрономии его модель проигрывала по точности геоцентрической. Именно это, а не какое-то идеологически ценностное «упрямство церковников», определило трудное становление гелиоцентризма в небесной механике Солнечной системы. Непоследовательность системы Коперника стимулировала выдвижение датским астрономом Тихо де Браге ещё более компромиссной модели – гелио-геоцен-трической (21.3). Она отличалась повышенной точностью расчётов, но имела свои противоречия с опытом. Лишь перейдя в гелиоцентрической модели от круговых орбит к эллиптическим, И. Кеплер радикально упростил гелиоцентрическую модель, окончательно избавил её от пережитков геоцентризма и от противоречий с опытом. Количественный закон Кеплера для кинематики планет гласил: чем дальше на эллиптической орбите планета находится от Солнца, тем медленнее её движение; однако, независимо от того, на каком участке эллиптической орбиты она находится, площади эллиптических секторов за одинаковые промежутки времени (на рис. 21.4 они высветлены) остаются одинаковыми. В этом простом количественном законе кинематики «спрессовывались» все опытные знания наблюдательной астрономии, копившиеся много веков. В дальнейшем кинематический закон Кеплера был объяснён с позиций динамического закона всемирного тяготения Ньютона как одна из его частных форм.

Илл. 22. Техника представляет собой материализованные научные знания, воплощённые в «зримые и осязаемые» конструкции. Она подчас воочию показывает, что инновации чаще всего какое-то время обременены пережитками того старого, недостатки которого радикально преодолеваются.

На илл. 22.1 на мосту и под мостом (ближний план) изображены советские пассажирские паровозы 30-х гг. ХХ в. серии ИС («Иосиф Сталин»). Верхний паровоз мог водить поезда со скоростью до 140 км/час, а нижний – до 180 км/час. У паровозов кривошипно-шатунный механизм паровой машины был на виду. Скоростные паровозы легко узнавались по большому диаметру ведущих колёс.

Электротяга стала вводиться в широкое употребление в 40–50-х гг. ХХ в. как, в первую очередь, крупномасштабная энергосберегающая технология. Но острая потребность в электровозах впервые возникла ещё в начале ХХ в., в частности, для проводки поездов через 20-километровый Симплонский туннель в Альпах и др. На илл. 22.2 представлен один из немецких электровозов начала ХХ в. с паровозным приводом ведущих колёс от двух электродвигателей – через крипошипно-шатун-ный механизм. Разработка редукторной системы передачи крутящего момента от тяговых двигателей к колёсным па́рам даже в своей простой версии для грузовых электровозов оказалась трудной инженерной проблемой, решённой лишь к 30-м гг. Для пассажирских электровозов с конструкционной скоростью 120–180 км/час, освоенной паровозами в 10–30-х гг. ХХ в., эта проблема оказалась ещё труднее. Поэтому в 30-х гг. на таких электровозах просто использовалось паллиативное, паровозное решение с ведущими колёсами большого диаметра, как на советском экспериментальном электровозе Пб-21. (Илл. 22.3) Современный вид эти локомотивы стали приобретать лишь в 50-х гг. На фотографии 22.4 изображены два современных пассажирских электровоза российского производства ЭП10, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.

В истории техники с трудом изживаемые пережитки старого в принципиально новых системах – типичное явление. Ярким примером может служить современная ядерная энергетика: принципиально новый источник энергии геофизических процессов в «упряжке» тепловых электростанций с паровым котлом, турбиной, машинным электрогенератором. Это похоже на железную дорогу, которую электрифицировали для того, чтобы заменить паровозы с угольными топками на паровозы с электрическими кипятильниками. Но ничего сверх такого исторического компромисса в ядерной энергетике реализовать пока не удаётся. Принципиально более современной является схема ядерного реактора с плазменной активной зоной, вырабатывающего сверхмощное лазерное излучение. Но реализация этой схемы сталкивается с множеством открытых фундаментальных и прикладных проблем. В специальных областях радиосвязи вплоть до 60–70-х гг. ХХ в. широко использовалась её первородная версия радиотелеграфа. Безмашинный, магнитогидродинамический тяговый привод морских судов, схему которого предложил ещё М. Фарадей, мог быть реализован только в 80–90-х гг. ХХ в. с использованием мощных и компактных сверхпроводящих магнитов. Первые пароходы в начале XIX в. имели в качестве резервного оснащение для плавания под парусами, а то и вовсе использовали паровой привод как резервный в условиях полного штиля. И т. п. В инженерно-технических решениях (как и в методах теоретической науки) редко удаётся перейти сразу же к таким формам, которые являются качественно новыми «по всем статьям».

Вопросы для самопроверки

1. В каком смысле можно говорить о том, что рациональное человеческое познание материального мира является познанием подобного подобным?

2. Какие именно преимущества обеспечивает специфическое моделирование изучаемых объектов в форме текстов, в которых материализуется нематериальная человеческая мысль?

3. Почему текстовые модели мира объективной реальности и его частных областей не могли стать адекватными в античную эпоху, когда началось развитие рационалистической философии?

4. Благодаря чему знания, полученные методами науки новоевропейского исторического типа, отличаются повышенной надёжностью?

5. Изложите на 3–5 страницах своё понимание общезначимости научных фактов, понятий, законов и теорий.

6. Что, по Вашему мнению, в науке ценится больше – масштабность обобщений или их надёжность?

7. Приведите конкретные примеры компенсационно-умозрительного мышления людей. Приведите примеры-аналоги из области бытового и детского мышления.

8. Конкретизируйте дальнейшими примерами тезис о стихийности процесса превращения научных теорий в научные картины мира.

9. Назовите признаки стихийности этого культурного процесса, когда научная теория массово популяризируется высшей или средней школой. С какого рубежа процесс освоения студентом или школьником научной теории превращается в процесс умозрительных обобщений с частного предмета на весь мир или на его широкие области?

10. В чём коренное отличие той картины мироздания, которая с опытной достоверностью установлена современной всеволновой астрономией, от основных научных картин мира?

11. Почему можно говорить о том, что только во второй половине ХХ в. сложилось полнокровное научное мировоззрение, преодолевшее ограниченности более ранних научных картин мира?

12. Почему научно-мировоззренческая компонента биологических наук не обладает той общностью, которая характерна для электромагнитной картины мира?

13. Почему научно-мировоззренческая компонента эволюционизма биологии не имеет той общности, которая характерна для эволюционизма современной физики, хотя физика стала эволюционной только во второй половине ХХ в.?

14. Какова роль достоверных знаний наблюдательной астрономии в научных картинах мира?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА