Третья научная революция. Диалектизация естествознания

Начало процессу стихийной диалектизации естествен­ных наук, составившему суть третьей революции в есте­ствознании, положила работа немецкого ученого и филосо­фа Иммануила Канта (1724-1804) «Всеобщая естествен­ная история и теория неба». В этом труде, опубликован­ном в 1755 году, была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы.

Гипотезу Канта принято именовать небулярной (от лат. nebula — туман) поскольку в ней утверждалось, что Солн­це, планеты и их спутники возникли из некоторой перво­начальной, бесформенной туманной массы, некогда равно­мерно заполнявшей мировое пространство. Кант пытался объяснить процесс возникновения Солнечной системы дей­ствием сил притяжения, которые присущи частицам ма­терии, составлявшим эту огромную туманность. Под вли­янием притяжения из этих частиц образовывались отдель­ные скопления, сгущения, становившиеся центрами притя­жения. Из одного такого крупного центра притяжения образовалось Солнце, вокруг него расположились частицы в виде туманностей, которые начали двигаться по кругу. В круговых туманностях образовались зародыши планет, которые начали вращаться также вокруг своей оси. Солн­це и планеты сначала разогрелись вследствие трения сла­гающих их частиц, затем начали остывать.

Хотя Кант в своей работе опирался на классическую механику ХVII века (подзаголовок его труда гласил: «Опыт об устройстве и механическом происхождении всего миро­здания на основании ньютоновских законов»), он сумел со­здать развивающуюся картину мира, которая не соответ­ствовала философии Ньютона, враждебной эволюции. Идеи Канта о возникновении и развитии небесных тел были несомненным завоеванием науки середины ХVШ века. Его космогоническая гипотеза¹⁷ пробила первую брешь в ме­тафизическом взгляде на мир.

За«671 65

Однако научная общественность того времени не обра­тила должного внимания на гениальную идею Канта (тог­да еще 30-летнего приват-доцента из Кенигсберга). Его труд, опубликованный первоначально без указания имени автора, дошел до публики в очень малом числе экземпля­ров (из-за банкротства издателя) и оставался практиче­ски неизвестным до конца XVIII века.

Более сорока лет спустя французский математик и аст­роном Пьер Симон Лаплас (1749-1827), совершенно неза­висимо от Канта и двигаясь своим путем, высказал идеи, развивавшие и дополнявшие кантовское космогоническое учение. В своем труде «Изложение системы мира», опуб­ликованном в 1796 году, Лаплас предположил, что перво­начально вокруг Солнца существовала газовая масса, нечто вроде атмосферы. Эта «атмосфера» была так велика, что простиралась за орбиты всех планет. Вся эта масса враща­лась вместе с Солнцем (о причине вращения Лаплас не говорил). Затем, вследствие охлаждения, в плоскости сол­нечного экватора образовались газовые кольца, которые распались на несколько сфероидальных частей — зароды­шей будущих планет, вращающихся по направлению сво­его обращения вокруг Солнца. При дальнейшем охлажде­нии внутри каждой такой части образовалось ядро, и пла­неты перешли из газообразного в жидкое состояние, а затем начали затвердевать с поверхности.

Имена создателей двух рассмотренных гипотез были объединены, а сами гипотезы довольно долго (почти столе­тие) просуществовали в науке в обобщенном виде — как космогоническая гипотеза Канта-Лапласа.

В XIX веке диалектическая идея развития распростра­нилась на широкие области естествознания, в первую оче­редь на геологию и биологию.

В первой половине XIX века происходила острая борь­ба двух концепций — катастрофизма и эволюционизма, которые по-разному объясняли историю нашей планеты. Уровень развития науки этого периода делал уже невоз­можным сочетать библейское учение о кратковременности истории Земли с накопленными данными о смене геологи­ческих формаций и смене фаун, ископаемые остатки кото­рых находились в земных слоях. Это несоответствие неко­торые ученые пытались объяснить идеей о катастрофах, которые время от времени случались на нашей планете.

Именно такое объяснение было предложено француз­ским естествоиспытателем Жоржем Кювье (1769-1832). В своей работе «Рассуждения о переворотах на поверхнос­ти Земли», опубликованной в 1812 году, Кювье утверждал, что каждый период в истории Земли завершался мировой катастрофой — поднятием и опусканием материков, на­воднениями, разрывами слоев и т. д. В результате этих ка­тастроф гибли животные и растения, и в новых условиях появились новые их виды. Поэтому, считал Кювье, совре­менные геологические условия и представители живой при­роды совершенно не похожи на то, что было прежде. При­чины катастроф и возникновение новых видов раститель­ного и животного мира Кювье не объяснял.

Катастрофизму Кювье и его сторонников противостоя­ло эволюционное учение, которое в области биологии от­стаивал крупный французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк (1744-1829). В 1809 году вышла его ра­бота «Философия зоологии». Ламарк видел в изменяю­щихся условиях окружающей среды движущую силу эво­люции органического мира. Согласно Ламарку, изменения в окружающей среде вели к изменениям в потребностях животных, следствием чего было изменение их жизнедея­тельности. В течение одного поколения, считал он, в слу­чае перемен в функционировании того или иного органа появляются наследственные изменения в этом органе. При этом усиленное упражнение органов укрепляет их, а отсут­ствие упражнений — ослабляет. На этой основе возника­ют новые органы, а старые исчезают. Таким образом, Ла­марк полагал, что приобретенные под влиянием внешней среды изменения в живых организмах становятся наслед­ственными и служат причиной образования новых видов. Но передача по наследству этих приобретенных изменений ни Ламарком, ни кем-либо из его последователей доказа­на не была. Поэтому взгляды Ламарка на эволюцию жи­вой природы не получили должного обоснования. Однако это не умаляет его заслуги как создателя первого в исто­рии науки целостного, систематического эволюционного учения.

Для утверждения этого учения исключительно важную роль сыграл трехтомный труд «Основы геологии» англий­ского естествоиспытателя Чарлза Лайеля (1797-1875). В этом труде, опубликованном в 1830—1833 годах, Лайель

3* 67

нанес сокрушительный удар по теории катастроф. Прове­дя анализ большого фактического материала, он показал, что все изменения, которые произошли в течение геологи­ческой истории, происходили под влиянием тех же факто­ров, которые действуют и в настоящее время. А потому для объяснения этих изменений совершенно не нужно прибе­гать к представлениям о грандиозных катастрофах. Необ­ходимо допустить лишь очень длительный срок существо­вания Земли.

Геологический эволюционизм оказал немалое влияние на дальнейшее совершенствование эволюционного учения в биологии. В предисловии к своей знаменитой книге «Происхождение видов в результате естественного отбора» Чарлз Роберт Дарвин (1809-1882) писал: «Тот, кто про­чтет великий труд Чарлза Лайеля о принципах геологии и все-таки не усвоит, как непостижимо огромны были прошлые периоды времени, может сразу же закрыть эту книгу»¹⁸.

Главный труд Дарвина «Происхождение видов» был опубликован в 1859 году. В нем Дарвин, опираясь на ог­ромный естественнонаучный материал из области палеон­тологии, эмбриологии, сравнительной анатомии, географии животных и растений, изложил факты и причины биоло­гической эволюции. Он показал, что вне саморазвития орга­нический мир не существует и поэтому органическая эво­люция не может прекратиться. Развитие — это условие существования вида, условие его приспособления к окру­жающей среде. Каждый вид, считал Дарвин, всегда нахо­дится на пути недостижимой гармонии с его жизненными условиями. Принципиально важной в учении Дарвина яв­ляется теория естественного отбора. Согласно этой теории, виды, с их относительно целесообразной организацией воз­никли и возникают в результате отбора и накопления ка­честв, полезных для организмов в их борьбе за существо­вание в данных условиях.

Наряду с фундаментальными работами, раскрывающи­ми процесс эволюции, развития природы, появились новые естественнонаучные открытия, подтверждавшие наличие всеобщих связей в природе.

К числу этих открытий относится клеточная теория, созданная в 30-х годах XIX века. Ее авторами были бо­таники Маттиас Якоб Шлейден (1804-1881), установив-

ший, что все растения состоят из клеток, и профессор, био­лог Теодор Шванн (1810-1882), распространивший это уче­ние на животный мир. В октябре 1838 года Шлейден и Шванн встретились и обменялись мнениями. После этого Шванн следующим образом сформулировал сделанное от­крытие: «Весь класс клеточных растений состоит только из клеток». Что касается животных, то их все «многооб­разные формы возникают также только из клеток, причем аналогичных клеткам растений»¹⁹. Открытием клеточного строения растений и животных была доказана связь, един­ство всего органического мира.

Еще более широкомасштабное единство, взаимосвязь в материальном мире были продемонстрированы благодаря открытию закона сохранения и превращения энергии. Этот закон имел значительно большую «сферу охвата», чем уче­ние о клеточном строении животных и растений: послед­нее целиком и полностью принадлежит биологии, а закон сохранения и превращения энергии имеет универсальное значение, т. е. охватывает все науки о природе.

К идее о превращении одной формы энергии в другую первоначально пришел немецкий врач Юлиус Роберт Май­ер (1814—1878) во время своего путешествия в Ост-Индию в 1840 году. Он обнаружил, что венозная кровь больных в тропиках была краснее, чем в Европе, и объяснил это явление более высоким содержанием кислорода в крови. Последнее, полагал Майер, обусловлено тем, что при высо­ких температурах в организме человека сгорает меньше пищи, поскольку тело в этих условиях требует меньше теп­ла, получаемого за счет питания. Поэтому в венозной крови остается больше кислорода. Таким образом, Майер факти­чески высказал мысль, что химическая энергия, содержа­щаяся в пище, превращается в теплоту (подобно тому, как это происходит с механической энергией мышц).

Только в 1842 году, после некоторых неудач, Майеру удалось опубликовать свою идею в статье «О количествен­ном и качественном определении сил», а в 1845 году выш­ла его книга «Органическое движение в его связи с обме­ном веществ, вклад в естествознание». В этих работах Майер показал, что химическая, тепловая и механическая энергии могут превращаться друг в друга и являются рав­ноценными.

Выводы Майера с недоверием были восприняты в на­учных кругах того времени как недостаточно обоснован­ные. Но опыты, проведенные одновременно и независимо от Майера английским исследователем Джеймсом Прескот­том Джоулем (1818-1889), подвели под идеи Майера прочную экспериментальную основу. Джоуль показал себя искусным и вдумчивым экспериментатором. На основе хорошо поставленного эксперимента он пришел к выводу, что теплоту можно создавать с помощью механической работы, используя магнитоэлектричество (электромагнит­ную индукцию), и эта теплота пропорциональна квадрату силы индуцированного тока. Вращая электромагнит ин­дукционной машины с помощью падающего груза, Джоуль определил соотношение между работой этого груза и теп­лотой, выделяемой в цепи.

Результаты, полученные в экспериментах, привели Джоуля к следующему обобщенному выводу: «... Во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получа­ется точное эквивалентное количество теплоты»²⁰. В рабо­те «О тепловом эффекте магниэлектричества и механиче­ском эффекте теплоты» (1843 г.) Джоуль утверждал, что животная теплота возникает в результате химических пре­вращений в организме, т.е. фактически делал те же выво­ды, к которым несколько ранее пришел Майер.

В первой половине 40-х годов XIX века и некоторые другие ученые претендовали на приоритет в открытии за­кона сохранения и превращения энергии. Например, в том же 1843 году датский инженер Людвиг Август Кольдинг (1815-1888) доложил в Королевском Копенгагенском об­ществе о результатах своих опытов по определению отно­шения между механической работой и теплотой, которые позволили считать его одним из сооткрывателей указан­ного закона.

В отстаивании данного закона и его широком призна­нии в научном мире большую роль сыграл один из наибо­лее знаменитых физиков XIX века Герман Людвиг Ферди­нанд Гельмгольц (1821-1894). Будучи, подобно Майеру, врачом, Гельмгольц так же, как и он, пришел от физиоло­гии к закону сохранения энергии. Признавая приоритет Майера и Джоуля, Гельмгольц пошел дальше и увязал этот закон с принципом невозможности вечного двигателя.

Доказательство сохранения и превращения энергии утверждало идею единства, взаимосвязанности материаль­ного мира. Вся природа отныне предстала как непрерыв­ный процесс превращения универсального движения мате­рии из одной формы в другую.

Свой вклад в диалектизацию естествознания внесли и некоторые открытия в химии. К числу таковых относит­ся получение в 1828 году немецким химиком Фридрихом Вёлером (1800-1882) искусственного органического веще­ства — мочевины. Это открытие положило начало целому ряду синтезов органических соединений из исходных неор­ганических веществ. Антиметафизическая направленность формирующейся органической химии проявилась прежде всего в том, что эта отрасль науки положила начало раз­рушению представления об отсутствии связи, о полной не­зависимости двух огромных сфер природы — неорганиче­ской и органической. Как отмечал Ф. Энгельс, «благода­ря получению неорганическим путем таких химических соединений, которые до того времени порождались только в живом организме, было доказано, что законы химии име­ют ту же силу для органических тел, как и для неоргани­ческих, и была заполнена значительная часть той якобы навеки непреодолимой пропасти между неорганической и органической природой...»²¹.

Создание в 40-х годах XIX века учения о гомологии, т. е. закономерном изменении свойств органических соеди­нений в зависимости от их состава, также способствовало диалектизации естествознания, ибо укрепляло идею взаи­мосвязи и единства химических веществ.

Еще одним поистине эпохальным событием в хими­ческой науке, внесшим большой вклад в процесс диалек­тизации естествознания, стало открытие периодического закона химических элементов. 1 марта 1869 года выдаю­щийся ученый-химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) разослал русским и иностранным химикам сообщение, которое он озаглавил «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». В этом сообщении было изложено великое открытие Мен­делеева: существует закономерная связь между химически­ми элементами, которая заключается в том, что свойства элементов изменяются в периодической зависимости от их атомных весов. Качественные свойства элементов зависят

от их количественных свойств, причем это отношение ме­няется периодически, скачками. Обнаружив эту закономер­ную связь, Менделеев расположил элементы в естественную систему, в зависимости от их родства.

В результате появилась также возможность предвидеть свойства ряда новых, еще не открытых элементов, для ко­торых Д.И. Менделеев оставил в таблице пустые места. Первым элементом из предсказанных Менделеевым был элемент галлий, открытый в 1875 году. За этим последо­вали открытия и других элементов. В 1954 году был от­крыт «элемент 101», названный «менделеевиумом» в честь великого русского химика.