Развитие естествознания не является лишь монотонным процессом количественного накопления знаний об окружающем природном мире. И если процесс простого приращения знаний (а иногда и вымыслов) был присущ для натурфилософии античности, для «преднауки» средневековья, то с XVI века характер научного прогресса существенно меняется. В развитии науки появляются переломные этапы, кризисы, выход на качественно новый уровень знаний, радикально меняющий прежнее видение мира.
Эти переломные этапы в генезисе научного знания получили наименование научных революций. Причем революция в науке – это, как правило, не кратковременное событие, ибо коренные изменения в научных знаниях требуют определенного времени. Поэтому в любой научной революции можно хронологически выделить некоторый более или менее длительный исторический период, в течение которого она происходит, Периоды научных революций, отмечал всемирно известный физик Луи де Бройль, «всегда характеризуют решающие этапы в прогрессивном развитии наших знаний».
Глобальная научная революция приводит к формированию совершенно нового видения мира, вызывает появление принципиально новых представлений о его структуре и функционировании, а также влечет за собой новые способы, методы его познания. Глобальная научная революция может происходить первоначально в одной из фундаментальных наук (или даже формировать эту науку), превращая ее затем на определенный исторический период в лидера науки. Последнее означает, что происходит своеобразная экспансия ее представлений, принципов, методов, возникших в ходе революции, на другие области знаний и на миропонимание в целом.
Первая научная революция произошла в эпоху, оставившую глубокий след в культурной истории человечества. Это был период конца XV – XVI вв., ознаменовавший переход от Средневековья к Новому времени и получивший название эпохи Возрождения. Последняя характеризовалась возрождением культурных ценностей античности, расцветом искусства, утверждением идей гуманизма. Вместе с тем эпоха Возрождения отличалась существенным прогрессм науки и радикальным изменением миропонимания, которое явилось следствием появления гелиоцентрического учения великого польского астронома Николая Коперника (1473 – 1543), которое он развил в своем труде “Об обращениях небесных сфер” (1543).
Одним из активных сторонников учения Коперника, поплатившегося жизнью за свои убеждения, был знаменитый итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548 – 1600). Но он пошел дальше Коперника, отрицая наличие центра Вселенной вообще и отстаивая тезис о бесконечности Вселенной. Бруно говорил о существовании во Вселенной множества тел, подобных Солнцу и окружающим его планетам. Причем многие из бесчисленных миров, считал он, обитаемы и, по сравнению с Землей, “если не больше и не лучше, то во всяком случае не меньше и не хуже”.
Инквизиция имела серьезные причины бояться распространения образа мыслей и учения Бруно. В 1592 году он был арестован и в течение восьми лет находился в тюрьме, подвергаясь вопросам со стороны инквизиции. 17 февраля 1600г., как нераскаявшийся еретик, он был сожжен на костре на Площади цветов в Риме. Однако эта бесчеловечная акция не могла остановить прогресса познаний человеком мира. На научном небосводе уже взошла звезда Галилея.
Вторая научная революция.
Трагическая гибель Джордано Бруно произошла на рубеже двух эпох: эпохи Возрождения и эпохи Нового времени. Последняя охватывает три столетия – XVII, XVIII, XIX вв. В этом трехсотлетнем периоде особую роль сыграл XVII век, ознаменовавшийся рождением современной науки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей, Кеплер, Ньютон.
В учении Галилео Галилея (1564 – 1642) были заложены основы нового механистического естествознания. Как свидетельствуют А. Эйнштейн и Л. Инфельд, «самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешенной из-за сложности – это проблема движения».
Галилей сформулировал принцип, получивший впоследствии наименование принципа инерции. Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как думал Аристотель), а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения. Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движущегося под воздействием начального толчка и земного притяжения является параболой. Галилею принадлежит экспериментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, немалый вклад в разработку учения о сопротивлении материалов.
С астрологическими наблюдениями Галилея, описанными им в сочинении «Звездный вестник», ознакомился и дал высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономов Иоганн Кеплер (1571 – 1630). Эта оценка астрономических исследований Галилея содержалась в работе Кеплера «Рассуждение о «Звездном вестнике». Кеплер занимался поисками законов небесной механики и составлением звездных таблиц. На основе обобщения данных астрономических наблюдений он установил 3 закона движения планет относительно Солнца. Также Кеплер разработал теорию солнечных и лунных затмений, предложил способы их предсказания, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем, составил так называемые Рудольфовы таблицы. С помощью этих таблиц можно было в любой момент времени с высокой степенью точности определить положение планет. Кеплеру принадлежит также решение важных для практики стереометрических задач.
Вторая научная революция завершилась творчеством одного из величайших ученых в истории человечества, каковым был Исаак Ньютон (1643 – 1727). Его научное наследие чрезвычайно разнообразно. В него входит и создание (параллельно с Лейбницем, но независимо от него) дифференциального и интегрального исчисления, и открытие трех основных законов движения, которые легли в основу механики. Данная система законов движения была дополнена открытым Ньютоном законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними.
Пожалуй, ни одно из всех ранее сделанных научных открытий не оказало такого громадного влияния на дальнейшее развитие естествознания, как открытие закона всемирного тяготения. Огромное впечатление на ученых производил масштаб обобщения, впервые достигнутый естествознанием. Это был поистине универсальный закон природы, которому подчинялось все – малое и большое, земное и небесное. Этот закон явился основой создания небесной механики – науки, изучающей движение тел Солнечной системы.
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 г., была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы из некоторой первоначальной, бесформенной туманной массы, некогда равномерно заполнявшей мировое пространство.
Вплоть до конца XIX в. на базе классической механики Галилея – Ньютона развивались все естественные науки. Затем вслед за механикой теоретическим науками стали химия, термодинамика, учение об электричестве. Теоретизация химии связана в первую очередь с исследованиями англичанина Джона Дальтона, сознательно положившего в основу теоретического объяснения химических изменений вещества атомистическую идею и придавшего этой идее вид конкретной научной гипотезы. Это стало началом химического этапа развития атомистики. В 1861 г. русский химик А.М. Бутлеров сформулировал основные положения теории химического строения молекул, а в 1869 г. Д.И. Менделеев открыл Периодический закон химических элементов. Он догадывался, что причины периодической зависимости элементов надо искать во внутреннем строении атомов.
Трудами большой группы ученых (Н. Карно, Ю.Р. Майера, Г. Гельмгольца, Р. Клаузиуса, У. Томсона, В. Нернста и других) были установлены основные законы термодинамики. М. Фарадей и Дж.К. Максвелл заложили начало учения об электромагнитном поле. Для развития теоретического мышления в биологии важное значение имели клеточная теория Т. Шванна, М. Шлейдена, Я.Э. Пуркинье и эволюционное учение Ч.Дарвина. Биология XIX в. (вместе с геологией) ярко продемонстрировала значение эволюционных идей.
Выдающиеся заслуги в развитии биологии принадлежат русским ученым П.Ф. Горянинову (одному из создателей клеточной теории строения организмов), эволюционистам К.Ф. Рулье, А.Н. Бекетову и И.И. Мечникову. Основополагающие открытия в физиологии высшей нервной деятельности совершил И.М. Сеченов (1829 – 1905). Его учение о механизмах деятельности головного мозга было развито работами великого исследователя И.П. Павлова. И.М. Сеченов доказал, что в основе психических явлений лежат физиологические процессы. Если Р. Декарт осознал рефлекторный характер непроизвольных движений, управляемых спинным мозгом, то И.М. Сеченов первым высказал идею о рефлекторном характере произвольных движений, управляемых головным мозгом. Продолжением этой идеи явилось открытие И.П. Павловым (1855 – 1935) условных рефлексов. И.М. Сеченов доказал, что раздражение определенных центров в головном мозгу тормозит деятельность центров спинного мозга. Благодаря И.М. Сеченову головной мозг стал предметом экспериментального исследования, а психические явления начали получать материалистическое объяснение в конкретной научной форме.
В начале ХХ века в физике и естествознании в целом произошла еще одна крупнейшая революция, приведшая к признанию релятивистской и квантовомеханической картины мира. Этому способствовали открытия: электромагнитных волн (Г. Герц), рентгеновских лучей (В. Рентген), радиоактивности (А. Беккерель), радия (М. Кюри-Складовская и П. Кюри), светового давления (П.Н. Лебедев), первых положений квантовой теории (М. Планк) и других явлений.