141
гия. Крайне важным достижением классической научной рациональности этого периода явилось ясное представление о том,
что природа не может быть неизменной. С течением времени различные природные объекты неизбежно меняют свое положение, форму и связи с другими телами. Подобные изменения затрагивают не только небесные и геологические объекты, но и живые организмы.
Таким образом, в научную картину мира постепенно вхо-
дит теория биологической эволюции. Как уже отмечалось вы-
ше, значительный вклад в ее формирование внесли шведский натуралист Карл Линней, французский естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк и британский биолог Чарлз Дарвин. Триумфом теории эволюции явилась книга Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859), в которой он описал главные биологические механизмы и факторы развития живого мира. В другой известной книге («Происхождение человека и половой отбор» (1871) Дарвин низвергает теологический креационизм и выдвигает гипотезу о естественном возникновении человека от антропоидной обезьяны и его дальнейшей эволюции.
Основной механизм эволюции у Дарвина выглядел следующим образом: случайно возникающие полезные свойства живых организмов (изменчивость) закрепляются под действием принципов биологической наследственности в их потомстве и тем самым способствуют совершенствованию новых поколений биологических видов. Менее приспособленные особи конкретного вида постепенно вымирают под действием неблагоприятных факторов окружающей среды: климата, болезней, недостатка пищи, агрессии хищников. Этот процесс Дарвин обобщенно назвал естественным отбором. Основные положения отмеченной концепции эволюции живой природы, допол-
142
ненные позже достижениями генетики, сохранили свое влияние в научном миропонимании вплоть до XXI в.
Представления о структуре вещества в рамках классической научной картины мира XVIII–XIX вв. развиваются в русле концепции атомизма. Вплоть до конца XIX столетия атом считается неделимой первоосновой материи. Разработанная Дмитрием Менделеевым периодическая система химических элементов убедила научный мир в незыблемости атома и зависимости свойств химических веществ от атомного веса конкретного элемента.
Большим достижением классической научной картины мира явилось открытие новой формы материи – электромагнитного поля. Долгое время понятия материя и вещество в научном мире фактически являлись синонимами. Многие сотни лет вещество воспринималось физиками и химиками как единственная возможная форма материи. Эти убеждения были низвергнуты в результате широких исследований электричества и магнетизма (Х. К. Эрстед, А.-М. Ампер, Г. Ом, М. Фарадей, Дж. Максвелл и др.).
На основе эмпирических наблюдений Фарадей приходит к выводу о том, что предполагавшихся ранее электрических флюидов не существует, а явление электричества соотносится
сатомами вещества. Второй его важнейший вывод был связан
соткрытием принципа действия электрических зарядов. Фарадей понял, что никакого дальнодействия не существует. Электрические и магнитные силы всегда распространяются по кривым линиям, а их конфигурация зависит от физических свойств среды, через которую они распространяются.
Таким образом, Фарадей не только вводит понятие электромагнитного поля, но и формулирует фундаментальную идею близкодействия электромагнитной силы. Немного позже,
143
в 1864 г. британским физиком и математиком Джеймсом Максвеллом будет разработана физическая теория электромагнитного поля, которая имела огромное теоретическое и практическое значение для дальнейшего развития мировой науки и техники.
4.4. Неклассическая
научная картина мира (XX в.)
Неклассическая научная картина мира формируется в начале ХХ столетия под влиянием научной революции, которая происходит на рубеже XIX–XX вв. Основу этой научной революции составили открытия в области физики, космологии и биологии: изучение сложной структуры атома, теория относительности, квантовая механика, концепция нестационарной расширяющейся Вселенной, теория эволюции биологических видов и закономерности передачи наследственной информации.
Первый существенный удар по классической научной картине мира нанесло открытие делимости атома. Многие сотни лет наука воспринимала атом как важнейший элемент – «кирпичик» вещества. Как известно, впервые идея о том, что весь мир состоит из мельчайших неделимых частиц и пустоты была сформулирована древними греческими философами Левкиппом и Демокритом. Концепция атомизма материи, подзабытая в Средние века и эпоху Возрождения, была возрождена в XVIII в. английским химиком Джоном Дальтоном.
Под влиянием его работ естествоиспытатели начали активно изучать химические и физические свойства известных веществ, связанные, как предполагалось, с особенностями различных атомов. Спустя сто лет, т. е. в XIX в., выдающийся русский химик Дмитрий Менделеев построил систему химических элементов, основанную на их атомном весе. Это до-
144
стижение подтвердило атомическую концепцию строения вещества и уверило научный мир в справедливости интуитивного прозрения античных философов о существовании неделимых частиц – «первокирпичиков» мироздания.
Однако всего через четверть века, на исходе XIX столетия, свершилась научная сенсация: экспериментальные данные свидетельствовали о том, что атом, по всей видимости, не является неделимой частицей. Оказалось, что он имеет довольно сложный внутренний состав. Так исследования явления рент-
геновского излучения (В. Рентген, 1895), радиоактивности
(А. Беккерель, Э. Резерфорд, П. и М. Кюри, 1896), а также открытие отрицательно заряженной частицы – электрона
(Дж. Томсон, 1897) положили начало изучению внутренней структуры атома. Позже, одна за другой были разработаны не-
сколько теоретических моделей строения атома (см. Тема 2).
Наибольшее признание в научном мире получила модель атома датского физика Нильса Бора, предложенная им в 1913 г. Она опиралась на принцип квантования и планетарную модель Резерфорда. Бор полагал, что в каждом атоме электроны могут находиться не в произвольных положениях, а в некоторых стационарных состояниях – т. е. на постоянных орбитах. В таких случаях они не излучают энергию. Когда же электрон переходит из одного состояния в другое, он излучает или поглощает определенную порцию энергии. Таким образом, энергия атома излучается и поглощается в квантах – строго определенных количествах или порциях.
Постепенно, в течение нескольких десятков лет, идеи Нильса Бора были развиты и уточнены. Так появилась квантовая теория строения атома, характерная для неклассической научной картины мира ХХ в. Согласно этой теории, устройство атома выглядит следующим образом: атом имеет тяжелое
145
положительно заряженное ядро и относительно легкие, отрицательно заряженные электроны. Размер атома составляет примерно одну миллиардную долю сантиметра. Размер ядра атома – намного меньше. Ядро состоит из частиц двух видов, обобщенно называемых нуклонами. Среди нуклонов выделяют протоны – положительно заряженные частицы и нейтроны – частицы, не имеющие электрического заряда. Электрический заряд протона равен заряду электрона. Масса протона равна массе нейтрона.
Важная характеристика атома – это заряд ядра. Он определяет вид атома, т. е. разновидность химического элемента в периодической таблице Менделеева. Заряд ядра равен количеству протонов. Массовое число элемента в таблице равно количеству нуклонов. Количество нуклонов равно сумме протонов и нейтронов. Число электронов в нормальном атоме соответствует числу протонов.
В нормальном состоянии любой атом является электрически нейтральным. Если он теряет часть своих электронов, то такой атом становится положительным ионом. Если атом приобретает дополнительные электроны, он становится отрицательным ионом. Масса электрона почти в 2 000 раз меньше массы нуклона. Следовательно, ядро атома намного превосходит электроны по своей массе. Масса ядра атома одного и того же химического элемента может отличаться. Причиной тому является разное количество нейтронов в ядре атома, от которых не зависит вид химического элемента. Ядра атомов с различным числом нейтронов называются изотопами. Один химический элемент может иметь несколько различных изотопов.
Все известные микрочастицы подчиняются законам квантовой механики. Не является исключением и атом. Его полная энергия может принимать только определенные (дискретные)