Природа фундаментальных открытий

План изложения

Вопросы:

1. Роль теоретико-вероятностных методов в развитии фундаментальных исследований
2. Активность живого и проблема целесообразности в современной биологии. Управление и регуляция в живых системах

Введение

1. Роль теоретико-вероятностных методов в развитии фундаментальных исследований

1.1. Природа фундаментальных открытий

1.2.Историческая обусловленность фундаментальных открытий

1.3. Классическая механика Ньютона

2. Активность живого и проблема целесообразности в современной биологии.

2.1. Сущность живого

2.2. Активность живого-взаимодействие с окружающей средой

2.3 Задачи управления  и регуляции

2.4Цели и специфика  управления в живых системах

Заключение

 

 

 

Введение

Представления о свойствах и  закономерностях окружающей нас  природы возникают на основе тех знаний, которые в каждый исторический период дают конкретные науки, изучающие определенные области явлений и процессов природы. Поскольку природа есть нечто единое целое, постольку и знания о ней должны иметь целостный характер, т.е. представлять собой определенную систему. Такую общую совокупность научных знаний о природе издавна называют учением о природе или естествознанием.

Чтобы подчеркнуть фундаментальный  характер основных и важнейших знаний о природе, ученые ввели понятие  естественнонаучной картины мира, под которой подразумевают систему важнейших понятий, принципов и фундаментальных законов, лежащих в основе понимания окружающей нас природы.

В действительности такая картина  возникает как результат синтеза фундаментальных открытий и законов разных отраслей и дисциплин естествознания.

Если отдельные научные теории ставят своей целью объяснение, понимание и предсказание конкретных фактов изучаемой области мира, то картины мира стремятся выделить основные понятия и фундаментальные принципы науки, в которую входит данная теория. Опираясь на них, картина мира помогает понять роль и место отдельных понятий и закономерностей в общей системе мира.

Обобщение, анализ и синтез знания в научной картине мира дают возможность целостного видения мира.

 

 

1. Природа фундаментальных открытий.

Среди многообразных  видов научных открытий особое место  занимают фундаментальные открытия, изменяющие наши представления о  действительности в целом, т.е. носящие  мировоззренческий характер.

А.Эйнштейн в свое время писал, что физик-теоретик «в качестве фундамента нуждается в  некоторых общих предположениях, так называемых принципах, исходя из которых, он может вывести следствия. Его деятельность, таким образом, разбивается на два этапа. Во-первых, ему необходимо отыскать эти принципы, во-вторых, развивать вытекающие из этих принципов следствия. Для выполнения второй задачи он основательно вооружен еще со школы. Следовательно, если для  некоторой области и соответственно совокупности взаимосвязей первая задача решена, то следствия не заставят себя ждать. Совершенно иного рода первая из названных задач, т.е. установление принципов, могущих служить основой  для дедукции. Здесь не существует метода, который можно было бы выучить  и систематически применять для  достижения цели».

Рассмотрим, например, открытие новой планеты  Леверье и Адамсом. Конечно, это открытие - большое событие в науке, тем более, если учесть, как оно было сделано: 
- сначала были обсчитаны траектории планет; 
- потом было обнаружено, что они не совпадают с наблюдаемыми; 
- затем было высказано предположение о существовании новой планеты; 
- потом навели телескоп в соответствующую точку пространства и... обнаружили там планету. 
Но почему это большое открытие можно отнести только к открытиям второго рода? 
Все дело в том, что оно было совершено на четком фундаменте уже разработанной небесной механики. 
Хотя задачи второго рода, конечно, можно подразделять на подклассы различной сложности, Эйнштейн отделяет их от фундаментальных проблем. 
Ведь последние требуют открытия новых фундаментальных принципов, которые не могут быть получены какой-либо дедукцией из существующих принципов. 
Перейдем к задачам первого рода. Таких проблем возникало перед человечеством, в общем-то, не так уж много, но решения их всякий раз означали громадный прогресс в развитии науки и культуры в целом. Они связаны с созданием таких фундаментальных научных теорий и концепций, как геометрия Евклида, гелиоцентрическая теория Коперника, классическая механика Ньютона, геометрия Лобачевского, генетика Менделя, теория эволюции Дарвина, теория относительности Эйнштейна, квантовая механика, структурная лингвистика. 
Все они характеризуются тем, что интеллектуальная база, на которой они создавались, в отличие от области открытий второго рода никогда не являлась строго ограниченной. 
Если говорить о психологическом контексте открытий разных путей, то, вероятно, он одинаков.

- В самом поверхностном виде  его можно охарактеризовать как  непосредственное видение, открытие  в полном смысле этого слова.  Человек, как считал Декарт, «вдруг»  видит, что проблему нужно рассматривать  именно так, а не иначе. 
- Далее следует заметить, что открытие никогда не бывает одноактным, а носит, так сказать, «челночный» характер. Сначала присутствует некое ощущение идеи; потом она проясняется путем выведения из нее определенных следствий, которые, как правило, уточняют идею; затем из новой модификации выводятся новые следствия и т.д.

2. Историческая обусловленность фундаментальных открытий.

Выдвижение  новых фундаментальных принципов  всегда связывалось с деятельностью  гениев, с озарением, с какими-то тайными характеристиками человеческой психики.

Великолепным  подтверждением такого восприятия этого  рода открытий является борьба ученых за приоритет. Сколько было в истории  острейших ситуаций во взаимоотношениях между учеными, связанных с их уверенностью в том, что никто  другой не мог получить достигнутых  ими результатов.

Например, известный социалист-утопист Ш.Фурье  претендовал на то, что он раскрыл  природу человека, открыл, как надо устроить общество, чтобы в нем  не было никаких социальных конфликтов. Он был убежден, что если бы родился  раньше своего времени, то помог бы людям решить все их проблемы без  войн и идеологических конфронтаций. В этом смысле он связывал свое открытие со своими индивидуальными способностями.

Как же все-таки появляются фундаментальные открытия? В какой мере их осуществление  связано с рождением гения, проявлением  его уникального дарования? 
Обращаясь к истории науки, мы видим, что такого рода открытия действительно осуществляются незаурядными людьми. Вместе с тем обращает на себя внимание тот факт, что многие из них делались независимо друг от друга несколькими учеными практически в одно время.

Н.И.Лобачевский, Ф.Гаусс, Я.Больяи, не говоря уже о математиках, которые развивали основы такой геометрии с меньшим успехом, т.е. целая группа ученых, практически одновременно пришли к одним и тем же фундаментальным результатам. Две тысячи лет люди бились над этой проблемой пятого постулата геометрии Евклида, и «вдруг», в течение буквально 10 лет, ее разрешает сразу десяток людей.

 Ч.Дарвин  впервые обнародовал свои идеи  об эволюции видов в докладе,  прочитанном в 1858 г. на заседании  Линнеевского общества в Лондоне. На этом же заседании выступил и Уоллес с изложением результатов исследований, которые по существу совпадали с дарвиновскими.

 Специальная  теория относительности носит,  как известно, имя А.Эйнштейна,  который изложил ее принципы  в 1905 г. Но в том же 1905 г.  подобные результаты были опубликованы  А.Пуанкаре.

 Совершенно  удивительно переоткрытие менделевской генетики в 1900 г. одновременно и независимо друг от друга Чермаком, Корренсом и де Фризом. 
Подобных ситуаций можно найти в истории науки огромное количество. 
И коль скоро дело обстоит так, что фундаментальные открытия делаются почти одновременно разными учеными, то, следовательно, имеется их историческая обусловленность.

В чем  же она в таком случае заключается?

Пытаясь ответить на этот вопрос, сформулируем следующее общее положение. 
Фундаментальные открытия всегда возникают в результате решения фундаментальных проблем. 
Прежде всего, обратим внимание на то, что, когда мы говорим о фундаментальных проблемах, мы имеем в виду такие вопросы, которые касаются наших общих представлений о действительности, ее познании, о системе ценностей, руководящей нашим поведением. Фундаментальные открытия часто трактуются как решения частных задач и не связываются с какими-либо фундаментальными проблемами.

 Скажем, на вопрос, как была создана  теория Коперника, отвечают, что  исследования показывали несоответствие  наблюдений и тех предсказаний, которые делались на базе птолемеевской геоцентрической системы, и поэтому возник конфликт между новыми данными и старой теорией.

3. Классическая механика Ньютона.

Ньютон поставил своей целью  найти общий закон движения тел, на которые действуют любые силы, а их траектории могут быть самыми разными. Поскольку движение тела зависит от приложенной к нему силы, а сила придает телу ускорение, постольку необходимо было найти количественный, математический метод для определения ускорения. Поэтому формирование классической механики происходило по двум направлениям:

1. обобщения полученных ранее результатов, и прежде всего законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;
2. создания методов для количественного, математического анализа механического движения в целом.

Известно, что Ньютон создал свой вариант  дифференциального и интегрального  исчислений непосредственно для  решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости движения как производной от пути по времени и ускорения как производной от скорости по времени, или второй производной. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Теперь количественный подход к описанию движения кажется чем-то само собой разумеющимся, но в XVII— XVIII вв. это было крупнейшим завоеванием научной мысли.

Решающую же роль в становлении  механики сыграл экспериментальный метод, который обеспечил возможность проверять все догадки, предположения и гипотезы с помощью тщательно продуманных опытов.

Ньютон, как и его предшественники, придавал большое значение наблюдениям и эксперименту, видя в них важнейший критерий для отделения ложных гипотез от истинных. Поэтому он резко выступал против допущения так называемых скрытых качеств, с помощью которых последователи Аристотеля и натурфилософы вообще пытались объяснить многие явления и процессы природы.

«Сказать, что каждый род вещей  наделен особым скрытым качеством, при помощи которого он действует и производит эффекты, — указывал Ньютон, — значит ничего не сказать».

В связи с этим он выдвигает совершенно новый принцип исследования природы, который теперь характеризуют как метод принципов, а сам Ньютон называл их началами.

«Вывести два или три общих  начала движения из явлений и после  этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, — было бы очень важным шагом в философии, хотя причины этих начал и не были еще открыты».

Эти начала движения и представляют собой основные законы механики, которые  Ньютон точно формулирует в своем  главном труде «Математические  начала натуральной философии», опубликованном в 1687 г. Встречающийся в заглавии этой книги термин «натуральная философия» в XVII—XVIII вв. обозначал физику, важнейшей частью которой считалась механика. С изложения основных ее законов он и начинает свой труд.

Первый закон, который часто называют законом инерции, постулирует:

Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии  покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Конечно, в реальных условиях движения полностью освободиться от воздействия внешних сил на тело никогда нельзя. Поэтому закон инерции представляет собой идеализацию, в которой отвлекаются от действительно сложной картины движения и представляют себе картину идеальную, которую можно составить в воображении путем предельного перехода, т.е. мысленного уменьшения воздействия на тело внешних сил и перехода к такому состоянию, когда это воздействие станет равным нулю.

Раньше думали, что тело будет  сразу же останавливаться после  того, как прекратится действие на него силы. Так нам подсказывает интуиция, но она нас обманывает, потому что после действия силы тело пройдет еще некоторый путь. Этот путь будет тем больше, чем меньшее противодействие оказывают на тело внешние силы. Если бы было возможно полностью исключить действие внешних сил, то тело продолжало бы двигаться вечно. Такого научного подхода к анализу движения придерживался Галилей, а за ним и Ньютон. Основываясь на ошибочной интуиции, Аристотель в своей «Физике» выдвинул противоположный взгляд, который долгое время господствовал в науке.

«Движущееся тело останавливается, если сила, толкающая его, прекращает свое действие».

Таким образом, о движении и действующей  на тело силе, с точки зрения Аристотеля, можно судить по наличию скорости, а не по изменению скорости или ускорению, как утверждал Ньютон.