А. Скорик - Шпаргалка по концепциям современного естествознания

После триумфа классической механики И. Ньютонаколичественные методы стали применяться и в других науках. Так, Лавуазье,систематически используя весы в своих опытах, заложил основы количественного химического анализа. Разработка И. Ньютоном и Г.В. Лейбницемдифференциального и интегрального исчисления, развитие статистических методов анализа, связанных с познанием вероятностного характера протекания природных процессов, способствовали проникновению математических методов анализа и описания действительности в другие естественные науки.

Дифференциальное и интегральное исчисление хорошо подходит для описания изменения скоростей движений, а вероятностные методы – для необратимости и создания нового. Все можно описать количественно, и тем не менее остается проблемой отношение математики к реальности. По мнению одних методологов, чистая математика и логика используют доказательства, но не дают никакой информации о мире, а только разрабатывают средства его описания. Но еще Аристотельписал, что число есть промежуточное между частным предметом и идеей, а Г. Галилейполагал, что книга природы написана языком математики.

Евкклидв своей геометрии свел природу к чистым и симметричным объектам: точка, одномерная линия, двумерная плоскость, трехмерное тело. Среди тел имеется ряд чисто симметричных форм, таких как конусы, цилиндры, блоки. Ни один из этих объектов не имеет в себе отверстий и внешних неровностей. У каждого правильная гладкая форма. Для греков симметрия и сплошность были признаками совершенства. Только совершенство предполагалось в природе.

В реальности природа отвергает симметрию так же, как она не любит равновесия, – это в некотором смысле эквивалентные состояния. Природные объекты огрубленных форм не являются разновидностями чистых евклидовых структур. В результате создание компьютерных изображений гор при помощи евклидовой геометрии представляет собой устрашающую задачу, которая требует множество строк программного кода и большого количества обращений к датчику случайных чисел. С помощью же фрактальной геометрии гора может быть создана на экране дисплея посредством всего лишь нескольких повторно применяемых правил.

Бенуа Мандельброт может быть назван Евклидом фрактальной геометрии. Он собрал наблюдения математиков, которые изучали «монстров», т. е. объекты, не определимые на путях евклидовой геометрии. В итоге обобщения этих математических работ и своего собственного озарения он создал геометрию природы, которая преуспела в описаниях асимметричности и невнятных форм. Б. Мандельбротсказал: «Горы не являются конусами, и облака – не сферы».

Так что же такое фрактал? Это объект, в котором части некоторым образом подобны целому, т. е. отдельные составные части самоподобны. Один из самых наглядных естественных фракталов – это дерево. Древесные ветви следуют так называемому скейлин-гу, т. е. каждое ответвление со своими собственными ветвями подобно всему дереву целиком в качественном смысле.

Не имея непосредственного отношения к реальности, математика не только описывает эту реальность, но и позволяет делать новые интересные и неожиданные выводы о реальности из теории, которая представлена в математической форме.

В истории науки существует множество различных парадигм. В современном понимании парадигма(от греч. paradeigma – «пример, образец») – это определенные правила описания, объяснения и понимания мира.

Понятие «парадигма» введено Г. Бергманоми широко использовано Т. Куномдля обозначения ведущих представлений и методов получения новых знаний. Оно часто заменяется понятием «картина мира».

Определенная система убеждений существует в любой исследовательской области. Приверженность к парадигмам отличает любое серьезное исследование. Без некоторого набора априорных убеждений, фундаментальных выводов и установок научная деятельность вообще невозможна.

Парадигмы несут не только познавательный, но и нормативный смысл: они устанавливают допустимые методы и набор стандартных решений. Но в науке возможно коренное переопределение парадигм.

Одной из наиболее авторитетных парадигм является объяснение мира исходя из принципа атомизма, или элементарности. Суть данного принципа состоит в утверждении того, что целое понимается как сумма частей, элементов.

Такое понимание обнаруживается во многих науках. На основе парадигмы атомизма основана классическая механика, учение об электричестве и магнетизме, кинетическая теория газов, неорганическая химия, клеточная теория живых организмов. Принцип элементарности реализуется и в социальных теориях (например, в понимании общества как совокупности индивидов).

Иную картину мира дает парадигма целостности. Она исходит из того, что не существует простых элементов, определяющих свойства и структуру целого мира. Первичным по отношению к частям может быть целое. Любая вещь обретает определенные свойства благодаря нахождению в системе определенных отношений. Такое понимание целого и части составляет суть системного подхода в науке. Системный подход стал одним из основных в математике, других естественно-научных предметах. Он широко применяется и в гуманитарных науках.

Парадигма целостности подразумевает, что всякое единичное существование является относительным, т. е. оно определяется отношением к «другому». Принцип относительности наибольшее развитие получил в теории А. Эйнштейна,в которой пересмотру были подвергнуты фундаментальные представления о пространстве, времени, движении.

Понимание относительности физической реальности углубила квантовая физика. В ее рамках изменились представления о самих физических объектах, которые обладают двойственной природой, таких как частицы и волны.

Ограниченные возможности измерения выражают вероятностную природу поведения и состояния объектов. Идея относительности наиболее полно отразилась в принципе симметрии, хотя природа знает и явления асимметрии.

На современном этапе все большую популярность приобретает синергетическая парадигма. Синергетика(от греч. synergetike – «сотрудничество, совместное действие») изучает общие принципы и закономерности, лежащие в основе процессов самоорганизации в системах различной природы. Синергетические системы характеризуются открытостью, неустойчивостью. Синергетика претендует на создание новой парадигмы в науке, разрабатывая новую картину мира, новые методы познания и практического отношения к действительности.