Естесствознание в эпоху Нового Времени

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. 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.

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, так как укрепляло идею взаимосвязи и единства химических веществ.

Еще одним 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.

Из всего вышесказанного следует, что основополагающие принципы диалектики – принцип развития и принцип всеобщей взаимосвязи – получили во второй половине XVIII и особенно в XIX веках мощное естественнонаучное обоснование.

3.Очищение естествознания  от натурфилософских представлений

Третья научная  революция, наряду с диалектизацией естествознания, явившейся ее сутью, включала и начавшийся в конце XVIII века процесс очищения науки от натурфилософских понятий и представлений.

Первым из таких  представлений, подвергшихся пересмотру в свете новых научных данных, явилась теория флогистона. Ученые второй половины XVII-XVIII вв. для объяснения процесса горения привлекали некоторую  субстанцию, своеобразное «начало горючести» -- флогистон (от греч. «флогистос» -- воспламеняемый, горючий). Считалось, что хорошо горят те тела, которые содержат много флогистона, и наоборот, тела, содержащие мало флогистона, должны гореть плохо. Натурфилософское учение о флогистоне занимало господствующее положение в химии более ста лет.

Наиболее полно  это учение изложил в своей  книге «Химические и физические опыты, наблюдения и размышления» немецкий химик Георг Эрнст Шталь (1660-1734). С его точки зрения, флогистон – это легчайшая материальная субстанция земного происхождения, с помощью которой можно объяснить процессы горения, прокаливания, обжига и т. п.

В 1774 году в своей  книге «Небольшие работы по физике и химии» Лавуазье впервые выдвинул идею об участии атмосферного воздуха  в процессах горения (кислород был  тогда еще неизвестен). А три  года спустя, в 1777 году, он развил эту  идею в работе «Общее рассмотрение природы кислот и принципов их соединения». Лавуазье указал на то, что  хотя теория флогистона и объясняет  кое-что в явлениях горения и  кальцинации, но ее нельзя признать удовлетворительной и принять как научную. Новая  теория горения, выдвинутая Лавуазье, сводилась к следующим положениям:

Тела горят только в «чистом воздухе».

«Чистый воздух»  поглощается при горении, и увеличение массы сгоревшего тела равно уменьшению массы воздуха.

Металлы при прокаливании превращаются в «земли», горящие  сера или фосфор, соединяясь с «чистым  воздухом» и водой, превращаются в кислоты.

Несколько лет спустя Лавуазье окончательно выяснил главенствующую роль кислорода в своей теории. В трактате «Размышления о флогистоне», опубликованном в 1786 году, он решительно опроверг натурфилософскую флогистонную теорию.

Значительно позднее  флогистона из науки было изгнано  другое натурфилософское понятие – теплород; последнее долгое время играло важную роль в теории теплоты. Теплород мыслился в виде особой, фантастической «тепловой жидкости», которая, перетекая от одного тела к другому, обеспечивает процесс теплопередачи. Понимание теплоты, как особой субстанции, длительное время считалось общепризнанным в науке, и надо было иметь большое научное мужество, которое проявил наш соотечественник, выдающийся ученый Михаил Васильевич Ломоносов (1711--1765), чтобы противопоставить концепции теплорода совершенно иное понимание тепловых явлений.

В своей работе «Размышления о причине теплоты и холода», опубликованной в 1750 году, Ломоносов  подверг критике концепцию теплорода  и обосновал кинетическую гипотезу теплоты. Гипотеза Ломоносова состояла в том, что теплота – это форма движения мельчайших материальных частиц (корпускул, или молекул). Их вращательное движение является причиной тепла. Основные положения развитой Ломоносовым кинетической гипотезы теплоты сводились к следующему:

1) молекулы (корпускулы) имеют шарообразную форму;

2) при более быстром  вращении частиц теплота должна  увеличиваться, а при более  медленном -- уменьшаться;

3) частицы горячих  тел вращаются быстрее, более  холодных -- медленнее;

4) горячие тела  должны охлаждаться при соприкосновении  с холодным, так как это замедляет  теплотворное движение частиц;

5) холодные же  тела должны нагреваться при  соприкосновении с горячим вследствие  ускорения движения частиц.

Однако кинетическая гипотеза Ломоносова, созданная в  середине XVIII века, не смогла в то время  переломить сложившийся стереотип  научного мышления. Натурфилософское учение о теплороде просуществовало  еще почти целое столетие.

Только в середине XIX века, когда был открыт закон  сохранения и превращения энергии, физики окончательно отказались от теплорода  и вернулись к кинетической концепции  теплоты, успешно разрабатывавшейся  Ломоносовым еще за сто лет  до открытия этого закона.

Работы ряда ученых XIX века в области электромагнетизма (о которых подробнее будет  сказано в следующем разделе) привели к отказу от таких натурфилософских понятий, как электрическая и  магнитная жидкости. На основе новых представлений об электричестве и магнетизме французский физик Андре Мари Ампер (1775-1836) первым пришел к выводу об отсутствии в природе каких-либо электрических или магнитных жидкостей (как положительных, так и отрицательных). Работы Ампера и других исследователей привели к тому, что субстанциональное понимание электромагнитных явлений было заменено принципиально новым понятием электромагнитного поля..

4. Исследования в  области электромагнитного поля  и начало крушения механистической  картины мира

Механические взгляды  на материальный мир господствовали в естествознании не только XVII и XVIII веков, но и почти весь XIX век. В  целом природа понималась как  гигантская механическая система, функционирующая  по законам классической механики. Ученые-естествоиспытатели видели в  классической механике прочную и  окончательную основу естествознания.

Механистическая картина  мира знала только один вид материи -- вещество, состоящее из частиц, имеющих массу. В XIX веке к числу свойств частиц стали прибавлять электрический заряд. И хотя масса, как считалось, была у всех частиц, а заряд -- только у некоторых, обладание электрическим зарядом было признано таким же фундаментальным, важнейшим их свойством, как и масса.

Английский химик  и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного  поля. Ему удалось показать опытным  путем, что между магнетизмом  и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем сам он впервые  объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой  природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе  существует еще и поле.

Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Его основной работой, заключавшей  в себе математическую теорию электромагнитного  поля, явился «Трактат об электричестве  и магнетизме», изданный в 1873 году. Введение Фарадеем понятия электромагнитного  поля и математическое определение  его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея  и Ньютона.

Но потребовались  новые результаты, чтобы теория Максвелла  стала достоянием физики. Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857-1894). Именно ему по поручению Гельмгольца (Герц был его любимым учеником) довелось проверить экспериментально теоретические выводы Максвелла.

Работы в области  электромагнетизма положили начало крушению механистической картины  мира.

С тех пор механистические  представления о мире были существенно  поколеблены. Ведь любые попытки  распространить механические принципы на электрические и магнитные  явления оказались несостоятельными. Поэтому естествознание вынуждено  было в конце концов отказаться от признания особой, универсальной роли механики. Механистическая картина мира начала сходить с исторической цены, уступая место новому пониманию физической реальности.