Где начинается наука?
Одной простой границы здесь нет. На занятии мы проследим, как рядом с практическим опытом постепенно развиваются систематическое наблюдение, рациональное объяснение, математическое описание, доказательство и количественная проверка.
Это не ступени единой обязательной лестницы. Разные формы знания возникали в разное время, сосуществовали и влияли друг на друга.
1. Технологии появились задолго до естественнонаучных теорий
Люди научились обрабатывать камень, обжигать керамику, получать металлы и сплавы за тысячи лет до появления химии в современном смысле. Работающий технологический приём мог передаваться, совершенствоваться и воспроизводиться без теории строения вещества.
История металлургии особенно наглядна: практика управления составом сырья, температурой и режимом печи возникла намного раньше понятий химического элемента, атома и химической реакции.
Ориентировочная хронология
Медная металлургия: отдельные центры уже в V–IV тыс. до н. э.
Бронзовый век: в Восточном Средиземноморье — с конца IV и главным образом в III–II тыс. до н. э.
Распространение железа: заметно усиливается с XIII–XII вв. до н. э.; в I тыс. до н. э. железные орудия становятся обычными во многих регионах.
Границы бронзового и железного веков различаются по регионам; эти даты нужны как ориентир, а не как универсальная периодизация.
2. Наблюдение, вычисление и предсказание
В Египте и Месопотамии практические задачи землемерия, календаря, счёта и наблюдения неба привели к накоплению устойчивых вычислительных приёмов. Египетские математические тексты II тыс. до н. э. содержат правила вычисления площадей и объёмов; в Месопотамии уже во II–I тыс. до н. э. существовала развитая вычислительная традиция.
Особенно важны длительные вавилонские наблюдения неба. Позднейшие греческие астрономы пользовались вавилонскими данными, восходившими по меньшей мере к VIII в. до н. э. Здесь ясно видно, что систематическое накопление данных может давать надёжные предсказания ещё до появления физической теории явления.
регулярно фиксировать явления
искать повторяемость и количественные связи
рассчитывать ожидаемое явление по найденной закономерности
3. Миф и рациональное объяснение природы
Мифологическая картина мира не сводится к набору «ошибочных ответов»: она связывает природные и человеческие события с действиями богов, происхождением мира, традицией и установленным порядком. Для истории науки существен другой вопрос — когда объяснение природного явления начинают искать прежде всего в самой природе.
| Что сравниваем? | Мифологическое объяснение | Рациональное исследование природы |
|---|---|---|
| Откуда берётся событие? | Причина может связываться с волей, действиями и отношениями божественных или иных сверхъестественных сил. | Ищутся общие начала, процессы и закономерности, действующие в природе. |
| Как обосновывается объяснение? | Через традиционный сюжет, авторитет предания и его толкование. | Через рассуждение, наблюдения, сопоставление различных объяснений; позднее всё большую роль играют доказательство и измерение. |
Речь не идёт о мгновенной замене одного способа мышления другим. Мифологические, религиозные и рациональные формы объяснения ещё долго сосуществовали.
4. Милетская школа: поиск природных начал
Фалес, Анаксимандр и Анаксимен работали в VI в. до н. э. в Милете — крупном ионийском торговом и культурном центре. Милетскую школу обычно считают древнейшей греческой научно-философской школой.
Фалес
Первая половина VI в. до н. э.
Аристотель сообщает, что Фалес считал первоначалом всего воду. Сегодня важен не сам этот ответ, а способ постановки вопроса: можно ли объяснить многообразие мира через одно природное начало?
Анаксимандр
VI в. до н. э.
В качестве первоначала он вводил апейрон — беспредельное, неопределённое начало. Возникновение различий в мире связывалось уже не с действиями богов, а с процессами внутри самого космоса.
Анаксимен
VI в. до н. э.
Первоначалом называл воздух, а различия между веществами объяснял его разрежением и сгущением. Здесь особенно заметна попытка указать не только исходное начало, но и механизм превращений.
5. Античная натурфилософия, математика и механика
В VI–III вв. до н. э. складываются несколько разных способов рационального исследования природы. Они ещё не образуют единого «научного метода», но многие из этих приёмов позднее станут основой естествознания.
Пифагорейская традиция: числовые отношения в музыке
Если натяжение и свойства струны одинаковы, частота колебаний обратно пропорциональна длине звучащей части. Для истории науки здесь важна связь наблюдаемого качества — музыкального интервала — с простым числовым отношением.
Демокрит: что объясняет атомизм?
Вещи меняются, соединяются и распадаются, но сами атомы, согласно этой концепции, не возникают и не уничтожаются. Изменение наблюдаемого мира объясняется движением, расположением и сочетанием неизменных атомов в пустоте.
От современной физики и химии эту концепцию отделяет главное: она не опиралась на экспериментальную базу, которая позволила бы количественно проверить строение вещества.
Аристотель: почему камень падает, а пламя поднимается?
В аристотелевской физике это разные случаи естественного движения: элементы стремятся к своим естественным местам. Для земного элемента естественное направление — к центру мира; для огня — вверх.
Эта схема кажется нам неверной, но она была частью последовательной физической и космологической системы. К ней мы вернёмся при обсуждении Галилея.
Архимед: условие равновесия рычага
Рычаг применяли задолго до Архимеда. Количественная теория позволяет перейти от ремесленного опыта к расчёту: зная силы и расстояния до точки опоры, можно заранее определить условие равновесия.
Итоги первой части: какие способы изучения природы уже существовали в античности?
технологии и ремесленные приёмы, отработанные задолго до научной теории
накопление данных, сравнение и предсказание повторяющихся явлений
поиск общих природных начал, причин и механизмов
числовые отношения и количественные закономерности
логический вывод утверждений из явно сформулированных исходных положений
уже используются, но ещё не образуют единой экспериментальной методологии Нового времени
Какие из этих признаков необходимы, чтобы мы назвали исследование научным? Достаточен ли какой-нибудь один из них?
Самостоятельная работа
Около 20–25 минутСначала ответьте самостоятельно. После проверки можно исправлять ответы: результат пересчитается.
А. Как точнее охарактеризовать ситуацию?
Б. Вопросы на понимание
В. Рычаг: от технологии к количественному закону
Изменяйте силы и плечи. Найдите не меньше трёх разных состояний равновесия.
Какое утверждение лучше всего описывает наблюдение?