Модель мира

Картина мира

Картина мира - термин, используемый в различных смыслах для обозначения ^[3]:

• мировоззренческих структур, лежащих в фундаменте культуры определенной исторической эпохи. В этом же значении используются термины образ мира, модель мира, видение мира, характеризующие целостность мировоззрения.
• научных онтологии, т.е. тех представлений о мире, которые являются особым типом научного теоретического знания. В этом смысле понятие научной картины мира используется для обозначения:
• горизонта систематизации знаний, полученных в различных научных дисциплинах. Научная картина мира при этом выступает как целостный образ мира, включающий представления о природе и обществе
• системы представлений о природе, складывающихся в результате синтеза естественнонаучных знаний (аналогичным образом этим понятием обозначается совокупность знаний, полученных в гуманитарных и общественных науках)
• посредством этого понятия формируется видение предмета конкретной науки, которое складывается на соответствующем этапе её истории и меняется при переходе от одного этапа к другому.

Соответственно указанным значениям, понятие научной картины мира расщепляется на ряд взаимосвязанных понятий, каждое из которых обозначает особый тип научной картины мира как особый уровень систематизации научных знаний^[3]:

• общенаучную картину мира
• естественнонаучную картину мира и социально-научную картину мира
• специальную (частную, локальную) научную картину мира.

Также выделяют «наивную» картину мира ^[6]

Исторические типы

Чётко и однозначно фиксируемых радикальных смен научной картины мира, научных революций в истории развития науки можно выделить три, которые обычно принято персонифицировать по именам трёх ученых, сыгравших наибольшую роль в происходивших изменениях.^[2]

Аристотелевская

Период: VI-IV века до нашей эры

Обусловленность:

Отражение в трудах:

Наиболее полно - Аристотеля: создание формальной логики (учение о доказательстве, главный инструмент выведения и систематизации знания, разработал категориально понятийный аппарат), утверждение своеобразного канона организации научного исследования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы за и против, обоснование решения), дифференциация самого знания (отделение науки о природе от математики и метафизики)

Результат:

• возникновение самой науки
• отделение науки от других форм познания и освоения мира
• создание определенных норм и образцов научного знания.

Ньютоновская научная революция

Классическое естествознание

Период: XVI-XVIII века

Исходный пункт: переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической.

Обусловленность:

Отражение в трудах:

Открытия: Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта. И. Ньютон подвел итог их исследованиям, сформулировал базовые принципы новой научной картины мира в общем виде.

Основные изменения:

• Язык математики, выделение строго объективных количественных характеристик земных тел (форма величина, масса, движение), выражение их в строгих математических закономерностях
• Методы экспериментального исследования. Исследуемые явления - в строго контролируемых условиях
• Отказ от концепции гармоничного, завершенного, целесообразно организованного космоса.
• Представления: Вселенная бесконечна и объединена только действием идентичных законов
• Доминанта: механика, все соображения, основанные на понятиях ценности, совершенства, целеполагания, были исключены из сферы научного поиска.
• Познавательная деятельность: чёткая оппозиция субъекта и объекта исследования.

Итог: появление механистической научной картины мира на базе экспериментально математического естествознания.

Эйнштейновская революция

Период: рубеж XIX-XX веков.

Обусловленность:

• Открытия:
• сложная структура атома
• явление радиоактивности
• дискретность характера электромагнитного излучения
• и др.

Итог: была подорвана важнейшая предпосылка механистической картины мира – убежденность в том, что с помощью простых сил, действующих между неизменными объектами, можно объяснить все явления природы.

Сравнение с другими "картинами мира"

Научная картина мира – это одна из возможных картин мира, поэтому ей присуще как что-то общее со всеми остальными картинами мира – мифологической, религиозной, философской, - так и нечто особенное, что выделяет именно научную картину мира из многообразия всех остальных образов мира ^[7]

С религиозным

Научная картина мира может отличаться от религиозных представлений о мире, основаных на авторитете пророков, религиозной традиции, священных текстах и т. д. Поэтому религиозные представления более консервативны в отличие от научных, меняющихся в результате обнаружения новых фактов. В свою очередь, религиозные концепции мироздания могут изменяться, чтобы приблизиться к научным взглядам своего времени. В основе получения научной картины мира лежит эксперимент, который позволяет подтвердить достоверность тех или иных суждений. В основе религиозной картины мира лежит вера в истинность тех или иных суждений, принадлежащих какому-либо авторитету. Тем не менее, в некоторых традициях йоги можно получить личный опыт, подтверждающий определенную картину мира, описанную в данной традиции. Научное подтвержение или опровержение таких опытов пока не было получено по причине того, что наука занимается вещами, относящимися к науке (см. также псевдонаука).

С художественным и бытовым

Научная картина мира отличается также от мировоззрения, свойственного бытовому или художественного восприятию мира, использующего бытовой/художественный язык для обозначения объектов и явлений мира. Например, человек искусства создает художественные образы мира на основании синтеза своего субъективного (эмоционального восприятия) и объективного (бесстрастного) постижения, в то время как человек науки сосредоточен на исключительно объективном и с помощью критического мышления устраняет субъективность из результатов исследований. Эмоциональное восприятие правополушарно (образно), в то время как логическое научное обоснование, абстракции, обобщения — левополушарно^{[источник не указан 540 дней]}.

Сфилософским

Отношения науки и философии являются предметом дискуссии. С одной стороны, история философии — это гуманитарная наука, основной метод которой — толкование и сравнение текстов. С другой стороны, философия претендует на то, чтобы быть чем-то большим, чем наука, её началом и итогом, методологией науки и её обобщением, теорией более высокого порядка, метанаукой. Наука существует как процесс выдвижения и опровержения гипотез, роль философии при этом заключается в исследовании критериев научности и рациональности. Вместе с тем, философия осмысливает научные открытия, включая их в контекст сформированного знания и тем самым определяя их значение. С этим связано древнее представление о философии как о царице наук или о науке наук.

Со смешанными

Все перечисленные представления могут присутствовать у человека вместе и в различных сочетаниях. Научная картина мира, хотя и может составлять значительную часть мировоззрения, никогда не является его адекватной заменой, так как в своем индивидуальном бытии человек нуждается как в эмоциях^{[источник не указан 540 дней]} и художественном или чисто бытовом восприятии окружающей действительности, так и в представлениях о том, что находится за пределами достоверно известного или на границе неизвестности, которую предстоит преодолеть в тот или иной момент в процессе познания.

Эволюция представлений

Существуют различные мнения о том, как изменяются представления о мире в истории человечества. Поскольку наука появилась сравнительно недавно, она может давать дополнительные сведения о мире. Однако некоторые философы считают, что со временем научная картина мира должна полностью вытеснить все другие.

По классификации Конта, научная картина мира олицетворяет собой третью, позитивную (после теологической и метафизической) фазу последовательного фазиса философской мысли в истории всего человечества.

Фейербах так сказал о смене своих идей:

«Бог был моей первой мыслью, разум — второй, человек — третьей и последней.»

Из представлений Фейербаха идея эволюции философии и социума перешла также в марксизм.

Вселенная

История Вселенной

Основная статья: Космология

Рождение Вселенной

В соответствии с данными космологии, Вселенная возникла в результате взрывного процесса, получившего название Большой взрыв, произошедшего около 14 млрд лет назад. Теория Большого взрыва хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами (например, расширением Вселенной и преобладанием водорода) и позволила сделать верные предсказания, в частности, о существовании и параметрах реликтового излучения.

В момент Большого взрыва Вселенная занимала микроскопические, квантовые размеры.

В соответствии с инфляционной моделью, в начальной стадии своей эволюции Вселенная пережила период ускоренного расширения (инфляции). Предполагается, что в этот момент Вселенная была «пустой и холодной» (существовало только высокоэнергетическое скалярное поле), а затем заполнилась горячим веществом, продолжавшим расширяться.

Переход энергии в массу не противоречит физическим законам, например, рождение пары частица-античастица из вакуума можно наблюдать и сейчас в некоторых научных экспериментах.

О причинах Большого взрыва выдвинуто несколько гипотез. В соответствии с одной из них, взрыв порождён флуктуациейвакуума. Причина флуктуации — квантовые колебания, которые испытывает любой объект на квантовом уровне; вероятность крупной флуктуации низка, но отлична от нуля. В результате флуктуации вакуум вышел из состояния равновесия (см. туннельный эффект) и перешёл в новое состояние с меньшим энергетическим уровнем (что привело к выделению энергии).

Другая гипотеза, оперирующая в терминах теории струн, предполагает некое внешнее по отношению к нашей Вселенной событие, например, столкновение бран в многомерном пространстве.

Некоторые физики допускают возможность множественности подобных процессов, а значит и множественность вселенных, обладающих разными свойствами. Тот факт, что наша Вселенная приспособлена для образования жизни может объясняться случайностью — в «менее приспособленных» вселенных просто некому это анализировать (см. Антропный принцип и текст лекции «Инфляция, квантовая космология и антропный принцип»). Ряд учёных выдвинули концепцию «кипящей Мультивселенной», в которой непрерывно рождаются новые вселенные и у этого процесса нет начала и конца.

Необходимо отметить, что сам факт Большого взрыва с высокой долей вероятности можно считать доказанным, но объяснения его причин и подробные описания того, как это происходило, пока относятся к разряду гипотез.

Эволюция Вселенной

Расширение и остывание Вселенной в первые мгновения существования нашего мира привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме.

Доминирующие гипотезы сводятся к тому, что первые 300—400 тыс. лет Вселенная была заполнена только ионизированным водородом и гелием. По мере расширения и остывания Вселенной они перешли в стабильное нейтральное состояние, образовав обычный газ. Предположительно через 500 млн лет. зажглись первые звёзды, а сгустки вещества, образовавшиеся на ранних стадиях благодаря квантовым флуктуациям, превратились в галактики.

В результате термоядерных реакций в звёздах были синтезированы более тяжёлые элементы (вплоть до углерода). Во время взрывов сверхновых звёзд образовались ещё более тяжёлые элементы. В молодых галактиках процесс образования и гибели звёзд шёл очень бурно. Чем массивнее звезда, тем быстрее она гибнет и рассеивает бо́льшую часть своего вещества в пространстве, обогащая его разнообразными химическими элементами. После взрывов вещество сгущалось снова, в результате чего зажигались звёзды следующих поколений, вокруг которых образовывались планетные системы. Поэтическая фраза «мы состоим из пепла давно угасших звёзд» полностью соответствует действительности.

Образование планетных систем

Основная статья: Космогония

Образование звёзд и планетных систем изучает наука космогония. Под действием гравитации в газопылевых облаках формируются сгущения с образованием вращающихся газопылевых дисков. Основная масса вещества концентрируется в центре диска, где растёт температура, в результате чего начинается термоядерная реакция и вспыхивает звезда (рождения звёзд в газопылевых облаках наблюдались в телескоп). В остальных частях диска образуются планеты.

Как показывают исследования последних лет, планетные системы вокруг звёзд весьма распространены (во всяком случае в нашей Галактике). В Галактике имеется несколько сотен миллиардов звёзд и, по-видимому, не меньшее количество планет.

Солнечная система образовалась около 5 млрд лет назад. Мы находимся в периферийной части нашей Галактики (хотя и достаточно далеко от её края).

Устройство Вселенной

Одно из важнейших свойств Вселенной — она расширяется, причём ускоренно. Чем дальше расположен объект от нашей галактики, тем быстрее он от нас удаляется (но это не означает, что мы находимся в центре мира: то же самое справедливо для любой точки пространства).

Видимое вещество во Вселенной структурировано в звёздные скопления — галактики. Галактики образуют группы, которые, в свою очередь, входят в сверхскопления галактик. Сверхскопления сосредоточены в основном внутри плоских слоёв, между которыми находится пространство, практически свободное от галактик. Таким образом, в очень больших масштабах Вселенная имеет ячеистую структуру, напоминающую «ноздреватую» структуру хлеба. Однако на ещё бо́льших расстояниях (свыше 1 млрд световых лет) вещество во Вселенной распределено однородно.

Помимо видимого вещества во Вселенной присутствует тёмная материя, проявляющаяся через гравитационное воздействие. Тёмная материя, как и обычное вещество, также сосредоточена в галактиках. Природа тёмной материи пока неизвестна. Кроме того, имеется гипотетическая тёмная энергия, которая является причиной ускоренного расширения Вселенной. По одной из гипотез ([1]), в момент Большого взрыва вся тёмная энергия была «спрессована» в маленьком объёме, что и послужило причиной взрыва (в соответствии с другими гипотезами, тёмная энергия может проявляться лишь на больших расстояниях).

Согласно расчётам, свыше 70 % массы во Вселенной приходится на тёмную энергию (если перевести энергию в массу по формуле Эйнштейна), свыше 20 % — на тёмную материю и лишь около 5 % — на обычное вещество.

Природа

Пространство и время

Основная статья: Специальная теория относительности

Основная статья: Общая теория относительности

Понятия пространства и времени составляют основу физики. Согласно классической физике, созданной Исааком Ньютоном, физические взаимодействия разворачиваются в бесконечном трёхмерном пространстве — так называемом абсолютном пространстве, время в котором может быть измерено универсальными часами (абсолютное время).

В начале двадцатого века учёные обнаружили в ньютоновской физике некоторые противоречия. В частности, физики не могли объяснить, каким образом скорость света остаётся постоянной вне зависимости от того, движется ли наблюдатель. Альберт Эйнштейн разрешил этот парадокс в своей специальной теории относительности.

В соответствии с теорией относительности, пространство и времяотносительны — результаты измерения длины и времени зависят от того, движется наблюдатель или нет. Этот эффект проявляется, к примеру, в необходимости корректировать часы на навигационных спутниках GPS.

Основываясь на теории Эйнштейна, Герман Минковский создал элегантную теорию, описывающую пространство и время как 4-мерное пространство-время (пространство Минковского). В пространстве-времени расстояния (точнее, гиперрасстояния, так как они включают время как одну из координат) абсолютны: они одинаковы для любого наблюдателя.

Создав специальную теории относительности, Эйнштейн обобщил её на случай гравитации в общей теории относительности. Согласно общей теории относительности, массивные тела искривляют пространство-время, что и обуславливает гравитационные взаимодействия. При этом природа гравитации и ускорения одна и та же — мы можем чувствовать ускорение или гравитацию в том случае, если совершаем криволинейное движение в пространстве-времени.

Перед современной физикой стоит задача создания общей теории, объединяющей квантовую теорию поля и теорию относительности. Это позволило бы объяснить процессы, происходящие в чёрных дырах и, возможно, механизм Большого взрыва.

Согласно Ньютону, пустое пространство является реальной сущностью (это утверждение иллюстрирует мысленный эксперимент: если в пустой Вселенной мы будем раскручивать тарелку с песком, то песок начнёт разлетаться, так как тарелка будет крутиться относительно пустого пространства). Согласно интерпретации Лейбница-Маха, реальной сущностью являются только материальные объекты. Из этого следует, что песок не будет разлетаться, так как его положение относительно тарелки не меняется (т.е. во вращающейся вместе с тарелкой системе отсчёта ничего не происходит). При этом противоречие с опытом объясняется тем, что в действительности Вселенная не пуста, а вся совокупность материальных объектов формирует гравитационное поле, относительно которого крутится тарелка. Эйнштейн первоначально считал верной интерпретацию Лейбница-Маха, однако во второй половине жизни склонялся к тому, пространство-время является реальной сущностью.

Согласно экспериментальным данным, пространство (обычное) нашей Вселенной на больших расстояниях имеет нулевую либо очень маленькую положительную кривизну. Это объясняют быстрым расширением Вселенной в начальный момент, в результате чего элементы кривизны пространства выровнялись (см. Инфляционная модель Вселенной).

В нашей Вселенной пространство имеет три измерения (согласно некоторым теориям, имеются дополнительные измерения на микрорасстояниях), а время — одно. Объяснение этому пока не найдено.

Время движется только в одном направлении («стрела времени»), и возврат в прошлое возможен только в научной фантастике^{[источник не указан 146 дней]}. Фундаментальные причины этого пока неизвестны (физические формулы симметричны относительно направленности времени^[8] за исключением термодинамики). Одно из объяснений основывается на втором законе термодинамики, согласно которому энтропия может только возрастать и поэтому определяет направленность времени. Рост энтропии объясняется вероятностными причинами: на уровне взаимодействия элементарных частиц все физические процессы обратимы, но вероятность цепочки событий в «прямом» и «обратном» направлении может быть разной. Благодаря этой вероятностной разнице мы можем судить о событиях прошлого с большей уверенностью и достоверностью, чем о событиях будущего. Согласно другой гипотезе, редукция волновой функции необратима и потому определяет направленность времени (однако многие физики сомневаются, что редукция является реальным физическим процессом). Некоторые учёные пытаются примирить оба подхода в рамках теории декогеренции: при декогеренции информация о большинстве предшествующих квантовых состояниях теряется, следовательно, этот процесс необратим во времени.