Острое ощущение надвигающейся нравственной катастрофы, попытка осмысления природы происходящих событий сплотило блестящую плеяду европейских мыслителей и представителей творческой интеллигенции. В произведениях Ницше и Достоевского, Манхейма и Швейцера, Ясперса и Шпенглера отразилось нарастающее беспокойство европейского сознания, «кризис европейского пессимизма» – разочарование в духовных основах индустриального общества, осознание ограниченности идеалов Нового времени. Запад стоял на пороге сложной цивилизационной трансформации. Суть ее объективно заключалась в «социализации» общественного устройства, отказе от радикального техницизма, возрождении духовной природы личности, укреплении ее социальных связей. Все XX столетие будет охвачено этим процессом преодоления индустриального генотипа современной западной цивилизации, поиска новых – «постиндустриальных», «постмодернистских» – форм, экономических, правовых, политических, социальных взаимоотношений. В сфере научных и философских изысканий эта эпоха привела к закреплению так называемой «неклассической» парадигмы, сменившейся уже к конце XX в. на «постнеклассическую».
Формирование основ неклассической научной методологииВ сфере естественно-научных исследований на рубеже XIX–XX вв. были сделаны решающие шаги к формированию научной методологии нового типа – неклассической. Переломное значение имела разработка второго начала термодинамики. Еще в 1852 г. Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824–1907) выдвинул гипотезу о том, что закон сохранения и превращения энергии не исчерпывает характеристику термодинамических процессов. Томсон считал, что универсальной тенденцией является деградация механической энергии, т. е. ее «рассеивание», переход в энергию неупорядоченных процессов (прежде всего, в тепло открытых, неравновесных систем). На этой основе Томсон доказывал невозможность вечного двигателя.
В 1865 г. свою трактовку второго закона термодинамики предложил Рудольф Юлиус Эмануэль (Клаузиус, 1822–1888). В прямом прочтении она звучала следующим образом: «Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому». Клаузиус подразумевал, что в открытых системах или системах, взаимодействующих с внешней средой, теплота необратимо рассеивается. Для анализа этого процесса он ввел понятие «энтропии» – функции энергетического состояния системы. Энтропия остается неизменной в условиях обратимых и равновесных процессов, т. е. в идеальных системах, которые никаким образом не взаимодействуют со средой. В действительности же любые системы несут необратимые потери внутренней энергии (например, переходящей в механическую работу), а следовательно их энтропия неизменно и необратимо возрастает. Клаузиус также предположил, что процесс возрастания энтропии можно рассматривать как самопроизвольную эволюцию систем. Итогом этой эволюции является абсолютно равновесное состояние, означающее «тепловую смерть», т. е. окончательное рассеивание внутренней энергии данной системы.
Теория Клаузиуса вызвала острые дискуссии, но долгое время не находила поддержки в научном сообществе. Клаузиус фактически противопоставил законы механической динамики и обновленные принципы термодинамики. Из его теории следовало, что тепловое (энергетическое) движение частиц является необратимым, тогда как «ньютоновская картина мира» исходила из идеи обратимости любого движения. Согласно второму закону термодинамики, любая система развивалась в направлении распада, деградации, перерождения в новое качество, тогда как все миропонимание Нового времени строилось на идее активного теплового, силового, энергетического обмена как фундаментальной основы сохранения и стабилизации материи. В особенности же современников Клаузиуса смущал вывод о «тепловой смерти» Вселенной, который закономерно следовал из второго закона термодинамики при рассмотрении Вселенной как одной из закрытых, конечных систем. Преодолеть скептицизм оппонентов и доказать реальность явления энтропии можно было только представив молекулярную модель необратимых процессов. Эту задачу попытался решить в 70-х гг. XIX в. австрийский физик Людвиг Больцман (1844–1906).
Больцман разрабатывал молекулярно-кинетическую теорию газов, в рамках которой взаимная превращаемость теплоты и работы рассматривалась в качестве явления, сопровождающего движение молекул. Было очевидно, что каждое макроскопическое состояние газообразной системы (суммарная характеристика объема, давления, температуры) может быть достигнуто множеством микросостояний. Не имея возможности вывести строгую закономерность, Больцман предложил использовать для анализа таких ситуаций теорию вероятности, т. е. брать за основу математические зависимости между случайными величинами и состояниями. Такие зависимости можно было рассматривать как «статистические» законы – вероятностные, а не детерминированные по своему характеру. Больцман предложил считать второе начало термодинамики вероятностным, а не детерминированным законом. В этом случае энтропию можно было определить как логарифм вероятности энергетического состояния системы. Возрастание энтропии рассматривалось уже не как линейный, строго направленный процесс, а в качестве перехода энергии из наименее вероятной формы в наиболее вероятную.
Доказательство Больцманом вероятностного характера второго начала термодинамики заложило основы принципиально новой методологии естественно-научного анализа – статистической. Однако абсолютное большинство ученых того времени еще не было готово признать реальность необратимых процессов, подчиняющих не только детерминированным закономерностям, но и случайным факторам. Лишь в конце XX в., уже в лоне новой – постнеклассической научной методологии были предприняты шаги по формированию на основе вероятностных принципов целостной теории саморазвития мира (синергетики).
Несмотря на скептическую реакцию современников, исследования Больцмана вызвали растущий интерес к вероятностной теории. Настоящий бум переживала в эти годы математическая наука. Представители петербургской математической школы (П.Л. Чебышев, А.М. Ляпунов, А.А. Марков) в начале 1900-х гг. создали комплексную теорию дифференциальных уравнений как систему «исчисления вероятностей». В ее рамках были впервые разработаны принципы анализа случайных явлений как взаимосвязанных, обладающих собственной логикой («цепей»). Дальнейшее развитие получили исследования Г. Кантора в области теории множеств. В 80-х гг. XIX в. на этой основе возникла новая отрасль математики – теория функций действительного переменного (обосновывающая понятия функции, производной, интеграла, основные операции анализа и пр.). Немецкий математик Феликс Клейн (1849–1925) и его французский коллега Жюль Анри Пуанкаре (1854–1912) разработали математический аппарат для неэвклидовой геометрии Лобачевского.
Важный шаг по разработке принципов статистической (вероятностной) физики сделали немецкие физики, исследовавшие волновые явления. Само существование электромагнитных волн, теоретически описанных Максвеллом, и возможность измерения их частоты окончательно доказал Генрих Герц (1857–1894). После серии экспериментов в 1886–1889 гг. он преобразовал уравнения электродинамики, придав им симметричную форму, из которой обнаруживалась связь между электрическими и магнитными явлениями. В 1900 г. Макс Планк (1858–1947) выдвинул гипотезу о квантовом характере изучения. Он считал, что излучение энергии происходит не непрерывно, а «порциями» – квантами. Экспериментально было доказано, что энергия кванта пропорциональна частоте колебания.
Первоначально Планк не противопоставлял свои выводы принципам классической физики и считал кванты особым проявлением электромагнитного поля, а не физической реальностью. Но в 1905 г. Альберт Эйнштейн (1879–1955) сформулировал гипотезу о том, что световое излучение представляет собой поток квантов, обладающих одновременно и волновыми, и корпускулярными свойствами. Такие кванты Эйнштейн предложил называть фотонами. По его мнению, фотоны появляются при излучении и исчезают при поглощении энергии, т. е. существуют в жестких временных границах и характеризуются как импульс.
Фотонная теория света позволила объяснить открытый Герцем в 1886 г. фотоэлектрический эффект – выбивание электронов из металла световыми лучами, явления радиоактивного излучения и распада, изучавшиеся с 1896 г. Анри Беккерелем (1852–1908), Пьером Кюри (1859–1906) и Марией Складовской-Кюри (1867–1934), особенности испускания «X-лучей» (способных проходить сквозь светонепроницаемые тела), открытых в 1895 г. Вильгельмом Рентгеном и названных впоследствии его именем.
В 1907 г. Эйнштейн распространил идеи квантовой теории на физические процессы, не связанные с излучением. Рассмотрев тепловые колебания атомов в твердом теле, он объяснил уменьшение теплоемкости твердых тел при понижении температуры. На этой основе Вальтер Нернст (1864–1941) доказал свою теорему, сформулированную в 1906 г. как третий закон термодинамики. Она гласила, что при стремлении температуры фиксированной системы к абсолютному нулю энтропия также стремится к нулю (иначе говоря, конечная последовательность термодинамических процессов не может привести к достижению температуры, равной абсолютному нулю). Окончательно постулаты квантовой физики были признаны научным сообществом в начале 1920-х гг. после экспериментальных работ американского физика Артура Комптона (1892–1962).
