Наука - это нескончаемые странствия в поисках неведомого, непрестанное проникновение в неизвестное, неукротимое стремление познать мир, в котором мы живем. Наука привела людей в дальние страны, в самые дикие уголки Земли и даже на Луну. В привычных и знакомых предметах - цветке на обочине дороги, ярком камешке, снежинке - она открыла новые удивительные миры. При помощи телескопа, микроскопа и других научных приборов наука позволила нам заглянуть в глубины космического пространства и мир галактик, в раскаленные недра Земли, лежащие на многокилометровой глубине у нас под ногами, и вечное движение молекул, атомов, атомных ядер и электронов, в образец совершенства - кристаллы и толщу льда, превосходящего по возрасту динозавров, в мир простейших живых существ и тайны зарождения жизни на Земле, в удивительный мир живой клетки с ее саморегуляцией и внутренними взаимосвязями.
Самое важное из совершенных человеком открытий-это осознание того, что природу можно изучать научными методами. Природа дает достаточно точные ответы на заданные ей вопросы, если они касаются просто фактов, т.е. относятся скорее к категории «что?» и «как?», чем к категории «почему?», и если они правильно поставлены. Это достигается при помощи точных и беспристрастных наблюдений и тщательно продуманных экспериментов, позволяющих извлечь драгоценные крупицы знания из хаоса разрозненных фактов. Сведения, собираемые столь строгими методами, проверенные и подтвержденные многими исследователями, становятся незыблемой основой науки.
Непоколебимость, надежность науки, ее независимость от мнения отдельных людей снискали ей репутацию хранительницы объективных и истинных знаний. Научные факты «холодны», ибо они не подогреваются жаром человеческих страстей.
Сами по себе факты не более чем крупица знания, а научные факты нередко выражаются просто числами: например, валентность натрия равна + 1, свет распространяется в вакууме со скоростью около 300000 км/с, в клетках человеческого тела имеется по 23 пары хромосом. Но все это множество разрозненных фактов еще не есть наука. Чтобы из отдельных фактов на основе их общих черт составить единую всеохватывающую картину, необходимы понимание и знание. При игре в бильярд одна и та же ситуация почти никогда не повторяется дважды. Расположение шаров может непрестанно изменяться вследствие бесконечного множества перемещений. Но за всем этим разнообразием кроется вполне определенная закономерность, однотипность поведения бильярдных шаров, сталкивающихся и отскакивающих друг от друга под различными углами. Игроки постигают ее интуитивно, и тогда бильярд из игры, исход которой зависит от случая, возвышается до подлинного искусства. Цель науки-открывать законы природы, охватывающие множество фактов, и описывать их возможно более четко и точно. Сначала на основании наблюдений и чисто умозрительных идей возникает некая гипотеза. Если вытекающие из нее следствия подтверждаются фактами, то гипотеза постепенно превращается в теорию, а со временем, быть может, и в принцип почти непреходящего значения, т.е. в закон природы.
В нормально развивающейся науке в среднем устанавливается равновесие между ростом общего числа фактов, полученных путем экспериментов и наблюдений, и уменьшением числа независимых фактов. Это обусловлено унификацией последних в новых, более совершенных теориях. Глубоко заблуждаются те, кто считает, будто по мере своего развития науке приходится иметь дело со все большим количеством фактов. Напротив, со временем в некоторых традиционных областях науки отпадает необходимость изучать тот или иной объект во многих деталях, некогда считавшихся обязательными (например, современным химикам порой не нужно исследовать химические свойства каждого элемента в отдельности, а биологам производить классификацию видов животных и растений), потому что современное понимание общих принципов (атомной теории и теории эволюции) позволяет сразу охватить все необходимые детали.
Наиболее глубокие и твердо установленные обобщения принято называть законами природы. Но в действительности эти законы-не что иное, как основанные на практической деятельности (в самом широком смысле этого слова) и сформулированные человеком представления о механизмах различных явлений, и с развитием науки они могут пересматриваться. Например, ньютоновские законы движения неприменимы к телам, движущимся со скоростью, близкой к скорости света, а закон сохранения массы нарушается при слиянии или расщеплении атомных ядер.
Как правило, любая истинная научная теория не может со временем не обнаружить своей несостоятельности, а точнее, ограниченности, и один из наиболее плодотворных подходов в современных исследованиях заключается в том, что теории проверяют, пытаясь найти их область применимости. Когда теория, стойко выдерживавшая многочисленные «нападки», наконец «поддается», она становится частью новой, более общей и глубокой теории. Так, механика Ньютона и электродинамика Максвелла послужили для Эйнштейна тем фундаментом, опираясь на который он создал свою теорию относительности с ее новыми глубокими взглядами на пространство и время.
Хотя научные теории создаются людьми и поэтому несут на себе отпечаток множества субъективных факторов, в целом они, как правило, объективны. Удачной работой советского физика-теоретика восхищаются и используют ее в своих исследованиях ученые Запада, а работу западного ученого по достоинству оценивают его советские коллеги. Язык естественных наук универсален, и не существует различных «точных» наук для различных общественных систем.
Принято считать, что наука зародилась в Древней Греции, хотя китайцы еще раньше и независимо от греков сделали ряд важных открытий, особенно в астрономии. К 200 г. до н. э. греки сумели точно определить длину окружности земного шара. При римлянах наука в Европе пришла в упадок, однако арабы в Северной Африке сохранили накопленные их предшественниками знания. И лишь в эпоху Возрождения в Европе вновь ожил свойственный человеку дух открытий, и человек обратился к сокровищнице древнегреческих и латинских текстов. Изобретение книгопечатания и открытие Америки распахнули перед человеческим разумом новые горизонты. Но в гораздо большей степени, чем все остальные события, зарождению новой науки способствовал выход в свет книги Николая Коперника «Об обращениях небесных сфер» (1543). Коперник не только поместил Солнце в центр Солнечной системы, но и заложил основы нового научного метода, продемонстрировав строгость и простоту объяснений, показав относительность положений и скоростей тел и невыделенность обители человечества-Земли-во Вселенной. Эти принципы и поныне лежат в основе научного познания мира.
Подлинный расцвет науки начинается в XVII в. В самом начале его Уильям Гильберт объяснил, почему стрелка компаса всегда «упорно» показывает на север: оказывается, Земля представляет собой гигантский магнит. Вскоре после этого Уильям Гарвей открыл законы кровообращения, а под микроскопом впервые были обнаружены клетки. Галилео Галилей и Исаак Ньютон создали свои эпохальные теории: механику и теорию всемирного тяготения. Химия как наука возникла позже на основе древней алхимии. В конце XVIII в. благодаря работам Антуана Лавуазье и Джозефа Пристли в ней наметился значительный прогресс, проложивший путь атомистической гипотезе Джона Дальтона.
На протяжении всего прошлого столетия темп развития науки непрерывно возрастал. Была обнаружена взаимосвязь магнетизма и электричества, а в середине века Джеймс Клерк Максвелл доказал, что свет представляет собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Быстрое развитие геологии, палеонтологии и биологических наук подготовило почву для теории Дарвина. В эпоху промышленной революции были достигнуты успехи в понимании законов термодинамики, управляющих превращениями одного вида энергии в другой. Термодинамика сыграла важную роль в решении практических задач преобразования тепла в работу в тепловых машинах. Атомистическая гипотеза сыграла огромную роль в создании кинетической теории газов, а в последствии позволила интерпретировать законы термодинамики на языке новой теории - статистической механики. К концу XIX в. атомное строение вещества по существу было доказано, а Дж. Дж. Томсон открыл первую элементарную частицу - электрон. Значительные сдвиги произошли и в биологии: Луи Пасгер заложил основы микробиологии, а Грегор Мендель установил генетическую природу наследственности.
К концу XIX в. физика, казалось, исчерпала себя, однако после непродолжительного затишья началось ее бурное развитие в новых, поистине революционных направлениях. Решающими вехами в истории физики стали квантовая гипотеза Планка и специальная теория относительности Эйнштейна. Первая из них показала, что процесс излучения и поглощения света происходит в природе не непрерывно, а порциями - квантами. На основе этой гипотезы в дальнейшем возникла квантовая (или волновая) механика, провозгласившая еще более радикальные идеи о природе, согласно которым предельно малые частицы вещества (например, электроны) не являются только частицами или только волнами, а в различных экспериментальных ситуациях ведут себя то как волны, то как частицы. Теория же Эйнштейна утверждала, что для движущихся тел изменяется сам темп течения времени. Спустя примерно десять лет, развивая эти идеи дальше, Эйнштейн создал общую теорию относительности, показавшую, что гравитация порождается искривлением пространства-времени.
Новые идеи способствовали прогрессу научного знания и пониманию, с одной стороны, структуры атома и элементарных частиц, а с другой - структуры Вселенной и ее составных частей - галактик и звезд.
В своих более простых приложениях квантовая теория атома стала основой современной химии, а в более сложных-позволила продвинуться в объяснении основных биологических процессов самовоспроизведения, наследственности и генетики, приведя к созданию новой науки - молекулярной биологии. Квантовая физика дала также возможность объяснить бесчисленные данные о строении и свойствах обычного вещества. Другие науки, прежде всего геология и биология, тоже достигли в XX в. значительных успехов.
В современной фундаментальной науке можно наметить три основных «фронта». Во-первых, мир предельно большого - сама Вселенная. Радиотелескопы, чутко улавливающие информацию из самых удаленных уголков Вселенной, обнаружили в сигналах «отблеск» большого взрыва, с которого, как предполагается, около 10 млрд. лет назад началось расширение Вселенной.
Во-вторых, мир предельно малого - элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны, мезоны и др.). Пока нам еще трудно понять, почему природа создает частицы с теми или иными массами, электрическими зарядами и другими свойствами, но мы уже знаем, что некоторые типы элементарных частиц связаны друг с другом загадочной симметрией.
И наконец, мир объектов «средней величины»-от молекул до Земли. Это мир привычных нам предметов и существ: капель дождя, растений, животных и людей. Изучением его занимаются самые старые, «классические» разделы науки. Но этот столь хорошо знакомый всем мир бросает современной науке серьезнейший вызов, заставляя ее искать объяснение эволюции жизни и природы процессов мышления. Что касается эволюции, то за последние годы здесь достигнуты немалые успехи. Доказано, что при определенных условиях химические процессы могут естественным путем приводить к образованию простейших биологических молекул. Это-самое начало формирования единой научной картины возникновения жизни от простых молекул (воды, метана, двуокиси углерода) до высших форм животных. Проблема происхождения и природы мышления представляется несравненно более сложной. Каких результатов добьется в решении ее наука в ближайшие годы, сказать трудно.
Не будет преувеличением сказать, что фундаментальные исследования-сердце науки. Но это «сердце» бьется в большом «теле»-обширном комплексе прикладных наук. Подавляющее большинство ученых, включая всех, когда-либо живших на Земле,-наши современники, и многие из них работают в различных областях техники (прикладной науки). Именно здесь ученые могут принести непосредственную практическую пользу человечеству, способствуя повышению урожаев, выведению новых сельскохозяйственных культур и удовлетворению многих других важных потребностей современного общества.