Классическая наука

КЛАССИЧЕСКАЯ НАУКА

Эпоха средневековья  плавно перетекает в Новое время (XYII-XYIII в.). Это начало промышленного освоения природы и время зарождения техногенной цивилизации. Оно характеризуется интенсивной урбанизацией, невероятно быстрой индустриализацией, зарождением классической науки и укреплением ее позиций. В промышленность внедряются машины и механизмы, заменяющие физический труд человека. Строятся первые механические и паровые двигатели. В результате череды социальных революций осуществляются глубокие преобразования в обществе, происходит демократизация политических структур, в общественном сознании закрепляется идеал - образ человека, рационального, умеренного и аккуратного, одной из важнейших целей которого является получение денег и прибыли. На этом социально - культурном фоне и происходит развитие науки, она приобретает современные черты, окончательную огранку получает научный метод исследования, набирают силу процессы дифференциации и диверсификации, закладывается структура естествознания. 
Удовлетворение социальных потребностей общества было связано с развитием механики, которая в начале XYIII века достигла своего апогея и превратила эпоху пара и машины в «новое время». Весь ученый физический мир занимается проблемами механики: И.Ньютон (1643-1727), Х.Гюйгенс (1629-1695), Р.Гук (1635-1703).. Х.Гюйгенс, продолжая исследования Галилея, изучил колебательное движение тел и его законы. И первыми механическими часами человечество обязано тоже ему. Р.Гук изучал особенности деформации твердых тел, что имело чрезвычайно важное значение для развивающейся техники. Свою завершенность механика получила в работах И.Ньютона. Его интересы в науке разнообразны. Но основные направления исследований Ньютона - математика, механика и оптика. В 1687 году выходит его знаменитое сочинение «Математические начала натуральной философии», в котором он определяет основные понятия механики - массу, силу, количество движения, пространство, время, развивает учение Галилея об относительности движения, открывает законы динамики и следствия из них - законы сохранения. Для изучения природы движения Ньютон разрабатывает специальный математический аппарат - дифференциальное и интегральное исчисление. Особое место в творчестве Ньютона занимает теория тяготения. Опираясь на многовековые наблюдения предшественников за движением планет Солнечной системы, на исследования Кеплера и Гюйгенса, он открывает закон всемирного тяготения. Все в механике становится на свои места. Движение тел происходит под действием сил. Порядок в движении планет определяет сила тяготения. Но откуда она взялась изначально? Кто совершил первотолчок и закрутил пружину мира? Ньютон видел ответ на эти вопросы в божественном начале мира. Работы Ньютона стали фундаментом модели мира - механической картины, которая получила свою окончательную огранку к концу XVIII века благодаря работам И.Бернулли (1667-1748), Д.Бернулли (1700-1782), Л.Эйлера (1707-1783), Ж.Лагранжа (1736-1813), Ж.Д,Аламбера (1717-1783), Г.Лейбница (1646-1716) и других.  
Ее основные идеи: 
1. Мир дискретен и представляет совокупность взаимодействующих тел, которые состоят из мельчайших корпускул - атомов. 
2. Все тела находятся в вечном движении в пространстве, заполненном гипотетической упругой средой - эфиром, подобной легкому газу, благодаря которой осуществляется их дальнодействие. 
3. Пустое пространство есть вместилище тел. Оно абсолютно, трехмерно, однородно и изотропно. Время абсолютно, однородно, однонаправленно и необратимо. Пространство и время не связаны между собой. 

• Положение тела в пространстве в любой момент времени можно указать с помощью системы отсчета и координат. Специальные преобразования позволяют перейти от одной инерциальной системы отсчета к другой. 
• Тела природы обладают внутренним свойством двигаться прямолинейно и равномерно, различаются массой и энергией. Взаимодействие тел носит гравитационный характер, количественно определяется законом всемирного тяготения и распространяется с бесконечно большой скоростью. Действие сил обусловливает особенности движения тел. 
• Энергия, импульс и момент количества движения тела могут принимать непрерывный ряд значений. 
• Законы сохранения обеспечивают вечность и неизменность мира, непрерывность и периодичность движения. 
• Все тела природы стремятся к устойчивому состоянию с минимумом энергии. 
• Все явления связаны жесткими причинно-следственными связями, которые предопределяются законами механики. 
• Законы механики универсальны и применимы к любым процессам.

Механическая  картина мира явилась важной ступенью в познании природы. Как и всякая модель, она условна и приемлема  лишь для описания движения макротел, скорости которых много меньше скорости света. На ее базе сформировалось представление  о природе как сложном и  точном «часовом» механизме, некогда  заведенном в результате «божественного первотолчка», механизме неизменном, раз и навсегда заданном. Ее законы исключают случайность и неопределенность или рассматривают их как досадное недоразумение. Они описывают явления природы в аналитических функциях, отражающих однозначную зависимость. Этому во многом способствует математика того времени, благодаря которой физические законы предстали перед человечеством в виде строгих и совершенных математических формул. Это значило, что, все явления природы связаны между собой жесткими причинно-следственными связями.  
«Механический» подход к описанию строения и поведения объектов исследования получает статус универсального. Предпринимаются грандиозные попытки создания «социальной физики», которая бы на основе законов математики и механики смогла описать функционирование общества.  
В недрах механического описания космоса вызревают эволюционные идеи, которые связаны с именами И.Канта (1724-1804) и П.Лапласа (1749-1827), в трудах которых разработана первая космогоническая гипотеза о происхождении Солнечной системы из первичной туманности.  
Успехи механики не оставили неизменными другие области естествознания. Этому во многом способствовали устремления нарождающегося капитализма овладеть технологиями металло- и стекловарения, новыми видами энергии и построить новые виды двигателей. Для этого необходим был тесный союз разных отраслей знаний и техники. Особым вниманием начинает пользоваться физика тепловых явлений. Ее эпоха открывается работами Э.Мариотта (1620-1684) и Р.Бойля (1627-1691), но свою завершенность она получила лишь в последней трети XIX века. XVIII век дал работы по термометрии (Реомюр, Фаренгейт, Цельсий), построил молекулярно-кинетическую теорию, в основу которой были заложены атомистические представления химии и классическая механика.  
Прогресс химии конца XVIII начала XIX века связан с именами физико-химиков А.Лавуазье (1714-1794), Я.Берцелиуса (1779-1847), Д.Дальтона (1755-1844), Гей Люссака (1778-1850), А.Авогадро (1775-1856), в исследованиях которых молекулярно-кинетическая теория, химическая атомистика и физика газов развивались как единое целое. Это во многом предопределило глубокие качественные изменения в химии. Предшествовавшая ей алхимия накопила огромный практический багаж в получении многих ценных продуктов, в разработке многих приемов, в создании специальной химической лабораторной техники. Но развитие металлургии, стекловарения, производство керамики и красителей не могли основываться на алхимии. Необходимы были точные знания об элементном составе вещества, его структуре и свойствах, о характере протекания химических процессов и способах управления ими. Осознание этого и формирование химии как науки происходило постепенно, в процессе жесточайшей борьбы с алхимическими воззрениями. Первые революционные шаги были связаны с отказом от представлений об элементах-свойствах: тепла, холода, влажности, сухости и т.д. Большая заслуга в этом принадлежит Р.Бойлю. Его исследования показали, что свойства тел не имеют абсолютного характера и зависят от того, из каких элементов они составлены. При этом под химическими элементами им понимались простые неразложимые тела, из которых составлены все сложные вещества. Первая научная революция в химии связана с именем А.Лавуазье (1743-1794). Он окончательно разрушил теорию теплорода, выяснил роль кислорода в процессах дыхания и горения, заложил основы термохимии, количественных методов исследования и рациональной номенклатуры.  
Наиболее прогрессивные идеи естествознания того времени связаны с именем русского ученого мирового значения М.В.Ломоносова (1711-1765). Научные идеи Ломоносова далеко опередили науку нового времени. Развивая атомно-молекулярные представления о строении вещества, он отказался от теории теплорода. Исследуя механическое движение, выдвинул идею вечности движения, высказал и широко использовал в своих исследованиях принцип сохранения материи и движения. Вместе с Г.Рихманом исследовал атмосферное электричество, создал несколько оптических приборов, открыл атмосферу Венеры, объяснил происхождение многих полезных ископаемых и минералов. По его инициативе был открыт Московский университет, который носит его имя.  
Биология этого времени находится на описательном уровне. Она ориентируется, главным образом, на изучение биоразнообразия и создание систематики животных и растений. Наиболее удачную классификацию мира живого, которую мы используем до сего времени, построил шведский естествоиспытатель К.Линней (1707-1778). В своих работах «Система природы» (1735) и «Философия ботаники» (1751) он разработал иерархическую классификацию, в основе которой лежит деление живого мира на царства, типы, классы, отряды, семейства, роды и виды. В ней он описал около 1500 видов растений и животных. Господствовавшая в те времена идея преформизма (лат. praeformo - предобразую, учение о наличии в половых клетках структур, предопределяющих развитие зародыша), представления Линнея о неизменности и раз и навсегда заданности форм живых организмов, по сути, составляли основу механицизма в биологии. 
Начала современной физиологии, и эмбриологии были заложены еще в работах В.Гарвея (1578-1657). Но возможность изучать микроструктуру живого появилась только с внедрением микроскопии. Точно неизвестно, какой гений изобрел микроскоп, но доподлинно известно, что А.Левенгук (1632-1723), торговец сукном, ставший впоследствии известным натуралистом, впервые с помощью микроскопа увидел жизнь простейших организмов, изобрел способ наблюдения бактерий в темном поле. Физик Р.Гук догадался изобрести для микроскопа подсветку. Использование оптики для изучения живого имело эпохальное значение для естествознания. Вплоть до изобретения электронного микроскопа в середине ХХ столетия оптический микроскоп был единственным инструментом, позволявшим заглянуть внутрь клетки и изучать отдельные ее органеллы.  
Но в двери биологической науки уже стучатся идеи эволюционизма Ж.Ламарка (1744-1829) и теория катастроф Ж.Кювье (1769-1832). Это были поистине революционные идеи, но идеи, не оцененные по достоинству современниками. Ламарк на основе данных об изменяемости различных видов животных и растений в ходе окультуривания пришел к выводу, что живые организмы постоянно изменяются, усложняясь в своей организации, в результате влияния внешней среды и некоего их внутреннего стремления к усовершенствованию. Кювье, будучи крупным специалистом, в области сравнительной анатомии и палеонтологии, установил соответствие строения и функций отдельных органов в органных системах, выдвинул и обосновал принцип соответствия. Основываясь на данных сравнительной анатомии и палеонтологических исследований, он пришел к выводу, что смена ископаемых фаун является следствием крупных геологических катастроф. Но ни Ламарк, ни Кювье не смогли вскрыть истинных причин изменяемости видов.  
Наука постепенно вытесняет религию и претендует на ведущее место в мировоззрении.  
Именно в этот период возникает и углубляется водораздел между естественными и гуманитарными науками, нарушается внутренняя симметрия культуры, происходит становление технократической модели развития цивилизации.

Для европейской  цивилизации XIX век стал временем расцвета индустриализации и торжества науки. Тесный союз машинного производства с наукой к концу XIX века создает  огромные возможности для наращивания  производств и удовлетворения материальных потребностей человека.  
Начало XIX века ознаменовалось мощным развитием теплотехники и теплоэнергетики, интенсивным внедрением парового двигателя в транспорт и промышленность. Но постепенно эпоху теплотехники сменяет эпоха электричества, которая еще в бо¢льших масштабах преображает жизнь, быт и труд человека, особенно в крупных городах. К концу века цивилизация приобретает новый облик. Человечество получает, электрический двигатель, электрическую лампу, телефон, телеграф, радио, автомобиль. Закладывается воздухоплавание. Темпы и динамика технического прогресса требуют непрерывного технологического обновления, подталкивают науку к расширению и углублению познания в области мега- и микромира. В целостной системе культуры все громче дает о себе знать диссонанс между ее материальным и духовным аспектами. Погоня общества за материальным благополучием (что само по себе и неплохо) отодвигает на задний план гуманитарные сферы деятельности, делает приоритетными естественные науки, которые становятся базисом в формировании мировоззрения эпохи. 
Освоение теплоэнергетики, появление самых разнообразных модификаций тепловых двигателей и их эксплуатация требуют глубокого знания тепловых процессов. Выкристаллизовывается термодинамический подход к их изучению. Его становление связано с именами С.Карно (1796-1832), Р.Майера (1814-1889), Р.Клаузиуса (1822-1888), Г.Гельмгольца (1821-1894), В.Нернста (1854-1941) и др. Изначально термодинамика изучает тепловые свойства макроскопических систем, не вдаваясь в их микроскопическое строение. Ее основание составляют такие понятия как температура, теплота, работа, энергия, теплоемкость, энтропия, энтальпия (греч. entalpo - нагреваю; характеристика состояния термодинамической системы, связанная с внутренней энергией) и три закона (начала): первое начало есть закон сохранения и превращения энергии в тепловых процессах, второе - указывает направленность самопроизвольных тепловых процессов (самопроизвольная передача теплоты всегда происходит от более горячего тела к холодному), третье начало (теорема Нернста) утверждает, что энтропия системы при стремлении ее температуры к нулю также стремится к нулю. Первое и второе начала, по сути, устанавливают отношения между переданной системе теплотой и совершенной механической работой. Создается мнение, что термодинамика - ни что иное, как механическая теория теплоты. Однако открытая термодинамикой необратимость тепловых процессов нарушила представления об однозначности их описания. И уже в работе Клаузиуса «Механическая теория тепла» появляется идея о статистическом характере тепловых законов. Одно из важнейших утверждений этой работы: поведение коллектива частиц носит вероятностный характер. На арену науки выходят случай, хаос, вероятность и возможность порядка из хаоса.  
Приложение теории вероятности к термодинамическим системам явилось важной вехой в развитии физики, которая получила достойное признание лишь в двадцатом веке. Прорыв в этой области сделал организатор и первый директор знаменитой на весь мир Кавендишской лаборатории Д.Максвелл (1831-1879), который, используя классическую механику и представления о вероятности, получил закон распределения молекул по скоростям, показал, что в газовых средах, где преобладает хаотичность движения частиц, есть определенный порядок. Развивая это направление, Л.Больцман дал статистическое обоснование второго начала, выразил энтропию системы через вероятность, описал поведение закрытой термодинамической системы. При разработке статистической механики идеального газа Д.Максвелл и Л.Больцман указали на принципиальное отличие поведения отдельной частицы и большой совокупности частиц. Если при описании одной макрочастицы всегда можно определить ее координаты и скорости в любой момент времени, то при описании поведения большого коллектива частиц (поведение молекул газа в сосуде) можно лишь указать распределение частиц в зависимости от какого-либо параметра (например, распределение молекул газа по скоростям, или распределение по высоте над уровнем моря плотности воздуха в атмосфере Земли). Закономерности этих распределений как целого есть результат хаотического движения частиц. С работами Максвелла и Больцмана закладываются основы нового направления - статистической физики, которая основывается на атомистике и вероятности. В науке появляется представление о фундаментальности случайного и вероятностном характере причинно-следственных отношений. Эти идеи стали основополагающими для развития науки ХХ века и синергетического подхода к изучению мира. 
XIX век - время интенсивного развития теории электричества. Первоначальные представления об электричестве появляются еще у древних. Но научное изучение электрических явлений начинается с работ Ш.Кулона (1736-1805) и А.Вольты (1745-1827). Вступление человечества в век электрических машин открывают исследования М.Фарадея (1791-1867), Э.Ленца (1804-1865), Х.Эрстеда (1777-1851), А.Ампера (1775-1854). Свою завершенность электромагнитная картина мира получила в работах Д.Максвелла, и выразилась в системе уравнений, отражающих взаимосвязь электрических и магнитных явлений. Важным выводом из этой теории явилась гипотеза о существовании электромагнитного поля и электромагнитных волн, что и было подтверждено экспериментально в работах Г.Герца (1857-1894), а затем использовано практически для радиосвязи А.Поповым (1859-1905). Одним из важнейших выводов из теории Максвелла стал вывод о том, что свет есть поток электромагнитных волн. 
Основные положения электромагнитной картины: 
1. Одной из форм существования материи является электромагнитное поле - сплошная среда, заполняющая все пространство. Его силовыми центрами являются электрические заряды. 

• Взаимодействие между зарядами осуществляется по механизму близкодействия и количественно определяется законом Кулона. 
• Направленное движение зарядов представляет собой электрический ток, который и является источником магнитного поля. Взаимодействие токов количественно определяется законом Ампера. 
• Энергетической характеристикой поля является потенциал. 
• Cиловыми характеристиками электромагнитного поля являются взаимосвязанные между собой вектора напряженностей (или индукции) электрической и магнитной составляющей. 
• Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле. В свою очередь переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое. Количественно эту взаимосвязь определяет закон электромагнитной индукции. 
• Электромагнитное поле существует в виде электромагнитных волн. Скорость его распространения зависит от электрических и магнитных свойств среды. В вакууме оно распространяется со скоростью света. 
• Электромагнитные волны обладают энергией и импульсом. 
• Электромагнитные взаимодействия обеспечивают устойчивость таких микросистем как атом и молекула.

При переходе от механической картины  мира к электромагнитной произошли кардинальные изменения взглядов на фундаментальные свойства материального мира. Пространство перестало быть пустым. Оно заполнено сплошной средой - полем. Отпала необходимость в мировом эфире, его функции выполняет поле. Механическое перемещение дополняется волновым процессом, который можно описать с помощью законов электродинамики.  
К концу XIX века сложилось вполне отчетливое представление об атомно-молекулярной структуре вещества. Открытие протона и электрона позволило построить модель атома как системы, состоящей из более простых элементов. Все атомы имеют массивное протонное ядро и электронную оболочку. Атомы перестали быть первокирпичиками мироздания. На их роль претендуют три элементарные частицы - фотон, электрон и протон.  
Развитие теории тепловых процессов и электричества перевели на новую ступень представления о химическом процессе. Начинает активно развиваться органическая химия. Важная веха в ее становлении связана с именем Ш.Жерара (1816-1856), разработавшего общую классификацию органических веществ на основе открытия гомологических и генетических рядов органических соединений, а также атомистических представлений. В дальнейшем это позволило А.Бутлерову (1828-1885) разработать теорию химического строения органических соединений. Исследования в органической химии XIX века стали основой синтетической химии, нефтехимии, биохимии, которые достигнут своего апогея в XX веке. В химию XIX века приходит осознание того, что качественное разнообразие веществ и их свойств связано не только с составом, но и структурой молекул, их пространственным строением. Начинает прослеживаться взаимосвязь понятий: элемент, система, структура, свойство, функция. 
Крупнейшей революцией в естествознании XIX века стало открытие Д.Менделеевым (1834-1907) периодического закона и периодической системы элементов. Сын учителя из провинциального губернского городка Тобольска, он достиг небывалых успехов в естествознании, став автором фундаментальных исследований по химической технологии, физике, метрологии, метеорологии, сельскому хозяйству. Но мировую известность ему принесло открытие периодического закона. В качестве основополагающего признака для классификации химических элементов он пробовал использовать разные критерии: масса атомов, реакционная способность и другие. В конечном итоге, после глубоких размышлений он выстроил химические элементы по их способности участвовать в тех или иных видах химических реакций. Высокий уровень интуиции, гениальное предвидения и кропотливый труд позволили ему сделать это по истине эпохальное открытие. Правильность его выбора получила теоретическое обоснование лишь спустя много лет, в первой трети ХХ века, когда благодаря открытиям в области атомной физики, было установлено, что выявленный им порядок следования элементов связан с усложнением структуры атомов и обусловлен их электронным строением. В честь него менделевием назван один из искусственно полученных химических элементов, его имя носит действующий вулкан на Курильских островах, один из подводных хребтов Северного Ледовитого океана, научное химическое общество России и технологический институт в Москве. 
К концу XIX века в самостоятельную область выделилась химическая термодинамика, сформировались представления о кинетике и катализе химических процессов. Голландский химик Я Вант-Гофф (1852-1911) в своей книге «Очерки по химической динамике» сформулировал законы, устанавливающие зависимость направления химических реакций от температуры. Французский физико-химик Ле-Шателье (1850-1936) сформулировал принцип подвижного равновесия в химическом процессе и выявил условия, при которых оно смещается в сторону образования целевых продуктов. Это открывало широкие возможности в управлении химическими процессами. Объединение органической химии с учением о кинетике и катализе позволило в ХХ веке поставить на качественно новую основу химическую технологию и промышленный органический синтез, роль которых в развитии современной цивилизации трудно переоценить. 
XIX век оказался переломным и для биологии. Благодаря достижениям физики и химии она переходит с описательного уровня на более высокий - молекулярный, связанный с изучением биохимических процессов. И этому во многом способствовало развитие измерительной техники и методов физико-химических исследований. На качественно новую ступень переходит цитология. М.Шлейден (1804-1881), Т.Шванн (1810-1882), Р.Вирхов (1821-1902) выяснили различия между животной и растительной клеткой, выявили их наиважнейшие структурные элементы, установили факт клеточного деления. 
В работах Ч.Дарвина (1809-1882) и А.Уоллеса (1823-1913) получают дальнейшее развитие эволюционные идеи XYIII века. Их обоснование было изложено в книге Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Опираясь на материалы, полученные им в кругосветном путешествии на корабле «Бигль» и практику селекционной работы, он в качестве концептуальных выдвигает идеи изменчивости, наследственности и естественного отбора. Внешняя среда, воздействуя на отдельный организм, может приводить к случайным изменениям. Появление случайных изменений, приспособительных признаков, передача их по наследству и накопление в потомстве приводит к разнообразию внутри одного вида. Менее приспособленные индивиды дают меньшее потомство и вымирают, уступая место более приспособленным. И природе неважно, будут ли это более сложные или менее сложные организмы, важно, чтобы они были наиболее приспособленными. Появившийся признак у наиболее приспособленных закрепляется, и постепенно внутри данного вида складывается новая разновидность с новым набором признаков. По сути, случайные изменения на одном уровне (уровне индивидуального развития) проявляются на другом системном уровне - уровне вида. Учение о случайности пришло в биологию почти одновременно с представлением о ее фундаментальной роли в тепловых процессах. Идея эволюции биологических систем в сторону усложнения и возрастающей упорядоченности предвосхищала появление идей синергетики. Но в теории Дарвина имелось слабое место, на которое указал современник Дарвина, инженер Ф.Дженкинс. Было неясно, каким образом случайный признак закрепляется в потомстве, ведь по всем правилам он должен рассеиваться. Лишь генетике ХХ века удалось снять этот вопрос и прояснить характер наследования и закрепления признаков в потомстве. Ее основы были заложены Г.Менделем (1822-1884). При проведении опытов по скрещиванию разных сортов гороха им были установлены эмпирические законы наследования видовых признаков: 
- первое поколение гибридов оказывается единообразным и несет признаки только одного из родителей; 
- при скрещивании между собой двух потомков первого поколения во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу (греч. phaino- являю, обнаруживаю; совокупность всех свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития) в соотношении 3:1; 
- при скрещивании двух организмов, относящихся к «чистым линиям», но отличающихся по двум и более парам альтернативных признаков, соответствующие им признаки комбинируются во всевозможных сочетаниях. 
Эти открытия получили признание лишь спустя двадцать лет после его смерти, а теоретическое обоснование - благодаря развитию молекулярной биологии во второй половине ХХ столетия. 
К концу XIX века приобретает законченные формы классическая биохимия, толчком для становления которой послужило открытие мочевины (1828), развитие органической и синтетической химии, выделение и изучение важнейших биополимеров. Совершенствование оптики, физических и химических методов анализа позволили выделить вещество наследственности ДНК, способствовали развитию микробиологии и бактериологии, которые к концу XIX века занимают ведущие позиции в биологической и медицинской науках. В шестидесятых годах XIX века Э.Геккелем (1834-1919) были заложены основы биологической экологии - науки о взаимосвязях живых организмов со средой обитания.  
Но несмотря на огромные успехи биология так и не смогла построить единой биологической картины мира. Во многом это было связано с тем, что она затруднялась ответить на вопрос о происхождении живого и причинах его принципиального отличия от неживого. Ученые-экспериментаторы, исследуя структуру и функционирование клетки, механизмы ее деления, пытались выявить причины зарождения живого, однако XIX веку решить эту проблему биологической науки не удалось. 
Космологические гипотезы конца XIX века были, в первую очередь, результатом математического, физического и философского обобщения многочисленных наблюдений, начиная от глубокой древности. По мере развития математических основ естествознания, совершенствования измерительной аппаратуры, накопления экспериментальных данных о возрасте звезд и звездных систем, их геометрических размерах и массах, скоростях движения, температурах, спектрах излучения, к концу XIX века сформировалась убежденность в том, что Вселенная бесконечна в пространстве и времени, неизменна (стационарная космологическая модель) и имеет определенную структуру. Для построения такой модели были использованы принципы классической механики и евклидова геометрия. Идеи неевклидовой геометрии Н.И.Лобачевского (1792-1856) и Б.Римана (1826-1866), теория n-мерных пространств (Г.Минковский), становление которых приходится на вторую половину XIX века, а также открытие «разбегания» галактик станут подножием для разработки в начале ХХ века модели нестационарной Вселенной. 
К концу XIX века классическая наука приняла законченный вид. Получили свою завершенность фундаментальные идеи естествознания и соответствующие им принципы - сохранения, относительности, направленности процессов, периодичности. Внедрение математических методов и формализация исследований в естественных науках завершили строительство здания классического рационализма. Наука поставила последние штрихи в классическом детерминизме. Складывалось впечатление, что она выполнила свою познавательную функцию, раскрыла все тайны Мироздания, ответила почти на все вопросы человека и обеспечила ему достойное существование. Крупные успехи были достигнуты во всех областях естествознания В теоретической и экспериментальной физике были построены механическая, тепловая и электромагнитная картины мира, разработаны статистическая физика и электронная теория, предложена модель строения атома, измерена скорость света и изучены его свойства. С открытием периодического закона химических элементов приобрела свою завершенность химия. Казалось, что еще чуть-чуть и описание природы с помощью математики примет всеобъемлющую форму и можно будет, сформулировав несколько основополагающих аксиом, построить единую научную картину мира.

Однако на пути построения единой естественнонаучной картины мира появились некоторые  препятствия. И связаны они были в первую очередь с наукой, позволившей  раздвинуть горизонты познания в  микро- и мегамир - оптикой, и появлением экспериментальных фактов, которые классическая физика не могла объяснить. Свет всегда был загадкой для науки. В представлениях XVII-XVIII веков поддерживалось две гипотезы о его природе: свет - есть поток особых световых корпускул (Ньютон), и свет - есть поток волн (Гюйгенс). Но так как авторитет Ньютона в те времена был непререкаем, господствовала первая гипотеза. В начале XIX века опыты Т.Юнга (1773-1829) и О.Френеля (1788-1827) по интерференции и дифракции утвердили представления о волновой природе света. Теоретическое обоснование эта точка зрения получила в классической электродинамике Максвелла. Однако такие явления как излучение нагретых тел, фотоэффект, закономерности в спектрах атомов металлов не вписывались в ее рамки. Наука никак не могла найти теоретического обоснования периодического закона Д.И.Менделеева. В конце XIX века потерпела окончательное поражение теория мирового эфира. Скорость света оказалась постоянной и не зависящей ни от эфира, ни от скорости движения источника.  
Классическая наука оказалась бессильной в объяснении природы рентгеновских лучей (1895), радиоактивности (1896) и электрона (1897). При исследовании радиоактивности обнаружилось невыполнение закона сохранения массы. В астрономии появился ряд фактов, противоречащих представлению о стационарности Вселенной. Американский астроном П.Ловелл (1855-1916), используя методы спектроскопии, заметил разбегание галактик и измерил скорости некоторых из них, однако наука XIX века не смогла дать объяснения этим фактам.  
Нуждался в ревизии ряд гносеологических позиций классической науки. Как известно, она рассматривает поведение закрытых систем. Но рассмотрение любого объекта или системы в отрыве от их взаимосвязей с другими объектами или системами весьма условно. Исследуемая система всегда всего лишь часть некой другой, более сложной. Невзрачную роль «постороннего наблюдателя» классическая наука отводит и самому экспериментатору. Он, находясь за пределами исследуемой им системы, безучастно фиксирует, происходящие в ней события. Но в реальности, являясь частью сложной системы «наблюдатель-объект», он своим вмешательством безусловно оказывает влияние. 
Философский анализ сложившейся ситуации был дан в книге В.Ленина (1870-1924) «Материализм и эмпириокритицизм» (1909), в которой он отмечал, что сущность кризиса классической науки заключается в кризисе познания материи. Он пишет: «Сущность вещей или «субстанция» тоже относительны; они выражают только углубление человеческого познания объектов, и если вчера углубление этого познания не шло дальше атома, сегодня - дальше электрона и эфира, то диалектический материализм настаивает на временном, относительном, приблизительном характере всех этих вех познания природы прогрессирующей наукой человека. Электрон также неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна... Все грани в природе условны, относительны, подвижны, выражают приближение нашего ума к познанию материи... Ум человеческий открыл много диковинного в природе и откроет еще больше, увеличивая тем свою власть над ней, но это не значит, чтобы природа была созданием нашего ума...». И в самом деле, не природа-создание нашего ума, а те модели природы, которые строит человек для ее объяснения. С углублением познания они усложняются и все же весьма приближенно описывают самое природу.  
Для разрешения кризиса и истолкования новых явлений и фактов нужны были новые гипотезы, идеи и теории. И такие идеи появились. Это, прежде всего, гипотеза М.Планка (1858-1947) о квантах, с принятием которой наступил новый виток в развитии корпускулярно-волнового дуализма, идеи А.Эйнштейна (1879-1955) о природе пространства и времени, идеи Э.Резерфорда (1871-1937) и Н.Бора (1885-1962) о строении атома. Исход кризиса завершился рождением основополагающих для ХХ века парадигм - специальной и общей теории относительности, квантовой механики и построением квантово-релятивистской картины мира. Принятие их научным сообществом было связано с ломкой сложившихся в рамках механицизма традиционных стереотипов мышления, разработкой новых образцов мышления и новых мировоззренческих подходов к описанию реальности. В этом и заключалась крупнейшая по своим масштабам революция в естествознании на рубеже XIX - XX веков.