Принцип единообразия в природе

Введение

Предположение о том, что естественные законы и процессы Вселенной постоянны во времени и пространстве.

Униформизм, также известный как Доктрина единообразия или Принцип единообразия, – это предположение о том, что одни и те же естественные законы и процессы, которые действуют в наших современных научных наблюдениях, всегда действовали во Вселенной в прошлом и применимы повсюду во Вселенной. Он относится к инвариантности метафизических принципов, лежащих в основе науки, таких как постоянство причинно-следственных связей в пространстве-времени, но также используется для описания пространственно-временной инвариантности физических законов. Хотя это недоказуемый постулат, который нельзя проверить научным методом, некоторые считают, что униформизм должен быть основополагающим принципом в научных исследованиях. Другие ученые не согласны и полагают, что природа не является абсолютно однородной, хотя и демонстрирует определенные закономерности. В геологии униформизм включает в себя постепенную концепцию, согласно которой «настоящее – ключ к прошлому», и что геологические события происходят с той же скоростью, что и всегда, хотя многие современные геологи больше не придерживаются строгого градуализма. Термин был введен Уильямом Уивеллом и впервые был предложен в противовес катастрофизму британскими натуралистами в конце XVIII века, начиная с работ геолога Джеймса Хаттона, в том числе его книги «Теория Земли». Работа Хаттона была впоследствии уточнена ученым Джоном Плейфэром и популяризирована геологом Чарльзом Лайеллом в его «Принципах геологии» в 1830 году. Сегодня история Земли рассматривается как медленный, постепенный процесс, прерываемый случайными природными катастрофами.

18 век

Авраам Готтлоб Вернер (1749–1817) выдвинул теорию нептунизма, согласно которой слои горных пород представляли собой отложения, образовавшиеся в результате обмеления морей и осевшие на изначальные породы, такие как гранит. В 1785 году Джеймс Хаттон предложил противоположную концепцию – самоподдерживающийся бесконечный цикл, основанный на изучении истории природы, а не на библейском рассказе. Хаттон начал искать доказательства, подтверждающие его идею о повторяющихся циклах, каждый из которых включал осадконакопление на морском дне, поднятие с последующим наклоном и эрозией, а затем погружение под воду для образования новых слоев. В Глен-Тилте, в горах Кэрнгорм, он обнаружил гранит, проникающий в метаморфические сланцы, что указывало на то, что предполагаемая изначальная порода расплавилась уже после формирования слоев. Он был знаком с интерпретацией угловых несоответствий, предложенной нептунистами, и обнаружил такое несоответствие в Джедбурге, где слои грейвака в нижней части скалы были наклонены почти вертикально, прежде чем подверглись эрозии и образовали ровную поверхность, на которую затем были наложены горизонтальные слои старого красного песчаника. Весной 1788 года он совершил морскую прогулку вдоль побережья Бервикшира в компании Джона Плейфэра и геолога сэра Джеймса Холла, где обнаружил впечатляющее несоответствие, демонстрирующее ту же последовательность в Сиккар-Пойнте. Позже Плейфэр вспоминал, что "разум словно терял ориентацию, заглядывая так глубоко в бездну времени", а Хаттон завершил свою работу 1788 года, представленную в Королевском обществе Эдинбурга и впоследствии переработанную в книгу, фразой "мы не находим следов начала и не предвидим конца". И Плейфэр, и Холл написали собственные книги, посвященные этой теории, и в течение десятилетий продолжались оживленные дебаты между сторонниками Хаттона и нептунистами. Палеонтологические исследования Жоржа Кювье, проведенные в 1790-х годах и доказавшие реальность вымирания видов, объяснялись локальными катастрофами, после которых другие, фиксированные виды заселяли пострадавшие территории. В Британии геологи адаптировали эту идею, создав "теорию потопа", которая предполагала повторяющиеся всемирные уничтожения и создание новых, фиксированных видов, приспособленных к изменившимся условиям окружающей среды, при этом последняя катастрофа первоначально отождествлялась с библейским потопом.

Abraham Gottlob Werner (1749–1817) proposed Neptunism, where strata represented deposits from shrinking seas precipitated onto primordial rocks such as granite. In 1785 James Hutton proposed an opposing, self maintaining infinite cycle based on natural history and not on the Biblical account. Hutton then sought evidence to support his idea that there must have been repeated cycles, each involving deposition on the seabed, uplift with tilting and erosion, and then moving undersea again for further layers to be deposited. At Glen Tilt in the Cairngorm mountains he found granite penetrating metamorphic schists, in a way which indicated to him that the presumed primordial rock had been molten after the strata had formed. He had read about angular unconformities as interpreted by Neptunists, and found an unconformity at Jedburgh where layers of greywacke in the lower layers of the cliff face have been tilted almost vertically before being eroded to form a level plane, under horizontal layers of Old Red Sandstone. In the spring of 1788 he took a boat trip along the Berwickshire coast with John Playfair and the geologist Sir James Hall, and found a dramatic unconformity showing the same sequence at Siccar Point. Playfair later recalled that "the mind seemed to grow giddy by looking so far into the abyss of time", and Hutton concluded a 1788 paper he presented at the Royal Society of Edinburgh, later rewritten as a book, with the phrase "we find no vestige of a beginning, no prospect of an end". Both Playfair and Hall wrote their own books on the theory, and for decades robust debate continued between Hutton's supporters and the Neptunists. Georges Cuvier's paleontological work in the 1790s, which established the reality of extinction, explained this by local catastrophes, after which other fixed species repopulated the affected areas. In Britain, geologists adapted this idea into "diluvial theory" which proposed repeated worldwide annihilation and creation of new fixed species adapted to a changed environment, initially identifying the most recent catastrophe as the biblical flood.

19 век

С 1830 по 1833 год был опубликован многотомный труд Чарльза Лайеля «Принципы геологии». Подзаголовок работы звучал как «Попытка объяснить прежние изменения земной поверхности посредством причин, действующих в настоящее время». Он основывал свои объяснения на полевых исследованиях, проведенных непосредственно перед началом работы над основополагающим текстом по геологии, и развил идею Хаттона о том, что Земля сформирована исключительно медленными силами, действующими и сегодня на протяжении огромных периодов времени. Термины «униформизм» для этой идеи и «катастрофизм» для противоположной точки зрения были введены Уильямом Уивеллом в рецензии на книгу Лайеля. «Принципы геологии» стали наиболее влиятельной геологической работой в середине XIX века.

Методологические допущения

Два методологических предположения, представленные ниже, принимаются за истину большинством ученых и геологов. Гулд утверждает, что эти философские положения необходимо принять, прежде чем приступать к научной деятельности. «Невозможно, подойдя к скальному выступу, наблюдать неизменность законов природы или действие неизвестных процессов. Всё работает иначе». Сначала эти положения принимаются, а затем уже «выходите к выступу». Однородность законов во времени и пространстве: естественные законы постоянны во времени и пространстве. Это необходимо для того, чтобы ученые могли экстраполировать (с помощью индуктивного вывода) в ненаблюдаемое прошлое. Однородность процессов во времени и пространстве: природные процессы постоянны во времени и пространстве. Хотя это второе априорное предположение, разделяемое подавляющим большинством ученых, похоже на однородность законов, оно касается геологических причин, а не физико-химических законов. Прошлое следует объяснять процессами, действующими в настоящее время в пространстве и времени, а не придумывать дополнительные эзотерические или неизвестные процессы без достаточных оснований, что также известно как принцип бережливости или бритва Оккама.

Существенные гипотезы

Существенные гипотезы были спорными, и в некоторых случаях их принимали немногие. Гулд объяснил взгляд Хаттона на однородство скорости: горные хребты или грандиозные каньоны формируются путем накопления почти незаметных изменений, суммирующихся в течение огромных периодов времени. Некоторые крупные события, такие как наводнения, землетрясения и извержения, действительно происходят. Однако эти катастрофы носят строго локальный характер. Они не происходили в прошлом и не будут происходить в будущем с большей частотой или масштабом, чем наблюдается в настоящее время. В частности, вся Земля никогда не подвергается одновременным сильным потрясениям. Однородство состояния во времени и пространстве: изменения распределены равномерно во времени и пространстве. Гипотеза о единообразии состояний подразумевает, что на протяжении всей истории Земли не наблюдается прогресса в каком-либо неумолимом направлении. Планета почти всегда выглядела и функционировала так, как сейчас. Изменения непрерывны, но не приводят ни к чему. Земля находится в равновесии: в динамически устойчивом состоянии. Он отверг первый принцип, утверждавший пространственную и временную инвариантность естественных законов, как утративший актуальность для дебатов. Он отверг третий принцип (однородство скорости) как необоснованное ограничение научного поиска, поскольку он ограничивает прошлые геологические скорости и условия современными. Таким образом, униформизм Лайеля был признан ненужным. Униформизм был предложен в противовес катастрофизму, который утверждает, что далекое прошлое "состояло из эпох внезапных и катастрофических событий, чередующихся с периодами относительного спокойствия". Особенно в конце XIX и начале XX веков большинство геологов интерпретировали это как то, что катастрофические события не имеют большого значения в геологическом времени; примером является дебаты о формировании Ченнелед-Скаблендс из-за катастрофических паводков из ледникового озера Миссула. Важным результатом этих и других дебатов стало уточнение того, что, хотя одни и те же принципы действуют в геологическом времени, катастрофические события, редкие в масштабах человеческой жизни, могут иметь важное значение в геологической истории. Дерек Агер отметил, что "геологи не отрицают униформизм в его истинном смысле, то есть интерпретацию прошлого посредством процессов, наблюдаемых в настоящем, при условии, что мы помним, что периодическая катастрофа является одним из этих процессов. Эти периодические катастрофы проявляются в стратиграфической летописи сильнее, чем мы предполагали ранее". Даже Чарльз Лайелл полагал, что обычные геологические процессы приведут к перемещению Ниагарского водопада вверх по течению к озеру Эри в течение 10 000 лет, что вызовет катастрофическое затопление значительной части Северной Америки. Современные геологи не применяют униформизм так, как Лайелл. Они ставят под сомнение, были ли скорости процессов единообразными во времени, и считают приемлемыми только те значения, которые были измерены на протяжении истории геологии. Настоящее может быть недостаточно надежным ключом к пониманию глубокого прошлого. Геологические процессы могли протекать с разными скоростями в прошлом, которые не были зафиксированы людьми. "Благодаря своей популярности, принцип однородства скорости сохраняется и по сей день. Более века риторика Лайеля, смешивающая аксиому с гипотезами, передавалась в неизменном виде. Многие геологи были ограничены убеждением, что правильная методология включает априорную приверженность постепенным изменениям, и предпочтением объяснять крупномасштабные явления как результат множества незначительных изменений". В настоящее время преобладает мнение, что история Земли — это медленный, постепенный процесс, прерываемый случайными природными катастрофами, которые повлияли на Землю и ее обитателей. На практике это сводится к двум философским предпосылкам, в отличие от смешения, или объединения, Лайеля. Это также известно как принцип геологического актуализма, который утверждает, что все прошлые геологические процессы были подобны всем современным геологическим процессам. Принцип актуализма является краеугольным камнем палеоэкологии.

The substantive hypotheses were controversial and, in some cases, accepted by few. Gould explained Hutton's view of uniformity of rate; mountain ranges or grand canyons are built by the accumulation of nearly insensible changes added up through vast time. Some major events such as floods, earthquakes, and eruptions, do occur. But these catastrophes are strictly local. They neither occurred in the past nor shall happen in the future, at any greater frequency or extent than they display at present. In particular, the whole earth is never convulsed at once. Uniformity of state across time and space: Change is evenly distributed throughout space and time. The uniformity of state hypothesis implies that throughout the history of our earth there is no progress in any inexorable direction. The planet has almost always looked and behaved as it does now. Change is continuous but leads nowhere. The earth is in balance: a dynamic steady state. He dismissed the first principle, which asserted spatial and temporal invariance of natural laws, as no longer an issue of debate. He rejected the third (uniformity of rate) as an unjustified limitation on scientific inquiry, as it constrains past geologic rates and conditions to those of the present. So, Lyell's uniformitarianism was deemed unnecessary. Uniformitarianism was proposed in contrast to catastrophism, which states that the distant past "consisted of epochs of paroxysmal and catastrophic action interposed between periods of comparative tranquility" Especially in the late 19th and early 20th centuries, most geologists took this interpretation to mean that catastrophic events are not important in geologic time; one example of this is the debate of the formation of the Channeled Scablands due to the catastrophic Missoula glacial outburst floods. An important result of this debate and others was the re clarification that, while the same principles operate in geologic time, catastrophic events that are infrequent on human time scales can have important consequences in geologic history. Derek Ager has noted that "geologists do not deny uniformitarianism in its true sense, that is to say, of interpreting the past by means of the processes that are seen going on at the present day, so long as we remember that the periodic catastrophe is one of those processes. Those periodic catastrophes make more showing in the stratigraphical record than we have hitherto assumed." Even Charles Lyell thought that ordinary geological processes would cause Niagara Falls to move upstream to Lake Erie within 10,000 years, leading to catastrophic flooding of a large part of North America. Modern geologists do not apply uniformitarianism in the same way as Lyell. They question if rates of processes were uniform through time and only those values measured during the history of geology are to be accepted. The present may not be a long enough key to penetrating the deep lock of the past. Geologic processes may have been active at different rates in the past that humans have not observed. "By force of popularity, uniformity of rate has persisted to our present day. For more than a century, Lyell's rhetoric conflating axiom with hypotheses has descended in unmodified form. Many geologists have been stifled by the belief that proper methodology includes an a priori commitment to gradual change, and by a preference for explaining large scale phenomena as the concatenation of innumerable tiny changes." The current consensus is that Earth's history is a slow, gradual process punctuated by occasional natural catastrophic events that have affected Earth and its inhabitants. In practice it is reduced from Lyell's conflation, or blending, to simply the two philosophical assumptions. This is also known as the principle of geological actualism, which states that all past geological action was like all present geological action. The principle of actualism is the cornerstone of paleoecology.

Социальные науки

Однородность также находит применение в исторической лингвистике, где рассматривается как основополагающий принцип данной дисциплины. Лингвист Дональд Ринге дает следующее определение: