Научное знание и научный метод

Введение

Основное содержание дисциплины «Концепции современного естествознания». в соответствии с ГОС должно включать в себя следующие разделы: естественнонаучная и гуманитарная культура; научный метод; история естествознания; панорама современного естествознания; тенденции развития; корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природе; хаос; структурные уровни организации материи; микро-, макро- и мегамиры; пространство, время; принципы относительности; принципы симметрии; законы сохранения; близкодействие, дальнодействие; состояние; принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности; динамические и статистические закономерности в природе; законы сохранения энергии в макроскопических процессах; принципы возрастания энтропии; химические системы; энергетика химических процессов, реакционная способность веществ; особенности биологического уровня организации материи; принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем; многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы; генетика и эволюция; человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность, биоэтика; человек, биосфера и космические циклы; ноосфера, необратимость времени; самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюционизма; путь к единой культуре.

Как следует из приведенного перечня, дисциплина «Концепции современного естествознания» энциклопедична по своей сути, а материал, подлежащий изучению в рамках этой дисциплины очень трудно изложить в одном учебнике приемлемого объема. Возможно, по этой причине многочисленные учебники и учебные пособия по данной дисциплине так сильно разнятся между собой.

Естествознание всегда было и остается ядром науки, которую по праву считают наиболее значимым духовным достижением человечества, важнейшим компонентом человеческой культуры. Человек, не интересующийся достижениями естественных наук, в наше время не только не может считать себя образованным и культурным, но и вряд ли достигнет больших успехов в своей профессии, какой бы далекой от естествознания она не казалась.

Научно-технический прогресс, основанный в первую очередь на достижениях естественных наук, предъявляет все более высокие требования не только к инженерно-техническим работникам, но и к финансистам и менеджерам, политикам и социологам, юристам и предпринимателям. Современный деловой человек должен хорошо ориентироваться в достижениях науки и техники, предвидеть возможные варианты изменений в конкретных областях деятельности, оценивать перспективы вложения средств. Зная законы развития природных систем, легче ориентироваться в выборе путей развития и совершенствования деятельности конкретных социальных систем.

Предлагаемый в данном учебном пособии минимум сведений из естествознания должен быть, несомненно, полезен для студентов гуманитарных специальностей, должен способствовать расширению их кругозора и повышению культуры мышления. Однако более важной задачей дисциплины является формирование научного мировоззрения, которое во многом определяется наличием хотя бы самых общих представлений о научной картине мира, знакомством с наиболее общими концепциями, которые выработало естествознание за свою многовековую историю.

Актуальность формирования научного мировоззрения в известной мере обусловлена и тем обстоятельством, что в последнее время все большее распространение (в том числе и через средства массовой информации) получают всевозможные ненаучные виды знания: магия, астрология, различные мистические и эзотерические учения. Пропаганда подобных учений (равно как и религиозная пропаганда), вытесняет естественнонаучную картину мира на периферию сознания будущих специалистов-гуманитариев, препятствует формированию рационалистического видения мира и способности методологически правильно применять естественнонаучные знания в своей профессиональной деятельности.

Естествознание – это та часть науки, тот ее раздел, который направлен на изучение окружающего мира в его естественном состоянии. Физика и химия, география и геология, астрономия и астрофизика, биология и генетика, физиология и психология – эти и огромное множество других наук, изучающих различные материальные системы, в том числе нашу планету, Космос, живое вещество и самого человека как высшее творение природы, – составляют современное естествознание.

Когда говорят – современное, современность, то обычно понимают нынешнее состояние вещей. Однако изучать только последние научные данные и достижения естествознания вряд ли имеет смысл, т.к. современная наука – это и все то, что лежит в ее основе, ее краеугольные камни, заложенные предшествующими поколениями ученых. Наука, как и весь наш мир, это не набор отдельных, мало связанных между собой частей и фрагментов, а нечто целое, несмотря на огромное разнообразие и разновременность появления составляющих ее отдельных научных дисциплин.

Научное исследование – это достаточно сложный процесс, его результатами на разных этапах могут быть эмпирические обобщения, гипотезы, модели, законы, теории (каждое из этих понятий имеет свой вполне определенный смысл). Наиболее значимые из научных достижений, те основополагающие научные идеи, которыми руководствуются в дальнейшем другие исследователи, можно определить общим словом – концепции (от лат. conceptus – понятие, conceptio – понимание). Определение данного понятия, которое можно найти в энциклопедических словарях, звучит так: «Концепция – это определенный способ понимания, трактовки какого-либо предмета, явления, процесса, руководящая идея для их систематического освещения, ведущий замысел, …».

Время от времени в науке (как и в любой другой области человеческой деятельности) возникает вопрос о правомерности той или иной концепции, на смену одним концепциям, зачастую после весьма ожесточенной борьбы, приходят другие. Необходимость нового концептуального подхода чаще всего возникает в силу того, что в процессе развития любой области знаний объем накопленной информации непрерывно (и с постоянно возрастающей скоростью) увеличивается. Возникающая на какой-то стадии задача сведения огромных массивов разнообразной информации в единую систему, согласования большого числа различных фактов, точек зрения, гипотез и т. п., часто не только слабо связанных между собой, но и противоречащих друг другу, в ряде случаев может быть решена только на основе новой концепции.

Огромное многообразие объектов исследования в естествознании, в качестве которых выступают самые разные материальные объекты (не только предметы, но и связанные с ними явления и процессы), предопределяет необходимость классификации как форм организации (форм движения) материи, так и самих объектов.

С учетом специфики материальных объектов и наличия общих (для выделенной общности объектов) законов и принципов движения формы организации материи подразделяют на три уровня:

- неорганическая (неживая) материя;

- живое вещество;

- общество.

Объекты материального мира в зависимости от размеров также принято относить к одному и трех типов миров:

- микромир (мир микроорганизмов, клеток, молекул, атомов и элементарных частиц);

- макромир (мир предметов, которые наиболее доступны для наблюдения и наиболее изучены в силу того, что их размеры соизмеримы с размерами самого наблюдателя);

- мегамир (мир планет, звезд, галактик и более крупных космических образований).

Главной задачей дисциплины является ознакомление с основными понятиями и проблемами современного естествознания, освещение и раскрытие наиболее значимых концепций естествознания и науки в целом. Основное внимание уделяется рассмотрению наиболее общих принципов Природы, позволяющих понять ее как единое целое. Речь идет о тех законах и закономерностях, которые справедливы для материальных объектов (систем) независимо от их размеров, формы организации материи и других специфических особенностей.

Методологическим стержнем курса является использование системного и эволюционно-синергетического подходов при рассмотрении и анализе явлений и процессов материального мира. Усвоение этих методов должно оказать реальную помощь будущим специалистам, как в осмыслении диалектической противоречивости развивающегося мира, так и при решении конкретных практических задач.

Научное знание и научный метод

Естественнонаучное и гуманитарное знание: проблема двух культур. О существовании в современной постиндустриальной цивилизации «двух культур» – научно-технической и художественно-гуманитарной – и об их конфликте впервые заявил в 60-х годах прошлого столетия известный английский писатель Ч. Сноу. Сама идея расчленения мира науки на две части – на науки о природе и науки о духе – впервые была сформулирована немецким философом В. Дильтеем в конце XIX века. К этому времени в достаточной степени сформировались многие гуманитарные науки, такие как экономическая теория, религиоведение, эстетика, теория государства и права и др.

Дальнейшее развитие данная идея получила в трудах других немецких философов – основателей Баденской школы неокантианства В. Виндельбанда и Г. Риккерта. В. Виндельбанд впервые попытался обосновать различие методов естественных и общественно-исторических наук, первые он назвал «номотетическими», т.е. исследующими общие законы, а вторые – «идиографическими» - повествующими об особенном, единичном. Вслед за ним Г. Риккерт, исследуя методологические различия наук о природе и наук о духе, ввел понятия «метод генерализирующей абстракции» и «метод индивидуализирующей абстракции».

Первый метод используется в естествознании, его суть – в обработке бесконечного многообразия индивидуальных объектов с целью формирования системы общих (всеобъемлющих) понятий и законов. Другими словами, цель наук оприроде - отыскать общие черты и закономерности в разнообразных явлениях. Чем больше раз­личных объектов подпадает под найденное обобщение (гене­рализацию), тем фундаментальнее будет закон. Ярким примером, характеризующим сущность генерализирующей абстракции, является закон всемирного тяготения. Сила взаимного притяжения двух материальных объектов определяется только их массами и расстоянием между центрами этих масс. Любые другие индивидуальные особенности объектов (химический состав, размеры, форма, плотность, и т.д.) на силу их взаимного притяжения никак не влияют.

Суть второго метода заключается в установлении связи отдельных событий и явлений с некоторыми моральными ценностями. Конечно, гуманитарные науки (на то они и науки) также призваны искать нечто общее в объектах своего исследова­ния, устанавливать общие правила или законы. Однако сферой компетенции гуманитарных наук является человек, пренебрегать его индивидуальностью, его от­личиями от других людей недопустимо даже при установлении об­щих правил и законов. Общее в сфере гуманитарной реаль­ности должно рассматриваться лишь в неразрывной связи с индивидуальным. В качестве примера можно рассмотреть исследование какое-либо исторического события, например, революции. Любая социальная революция имеет определенные общие черты и сходство с другими революциями. Наличие общих черт позволяет создать не­кую общую модель всех событий такого рода. Однако если не дополнить эту модель сугубо индивидуальными, лич­ными качествами участников (страстями, эмоциями, амбициями, уровнем культуры и т.п.), серьезного исторического исследования не получится.

Противостояние естественнонаучной и гуманитарной культур возникло не случайно. В первую очередь, это противостояние обусловлено спецификой объектов и методов исследования. Кроме того, в природе действуют стихийные процессы, а изменения в обществе зачастую происходят благодаря интеллекту или воле отдельных людей. Поведение природных объектов чаще всего однозначно определяется теми или иными законами, а о предсказуемости поведения конкретного человека или группы людей говорить очень сложно. Нельзя не отметить здесь и двойственный характер мира культуры, что, по сути, и лежит в основе ее деления на два типа. Суть этой двойственности заключается в том, что мир человеческой культуры не соседствует с миром природы, а существует внутринего, является его частью.

В XIX в. различие естественнонаучного и гуманитарного знания представлялось сугубо теоретической проблемой, но к середине следующего века данная проблема перешла в практическую плоскость. Непрерывно увеличивающийся разрыв двух областей знания и, соответственно, двух культур привел к тому, что их представители перестали понимать язык друг друга. Взаимное непонимание автоматически снижает интерес и уважение друг к другу, а это чревато открытой конфронтацией и враждой.

Любой ценностный рас­кол в культуре – явление достаточно опасное, он создает реаль­ную угрозу развитию общества, консолидировать, сплотить которое невозможно, если нет общепризнанной системы общественных ценностей. Примеров тому в истории человечества множество: инквизиция, фашизм, религиозный фанатизм и фундаментализм, терроризм. Немало подобных примеров и в российской истории. Достаточно вспомнить, как во времена яростного отрицания религиозных ценностей в 20 – 30-е гг. в стране были разрушены тысячи церквей и храмов, являвшихся памятниками не только российской, но и мировой культуры. Или как в 50-е гг. генетика и кибернетика были объявлены «лженауками», в результате чего отечественная наука была отброшена на много лет назад.

В вопросе о соотношении гуманитарного и социального познания, с одной стороны, и есте­ствознания – c другой, в современном науковедении есть несколько точек зрения. Сторонники одной из них считают, что естествознание с его точными методами исследования должно быть образцом для гуманитарного знания. Радикальные представители подобных взглядов (их называют позитивистами) считают идеалом науки математическую физику, а методом построения любого научного знания – аксиоматико-дедуктивный метод.

Защитники противоположной точки зрения не без оснований утверждают, что подобный подход не учитывает всей сложности и специфики гуманитарных наук (в частности, существенно более высокой сложности объектов исследования) и поэтому является для них непродуктивным. Крайние сторонники таких взглядов вообще отказываются признавать какую-либо общность гуманитарного и естественнонаучного знания.

Если позитивисты признают за гуманитарными науками право на существование, отказывая им только в наличии собственных методов исследования, то неопозитивисты отказывают гуманитарному и социальному знанию и в научном статусе. Поскольку положения, содер­жащиеся в науках о духе, не могут быть проверены опытом, т.е. подвергнуты процедуре верификации, то эти науки выносят­ся ими за пределы научности, попадая в одну категорию с религией, мифологией и непозитивной философией.

Наиболее взвешенной представляется та точка зрения, согласно которойнауки о природе и науки о духе различаются по предмету и методу, при этом признается научный характер обе­их сфер исследования. Подобный подход принят в философии жизни, экзистенциализме, герменевтике.

В последние десятилетия, естествоиспытатели и гуманитарии все больше стремятся понять и использовать методы друг друга. В гуманитарных исследованиях начинают все чаще применять системный подход, использовать концепции эволюции и самоорганизации, методы кибернетики и теории информации. Гуманитарии начинают понимать не только важность и необходимость использования в своих науках и в своей деятельности технических и информационных средств, но и эффективность тех методов исследования, которые возникли и были разработаны в рамках естествознания. С другой стороны, становится все более понятной ущербность однобокого технократического подхода к решению любых, даже узкопрофессиональных задач естественнонаучного характера, важность осознания единства мира и наличия взаимосвязей между явлениями и процессами, происходящими в различных его сферах.

Дифференциация и интеграция научного знания. В развитии науки отчетливо прослеживаются две противоположные, и в то же время взаимодополняющие тенденции – дифференциация и интеграция научного знания. Первая из этих тенденций, т.е. движение по пути специализации, по пути отделения (и отдаления) наук друг от друга, имеет многовековую историю, до конца Х1Х в. в развитии науки преобладала именно эта тенденция. В результате дифференциации (известный математик Д. Гильберт назвал этот процесс растеканием реки знаний) объект науки оказался расчлененным на множество составляющих – число отдельных научных дисциплин в конце ХХ в. составляло около 15 тысяч.

Дробление науки – это неминуемый этап и весьма эффективный метод познания: не изучив части, невозможно понять целое. По мере специализации науки методы и инструменты исследований становятся все более тонкими и изощренными. Совершенствуется не только оснащение науки, не только методы наблюдений и регистрации, но и математический аппарат, бурно развиваются численные методы эксперимента. Однако с повышением филигранности научные исследования становятся все уже, поэтому в ряде случаев с течением времени результаты этих исследований начинают интересовать лишь небольшую группу ученых, работающих в том же направлении.

Разделение научного знания, объем которого растет непрерывно и со все увеличивающейся скоростью, на отдельные дисциплины и отдельные разделы дисциплин представляет собой естественный процесс, обусловленный преимущественно аналитической направленностью самой науки. Только выделив какой-либо фрагмент и изолировав его от окружающего мира, ученые могут более внимательно и более тщательно проанализировать его строение и свойства. Судите сами: чтобы изучить данный раздел, вы должны отвлечься не только от других дел, но и от других разделов изучаемой дисциплины. Сосредоточить свое внимание на отдельном тезисе или отдельной фразе можно, только забыв на время о других. Если какое-то слово написано неразборчиво, вы можете взять лупу и рассматривать его, но при этом вы будете видеть только это слово или даже его часть, и чем сильнее будет ваша лупа, тем меньший фрагмент текста вы будете видеть.

Легко понять, что тщательному анализу могут быть подвергнуты только отдельные фрагменты реального мира. Не менее понятно и то, что, изучая только фрагменты, легко упустить из виду связи между ними, а также связи между изучаемыми объектами и окружающей их средой. Суть противоречия заключается в том, что наука фрагментарна, а реальный мир представляет собой некую целостность, все части которой тесно взаимосвязаны.

Нельзя не отметить, что аналитическая направленность науки и соответствующее расчленение ее на части вполне отвечают не только стремлению свести процесс изучения сложных объектов к изучению их «простых» частей, но и стремлению человеческого сообщества извлекать практическую пользу из научных достижений. Следствием этого явилось разделение наук на фундаментальные и прикладные, а также возникновение и бурное развитие т.н. технических наук. Фундаментальные науки нацелены на познание мира, не изучение его основных структур. Физика, химия, астрономия и большинство других наук, составляющих естествознания, являются фундаментальными науками. Основной задачей прикладных наук, к которым относятся не только технические, но и многие другие науки, является использование результатов научных исследований для преобразования мира с целью решения тех или иных практических задач.

В основе процессов интеграции, которая в настоящее время является ведущей тенденцией развития естественнонаучного знания, лежат несколько факторов. Во-первых, для объяснения тех или иных полученных результатов или с целью получения новых результатов в рамках какой-либо конкретной науки весьма полезным, как показала практика, может оказаться использование методов и средств, разработанных ранее в рамках других наук. Многие научные методы (весьма характерным примером может служить спектральный анализ) используются учеными самых различных специальностей. В результате действия данного фактора происходит сближение наук, границы между ними иногда размываются, время от времени появляются т.н. «смежные» научные дисциплины. Примерами смежных наук являются такие как химическая физика, астрофизика, биофизика, физическая химия, биохимия, геохимия, биогеохимия и многие другие.

Второй фактор, способствующий интенсификации интеграционных процессов, связан с тем, что с течением времени ученым приходится решать все более и более сложные задачи. Проблемы, стоящие перед современной наукой – это, как правило, проблемы комплексного характера, для их решения требуются ученые самых различных научных направлений. С этим же фактором связано появление теорий общеметодологического характера, таких как кибернетика, синергетика или общая теория систем.

Суть третьего фактора заключается в том, что поиск неких «объединительных» принципов, законов и теорий, к которым можно было бы свести огромное многообразие природных явлений, является одной из основных задач любой фундаментальной науки (и целью научной деятельности каждого ученого). Так, например, уже нескольких поколений физиков-теоретиков бьются над созданием теории «Великого объединения», в рамках которой можно было бы установить универсальный характер всех фундаментальных сил природы.

Критерии научного знания. Понятие научной парадигмы. Является ли то или иное знание научным, или же оно не имеет к науке никакого отношения? Чтобы ответить на подобный вопрос, необходимо определить критерии научности знания (критерии отделения научного знания от ненаучного). Формирование подобных критериев является достаточно сложной философской проблемой, тесно связанной с проблемой поиска критериев научной рациональности

К основным критериям отличия научного знания от ненаучного относят критерии верификации (от лат. verus – истинный, и facio – делаю) и фальсификации. Верифицируемость знания означает возможность его проверки эмпирическим путем, т.е. проверки соответствия теоретических положений и выводов фактическим данным или результатам экспериментов. В соответствии с верификационной концепцией научными являются лишь те результаты, которые могут быть проверены на соответствие опыту, а неверифицируемые результаты не только ненаучны, но и бессмысленны. Суть критики данной концепции сводится к тому, что в науке кроме верифицируемых результатов могут иметь место и такие, которые не сводятся только к экспериментам и непосредственно из них не следуют.

Проверка полученного знания на принадлежность к науке, по мнению сторонников справедливости второго критерия – критерия фальсификации – должна заключаться не только в поиске подтверждающих фактов, но и в реализации попыток опровержения знания. Другими словами, фальсифицируемость (возможность фальсификации) знания эквивалентна возможности его экспериментального опровержения. Данный критерий также подвергается критике, т.к он неприменим к тем положениям, которые не могут быть сопоставлены с опытом. Кроме того, опровержение некоторой теории может являться не столько результатом ее фальсификации, сколько вытеснения другой (более полной) теорией.

Наряду с критериями верификации и фальсификации в современной научной практике используются и другие гносеологические критерии отличия и предпочтения знания – полезность, систематичность, непротиворечивость, когерентность, простота, красота.

Применение критерия полезности связано с наличием тесной связи научного знания с практикой, в первую очередь, науки и техники.

Систематичность научного знания означает, что наука представляет собой не набор разрозненных (несвязанных между собой) гипотез, теорий и иных положений, а определенную систему, в которой имеются исходные фундаментальные понятия и принципы, и новые знания, генерированные на основе этих принципов и понятий. В соответствии с критерием непротиворечивости научное знание должно выражаться в логически непротиворечивых формах, в соответствии с критерием когерентности – оно должно быть согласовано с теми результатами, которые уже признаны научными.

Критерий простоты означает, что при рассмотрении альтернативныхгипотез или теорий приоритет необходимо отдать той из них, в которой явление объясняется наиболее просто, т.е. на основе наименьшего числа независимых допущений. Критерий простоты берет свое начало в таких принципах, сформулированных в истории естествознания, как требование минимизации допущений при объяснении явлений (Аристотель), требование простоты знания (Г. Лейбниц) или требование «не умножать сущности без необходимости» («бритва Оккама»).

Сущность принципа красоты состоит в утверждении, что истинную (научную) теорию должны отличать не только стройность и ясность, но изящество и элегантность. Известный физик П. Дирак утверждал, что красивая, внутренне согласованная теория не может быть неправильной. Отметим, что значение эстетических оценок при выборе из равноценных в других отношениях теорий часто может оказаться решающим.

Критерии простоты и красоты связаны между собой. Как утверждал Гейзенберг, простота природных законов носит объективный характер, и дело не только в экономии мышления: сама природа подсказывает математические формы большей красоты и простоты, которые побуждают верить, что они «истинны», т.е. они выражают реальные свойства природы.

Одним из критериев научности является также математизация науки, которая начала реализовываться в Новое время, когда наука приобрела облик, подобный современному.

С середины XX века разграничение научного и ненаучного знания перестали связывать с определением четких границ научного знания, решение этой проблемы базируется теперь на использовании другого подхода – определении соответствия нового знания господствующему в данное время научному мировоззрению. С этой целью американский ученый Т. Кун (1922-1996) ввел термин «парадигма» (от греч. paradeigma – образец, пример). Парадигма – это совокупность общепризнанных исходных концептуальных научных положений, определяющих постановку научных задач и способы их решения, являющихся источниками методов решения научных задач, стандартов научного знания. На основе парадигм формируются принципы и критерии научного знания, в рамках которых не только создаются и развиваются научные теории, но и генерируются и интерпретируются результаты (как экспериментальные, так и теоретические). Со сменой парадигм происходит смена стандартов научного знания, поэтому научные теории, сформулированные в рамках разных парадигм, не могут быть корректно сопоставлены, поскольку основаны на разных стандартах научного знания.

Характеристики и структура научного знания. Познание (последовательное движение к знанию) может существовать не только в форме интересующего нас научного знания (науки), но и в других формах, таких как обыденное знание, мифологическое знание, искусство, ремёсла и пр. Достаточно широкое распространение, к сожалению, имеет и такой вид как псевдонаучное знание (астрология, магия, мистические и эзотерические учения, экстрасенсорика, и другие разновидности псевдонауки). Отметим, что научное знание далеко не всегда является истинным знанием, характерным примером научного знания, истинность которого под вопросом, является любая научная гипотеза. К основным характерным особенностям научного знания, отличающих его от других форм, относят рациональность, объективность, доказательность, структуированность и др.

Рассматривая научное знание как систему, в его структуре следует выделить два основных компонента и два способа ведения исследований: эмпирический (экспериментальный) и теоретический. Важным элементом этой структуры является также мировоззренческий (концептуальный) компонент.

Эмпирический способ научного познания основан на непосредственном изучении реально существующих объектов исследования и осуществляется на основе сбора информации об исследуемых объектах путем проведения наблюдений, выполнения различных измерений, постановки экспериментов и обработки их результатов (систематизация получаемых фактических данных в виде диаграмм, таблиц, блок-схем, графиков и т.п.).

Теоретический подход к научному познанию, основанный на обобщении исходных экспериментальных данных (научных фактов), имеет целью найти и сформулировать закономерности, присущие изучаемым (наблюдаемым) объектам. Результатами теоретических исследований являются гипотезы, принципы, закономерности и законы, теоремы, теории и т.п.

Некоторые исследователи считают, что теоретический уровень познания является более высокой ступенью в научном познании, чем эмпирический, другие отдают предпочтение эмпирическому подходу. Подобные противопоставления связаны с тем, что эти два подхода к исследованию существенно отличаются друг от друга. Эмпирическое знание ориентировано на феноменологическое описание изучаемых явлений, а теоретическое – на установление закономерностей, причин и связей между исследуемыми явлениями. Для эмпирического подхода преобладающей формой знания является научный факт и соответствующая ему совокупность эмпирических обобщений. Теоретическое знание, как уже отмечалось, выражено в виде законов и принципов, обобщенных в научных теориях. При эмпирическом подходе преобладает чувственный компонент познания, познавательная способность исследователя, а при теоретическом – рациональный компонент познания.

Однако, несмотря на отмеченные и другие различия, следует отметить, что четкой, непреодолимой границы между теоретическим и эмпирическим методами исследования не существует. Результаты экспериментальных исследований дают пищу для теоретических изысканий, с другой стороны, сами эти исследования не могут быть эффективными без использования достижений теоретического подхода (любое экспериментальное исследование обычно опирается на определенную теоретическую конструкцию, которая в том числе предопределяет выбор применяемых в эксперименте методов). Поэтому попытки конкретизировать иерархию уровней научных исследований вряд ли имеют смысл, т.к. эмпирический и теоретический подходы к познанию взаимосвязаны, их не следует отрывать друг от друга и тем более противопоставлять или ставить один выше другого.

Отметим, что теоретическое знание почти всегда в значительной степени базируется на результатах экспериментов, однако эти результаты можно осмысливать, интерпретировать и обобщать, исходя из различных теоретических предпосылок. Перефразируя известное высказывание А. Эйнштейна, можно сказать, что экспериментальный ответ природы на задаваемый ей вопрос будет выражен на том же теоретическом языке, на котором был задан этот вопрос.

Мировоззренческий компонент научного знания включает в себя не только общие представления об окружающем мире, но и стиль мышления, основанный на нормах и критериях научного исследования, а также философские основания (идеи, принципы, идеалы и нормы научного знания), обеспечивающие согласование научных результатов с общепринятой парадигмой или обосновывающие отказ от нее.

Методы и методология познания. Термин «метод» (от греч. methodos – путь к чему-либо) в общем случае означает способ достижения какой-либо цели. Английский философ Ф. Бэкон, характеризуя метод применительно к процессу познания, уподоблял его фонарю, который освещает в ночи дорогу путнику.

Научный метод – это определенная совокупность приемов, процедур и операций практического или теоретического познания действительности. Любой научный метод основан на системе принципов, следуя которым исследователь может достичь поставленной цели. Владение методом означает не только знание того, как и в какой последовательности совершать определенные действия для решения поставленной задачи, но и умение эти действия совершить.

Отрасль знания, связанная с целенаправленным изучением методов, называется методологией (буквально – «учение о методах»). Именно в рамках методологии на основе изучения основных закономерностей познавательной

деятельности вырабатываются различные методы ее осуществления. По степени общности и широте применения в научных исследованиях методы научного познания подразделяют на три уровня: всеобщие (диалектический и метафизический методы), общенаучные (наблюдение, эксперимент, измерение, моделирование, идеализация и абстрагирование, формализация, дедукция и индукция, анализ и синтез) и частные (частнонаучные), т.е. такие, которые применяются только в конкретных (частных) науках.

Отметим, что первые три из перечисленных выше общенаучных методов (наблюдение, измерение и эксперимент) применяются только при эмпирическом подходе к исследованиям. Другие методы, такие как идеализация, формализация, индукция и дедукция, наоборот, используются только при теоретическом подходе. Есть и такие методы, которые являются универсальными в том смысле, что их можно использовать при проведении как теоретических, так и экспериментальных исследований. К универсальным методам можно отнести, в частности, моделирование, анализ, синтез, поиск аналогий.

Общенаучные методы эмпирического познания. Дадим краткую характеристику общенаучных методов, относящихся к эмпирическому способу познания.

Наблюдение - это чувственное (преимущественно визуальное, в том числе с использованием технических средств) осознанное отражение исследователем (наблюдателем) объектов окружающей действительности. Как правили, наблюдение заключается в сборе первичной информации путем непосредственной регистрации параметров и характеристик исследуемых объектов.

Проводя научное наблюдение (в отличие от обычных, повседневных наблюдений), исследователь должен руководствоваться следующими принципами:

1. Целенаправленность (наблюдение должно быть согласовано с поставленной целью исследования, т.е. направлено на решение конкретной задачи исследования).

2. Планомерность. (наблюдение должно проводится системно, в соответствии с заранее разработанным планом).

3. Активность. (исследователь должен активно искать и выделять необходимые для достижения поставленной цели свойства наблюдаемого объекта или признаки проявления этих свойств).

Исследуемый объект в большинстве случаев недостаточно только наблюдать, необходимо также составить его научное описание, в котором должны быть зафиксированы те качества наблюдаемого объекта, которые относятся к предмету изучения. Научное описание исследуемого объекта наблюдения должно быть полным, достоверным, корректным, однозначным и объективным. Используемые термины должны иметь четкий смысл и быть понятными для разных исследователей.

По способу проведения наблюдения могут быть непосредственными (прямыми) и опосредованными (косвенными). В современном естествознании чаще всего используются косвенные наблюдения, примером таких наблюдений может служить регистрация микрообъектов при помощи камеры Вильсона. В этом случае исследователь наблюдает объект косвенно, по его проявлениям, по связанным с этим объектом процессам и результатам воздействия на технические средства исследования.

Целью измерений является определение количественных характеристик тех или иных свойств изучаемого объекта при помощи специальных технических средств (измерительных устройств). Измерение различных параметров объекта исследования (предмета, процесса, явления) является необходимым компонентом большинства научных наблюдений и экспериментов. Результатом измерения является количественная величина – некоторое число, соотнесенное с единицей измерения. Единица измерения – это эталон, с которым сравнивается измеряемая характеристика объекта. В научной и практической деятельности используются самые разные единицы измерения, которые в большинстве случаев входят в состав той или иной системы единиц. Единицы измерения подразделяются на основные (независимые) единицы, которые служат базисными при построении системы единиц, и производные, которые образуются из базисных единиц путем математических преобразований.

Многие известные ученые считали, что измерения имеют основополагающее значение для науки. Так, например, английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) считал, что «каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить», а создатель периодической системы химических элементов Д. И. Менделеев утверждал, что «наука начинается с той поры, когда начинают измерять».

Процесс измерения должен соответствовать определенной методике, основанной на базовых явлениях и принципах и включающей набор приемов и процедур и в рамках которой используются соответствующие средства измерений. Структура системы единиц, основанная на разделении единиц измерения на основные и производные, была разработана немецкими физиками К. Гауссом и В. Вебером в 1832 г. Они построили систему единиц (названную Гауссом абсолютной), в которой в качестве основных единиц были использованы миллиметр, миллиграмм и секунда.

В последствии были разработаны другие системы единиц физических величин, построенные по принципу, что и система Гаусса, но отличающиеся друг от друга набором основных единиц. В настоящее время общезначимой в науке и технике является Международная система единиц физических величин (СИ), принятая в 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и весам, имеющая семь основных единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль.

Измерения классифицируют по различным критериям. Так, например, измерения могут быть статическими и динамическими (в процессе статических измерений измеряемая величина не зависит от времени). Различают также прямые и косвенные измерения. В процессе прямых измерений числовое значение измеряемой величины определяется путем непосредственного сравнения этой величины с эталоном, а при косвенном измерении числовое значение измеряемой величины определяют с использованием известной зависимости между измеряемой величиной и другими величинами, получаемыми путем прямых измерений. Косвенные измерения применяются тогда, когда искомая величина не поддается непосредственному измерению. Примером косвенных измерений может служить определение с помощью радара расстояния до удаленного объекта или скорости его движения.

Эксперимент, являющийся основным методом эмпирического способа познания, основан на активном, целенаправленном, контролируемом и результативном воздействии на исследуемый объект. Основное отличие эксперимента от наблюдения состоит в том, что при наблюдении ученый лишь пассивно следит за объектом исследования, в то время как экспериментатор может его изменять, преобразовывать, ставить в специально созданные искусственные условия, целенаправленно вмешиваясь в ход событий. Методы измерения и наблюдения в подавляющем большинстве случаев являются компонентами эксперимента как метода эмпирического исследования.

В зависимости от методики проведения экспериментов и характера достигнутых результатов эксперименты подразделяют на качественные и количественные. Качественные эксперименты не связаны с получением каких-либо количественных соотношений, а позволяют лишь выявить наличие или отсутствие тех или иных свойств изучаемого объекта или факторов, воздействующих на него. Напротив, количественные эксперименты направлены на установление точных количественных (числовых) зависимостей (характеристик изучаемого объекта).

Эксперимент обладает специфическими особенностями, присущими только этому эмпирическому методу. В частности, эксперимент чаще всего проводится в специальных условиях, позволяющих устранить влияние побочных факторов (помех), оказывающих нежелательное воздействие на исследуемый объект. В ходе эксперимента объект исследования может быть поставлен в искусственно созданные необычные (в том числе, экстремальные) условия, что позволяет экспериментатору глубже постичь его сущность. Кроме того, условия эксперимента, а, следовательно, и результаты эксперимента, если есть такая возможность, должны быть повторены многократно с целю получения более достоверных результатов. Это требование к эксперименту как к методу называется репрезентативностью (воспроизводимостью результатов).

Общенаучные методы теоретического познания. Возникновение и разработка научных теорий неразрывно связаны с процессами идеализации и абстрагирования, в результате которых рождаются научные понятия, а те, в свою очередь, требуют формулирования научных терминов.

Понятие – это логически оформленная наиболее общая мысль об объекте. Понятие является отражением объекта в части его наиболее существенных свойств и отношений (связей); проявлением формы мышления, связанной с обобщением и выделением предметов и явлений по их общим признакам. Образование понятия является достаточно сложным процессом, осуществляемым с помощью таких методов, как сравнение, анализ, синтез, абстрагирование, обобщение и др. Возникновение и существование понятия невозможно, если нет его названия, т.е. с соответствующего термина.

Термин - слово или словосочетание, предназначенное для обозначения определенного понятия из какой-либо области науки. В качестве примеров приведем некоторые физические, химические и биологические термины: сила, масса, скорость, ускорение, температура, …; молекула, радикал, изотоп, валентность, …; клетка, хромосома, ген, ….

Научные понятия и термины формируются главным образом в результате абстрагирования (формирования абстракций). Абстракция – это результат мысленного отвлечения от действительности, форма познания, основанная на мысленном выделении наиболее существенных (устойчиво повторяющихся) и отвлечении от других (несущественных, частных) признаков, свойств и связей объекта. В результате абстрагирования рождается новый (искусственный, абстрактный) объект, который хотя и аналогичен реальному объекту, но является по сравнению с ним в значительной мере упрощенным, обедненным, т.к из рассмотрения исключаются различного рода побочные факторы.

В качестве примеров абстракций можно привести такие объекты: «абсолютно черное тело», «абсолютно упругая жидкость», «идеальный газ», «закрытая система» и т.п. Отметим, что для создания абстрактного объекта необязательно использовать реальные свойства и отношения реальных объектов. Примерами подобных абстракций, весьма широко используемых при построении различных естественнонаучных теорий, являются такие как «бесконечно малая величина» и «материальная точка». Отметим, что диапазон применения понятия материальной точки очень широк. Это понятие используется не только при решении задач статистической механики или атомной физики, но и при описании движения таких больших тел, как планеты и звезды.

Введение научной абстракции должно быть целесообразным, оправданным, оно должно способствовать разработке и практическому применению той теории, в рамках которой данная абстракция вводится. Упрощения, которые достигаются при введении абстракции, должны облегчать построение научной теории, способствовать более эффективному изучению реальных объектов. Научным смыслом обладают лишь те абстракции, которые корректно и достаточно полно отражают сущность исследуемого объекта и которые допускают обратный переход – от абстракции к реальному объекту. Отметим также, что в соответствии с методологическим принципом, известным как «бритва Оккамы», не имеет смысла вводить новые понятия и термины, если можно обойтись уже имеющимися.

Абстракцию следует применять тогда, когда изучаемые объекты сложны для непосредственного исследования имеющимися средствами, а также в тех случаях, когда из рассмотрения без ущерба для результатов познания можно исключить некоторые свойства, связи исследуемого объекта, не влияющие в рамках проводимого исследования на проявления изучаемых свойств объекта.

Развитие естествознания неизбежно сопряжено с открытием новых качеств и связей объектов окружающего мира, а, следовательно, с формированием новых научных абстракций. Более того, эффективная научная деятельность без введения и использования абстракций практически невозможна. Однако, возникающие в рамках тех или иных теорий абстракции не всегда являются корректными, в истории естествознания можно найти множество примеров таких ложных абстракций, которые, как выяснялось позднее, никак не отражали свойства действительных объектов (живая сила, эфир, теплород, электрическая жидкость и т.п.).

Использование абстракций особенно продуктивно при реализации такого метода теоретического познания, как мысленный эксперимент, т.к. в рамках этого специфического метода ученые вынуждены оперировать абстрактными объектами, замещающими реальные. Чаще всего мысленный эксперимент является предварительным (виртуальным) вариантом реального эксперимента с тем или иным материальным объектом. однако он может играть и значительную самостоятельную роль в процессе научного познания. Кроме того, существуют такие ситуации, когда проведение реальных экспериментов является принципиально невозможным, в этих случаях мысленный эксперимент является единственно возможным.

Поскольку общенаучные методы теоретического познания разрабатываются и применяются в рамках научных теорий, то и разработку научных теорий следует отнести к общенаучным методам теоретического познания. Выделяют три группы научных теорий: эмпирические (описательные, феноменологические), математизированные и дедуктивные теории.

В рамках теорий первой группы на основании многочисленных эмпирических данных исследователи описывают тот или иной феномен (определенный объект или явление) и формулируют общие для объектов рассматриваемого круга закономерности, которые и становятся основанием теории. Характерным примером эмпирической теорииявляется физиологическая теория (о высшей нервной деятельности человека и животных) выдающегося русского физиолога нобелевского лауреата И. П. Павлова.

При построении математизированных теорий важнейшую роль играет использование математического аппарата. В рамках такой теории обычно разрабатывается некая математическая модель, основным элементом которой является сконструированный идеальный объект, в той или иной мере замещающий реальный объект исследования. Подобные теории, как правило, основаны на аксиоматическом подходе и нуждаются в экспериментальной проверке. К группе математизированных теорий относятся, например, теории из области теоретической физики, в частности, математическая физика.

При создании дедуктивной теории сначала формулируются исходные положения, а затем в нее включаются те положения, которые могут быть получены логически из этих основополагающих предпосылок. Дедуктивные теории строятся обычно в понятиях и терминах особого формализованного языка и характеризуются максимальной степенью общности. Первой (в хронологическом отношении) дедуктивной теорией является геометрия Евклида, построенная, как известно, с помощью аксиоматического метода.

Анализ и синтез, индукция и дедукция. Анализ (от греч. analysis – разложение) – расчленение, разделение (мысленное или реальное) исследуемого объекта на части (компоненты) с целью их отдельного изучения. В качестве таких компонентов могут выступать не только материальные, но и нематериальные элементы объекта (его свойства, признаки и т.п.). Анализ является важным и необходимым компонентом познания, однако для постижения сущности объекта как единого целого нельзя ограничиваться изучением лишь его составных частей. Анализ должен быть дополнен изучением объекта исследования как единого целого, для чего необходимо раскрыть существующие связи между компонентами объекта, рассматривать их в совокупности, в единстве и во взаимозависимости. Другими словами, анализ должен быть дополнен другим методом – синтезом.

Синтез (от греч. synthesis – соединение) – метод познания, противоположный анализу, его суть заключается в соединении (мысленном или реальном) отдельных элементов объекта в единое целое (систему). Синтез не должен сводиться к механическому соединению разъединенных элементов, этот метод предполагает установление места и функции каждого элемента и установление связей между ними.

Таким образом, анализ и синтез не являются оторванными друг от друга методологическими процедурами, выступая в органическом единстве, они, по существу, представляют собой две стороны единого (аналитико-синтетического) метода познания. При проведении гуманитарных и социально-экономических исследований объекты исследования могут быть подвергнуты лишь мысленному расчленению и воссоединению, однако в естественных науках анализ и синтез используются не только теоретически, но и практически.

Индукция (от лат. inductio – наведение) – метод познания, основанный на таких умозаключениях, результатом которых является получение какого-либо общего вывода (утверждения) на основе исходных частных посылок (фактов). Например, установив, что многие металлы хорошо проводят электрический ток, можно сделать вывод о том, что все металлы должны обладать малым удельным электрическим сопротивлением.

Можно сказать, что индукция – это движение мышления от частного, единичного к общему, переход от анализа к синтезу. Следует отметить, что знание, полученное с использованием индуктивного метода, нельзя считать достоверным, оно может быть и ошибочным.

Различают два варианта метода индукции:

1. Метод единственного сходства, используемый в тех случаях, когда при исследовании какого-либо явления обнаруживается только один общий (сходный) фактор, а все другие – различны. Отсюда следует вывод о том, что этот единственный общий фактор и есть причина данного наблюдаемого явления.

2. Метод единственного различия, используемый в тех случаях, когда условия возникновения какого-либо явления и условия, при которых явление не возникает, практически во всем аналогичны, а отличаются лишь одним фактором. Отсюда делается вывод, что этот фактор и есть причина данного наблюдаемого явления.

Индукцию нельзя рассматривать в отрыве от другого метода познания – дедукции. Дедукция (от лат. deduction – выведение) – это получение частных выводов на основе знания соответствующих общих положений, процесс рассуждений на основе движения мысли от общего к частному. Например, из общего положения, что все металлы являются хорошими проводниками электричества, можно вывести дедуктивное заключение о высокой электрической проводимости конкретного металла. Получение новых научных знаний при помощи дедукции характерно для естественных наук, однако особенно большое значение дедуктивный метод приобрел в математике.

Наиболее авторитетным представителем дедуктивного метода познания был французский философ, математик и естествоиспытатель Декарт. Обладая выдающимися математическими способностями и веря в безошибочность человеческого интеллекта, Декарт гипертрофированно преувеличивал роль дедуктивного метода познания, противопоставляя его эмпирическому методу познания.

Метод использования аналогий. Моделирование. Аналогия – (от греч. analogia – соответствие, сходство) – сходство предметов (процессов, явлений) в каком-либо отношении. При использовании аналогии знание, полученное ранее при изучении какого-либо объекта, переносится на менее изученный, но сходный по существенным качествам объект. Установление сходства (или различия) между объектами осуществляется посредством их сравнения по какому-либо признаку. Таким образом, реализация метода использования аналогии неизбежно связана с процедурой сравнения.

Для того, чтобы использовать аналогии, необходимо убедиться в наличии значительного сходства сравниваемых объектов, для чего необходимо выявить у них как можно больше общих свойств, а также убедиться в том, что эти общие свойства являются существенными..

При использовании аналогии необходимо иметь в виду, что непосредственно исследуется один объект, а вывод делается о другом объекте. При этом исследуемый объект можно рассматривать как модель, а объект, на который переносится информация, полученная в результате исследования модели, - как оригинал. Таким образом, модель и отображаемый с ее помощью моделируемый объект (оригинал) находятся в определенном сходстве.

В общем случае исследование оригинала, основанное на исследовании его модели, включающее в себя построение модели, ее изучение и перенос полученных данных на моделируемый объект называется моделированием. Любое моделирование базируется на соответствии (хотя бы в определенной части свойств) оригинала и замещающей его модели. В зависимости от характера используемых в научном исследовании моделей различают несколько видов моделирования.

Мысленное моделирование связано умозрительными представлениями реального объекта в форме тех или иных воображаемых моделей. Например, модель атома, предложенная Резерфордом, напоминает Солнечную систему, не случайно эта модель получила название планетарной. Мысленные модели часто являются первым этапом при создании моделей других видов (например, математических, компьютерных) и могут быть реализованы в виде материальных физических моделей.

Для физического (материального) моделирования характерно физическое или геометрическое подобие модели оригиналу, а также воспроизведение в модели тех процессов, которые свойственны оригиналу. По результатам исследования физических свойств модели делают выводы о явлениях, происходящих (или тех, которые могут произойти) в реальных условиях. При физическом моделировании явления одной природы можно моделировать явлениями другой природы, например, механические колебания могут моделироваться электрическими колебаниями.

Физическое материальное моделирование эффективно используется для разработки и экспериментального изучения различных сооружений (высотных зданий, плотин гидроэлектростанций), технических объектов (самолетов, космических объектов и скоростных автомобилей, аэродинамические качества которых исследуются на их моделях, обдуваемых воздушным потоком в аэродинамической трубе).

Символьное (знаковое, графическое) моделирование основано на использовании условных графических представлений свойств объекта-оригинала. К знаковым моделям можно отнести графики, номограммы, схемы, диаграммы и т.п., характеризующие исследуемые объекты.

Математическое моделирование связано с тем, что многие сложные системы (технические, экологические, экономические и т.п.) не могут быть исследованы с требуемой точностью при использовании обычных теоретических методов, а прямые (натурные) эксперименты над ними либо невозможны, либо требуют значительных финансовых или временных затрат. В ряде случаев исследуемые системы существуют в единственном числе, цена ошибок в экспериментах с подобными системами чрезвычайно высока. В таких случаях математическое моделирование является наиболее приемлемым, а иногда – единственно возможным инструментом исследования.

Математическое моделирование связано с применением соответствующих уравнений (алгебраических, тригонометрических, дифференциальных, интегральных), описывающих то или иное явление, и направлено на установление взаимосвязей между интересующими величинами. Построенная соответствующим образом система уравнений вместе с известными данными, необходимыми для ее решения (начальные условия, граничные условия, значения входящих в уравнения констант и т.п.), и алгоритмом решения называется математической моделью явления. Решение и анализ решения (в различных вариантах) и есть математическое моделирование.

Численное (компьютерное) моделирование (вычислительный эксперимент) основано на использовании математической модели изучаемого объекта и применяется в случаях, требующих огромного объема вычислений. Существенно, что вычислительный компьютерный эксперимент позволяет анализировать нелинейные и нестационарные явления в физике, химии, биологии, социологии, экономике и других науках. Эффективное использование методов численного моделирования позволяет существенно сократить сроки научных и конструкторских разработок.

Поиск по сайту: