Основы научных исследований

Научная парадигма - признанное всеми научное достижение, которое в течение определенного времени дает модель постановки проблем и их решения научному сообществу.

Примером древнейшей парадигмы может быть система, мира, созданная Клавдием Птолемеем (ІІ в. до н.э.). Система эта является геоцентрической. Птолемей предположил, что планеты равномерно движутся вокруг неподвижной Земли по малым кругам - эпициклам, а центры эпициклов равномерно обращаются вокруг Земли по большим кругам - деферентам, по современной терминологии - орбитам (рис.2.1).

Рисунок 2.1 Геоцентрическая система Птолемея

Искусно подобрав размеры эпициклов и деферентов, Птолемей добился не только качественного, но и количественного соответствия данным астрономических наблюдений. А поскольку эта система вполне соответствовала библейским текстам и была впоследствии канонизирована Католической Церковью, то и просуществовала она около полутора тысячи лет. В течение всего этого периода она являлась основой для представлений о пространстве и времени.

Апологетами Нового времени геоцентрическая система клеймилась как ошибочная и реакционная. В борьбе за новое все старое, естественно, представляется в самом мрачном свете, а все новое - исключительно правильным, в полном соответствии с диалектическим законом отрицания отрицания. Однако в последнее время появились более взвешенные оценки. Так, в одной из работ говорится: «Аристарх Самосский, этот Коперник Античности, предложил гелиоцентрическую систему более чем за полтора тысячелетия до Коперника. Но эта система не была принята античным мышлением. И дело здесь не в близорукости астрономов и математиков того времени. А именно в том, что они были серьезными учеными. Гелиоцентрическую систему нельзя было принять не потому, что она противоречила авторитетнейшим Платону и Аристотелю, на это греки бы пошли, но потому, что гелиоцентрическая система противоречила двум фундаментальным наблюдаемым явлениям: неподвижности далеких звезд и аксиоме «тяжелому естественно стремиться вниз». Аристарх предложил считать, что звезды настолько удалены от Земли, что вся система Солнце-Земля кажется с их удаления точкой, и потому звезды не движутся, если смотреть на них с Земли. Но греки очень настороженно относились ко всякому проявлению актуальной бесконечности, даже к ее гипотетической возможности. Тот же Аристотель утверждал, что актуальной бесконечности нет в природе. А в системе Аристарха пришлось бы считать звезды практически бесконечно удаленными. Со второй аксиомой было еще хуже: если Земля вращается вокруг Солнца, почему она на него не падает? Предъявить хрустальную сферу, к которой она прикреплена, было довольно затруднительно. Гипотеза Аристарха требовала введения дополнительных аксиом: что Земля - не всякое тяжелое тело, а специальное, такое, каких на самой Земле нет, - остальные-то падают. И признания того, что Космос практически неограниченно велик. Греки предпочли скромное - в точности соответствовавшее тогдашней парадигме - научное решение, которое не требовало коренной ломки их представлений о природе».

Последовавшая в XVIIв. т.н. «коперниканская революция» разрушила эту парадигму и создала новую, на основе которой была развита классическая механика Ньютона.

По времени своего создания гелиоцентрическая система Н Коперника (1473-1543) относится к средним векам, хотя идеологически это - исходный пункт мировоззрения Нового времени. Она содержала доказанную всем последующим развитием науки кинематическую схему солнечной системы, ставшую отправной точкой развития небесной механики и позволившей, в конце концов, применить понятия земной механики к космосу. Принципиально она не отличается от представлений Аристарха Самосского (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 Гелиоцентрическая система Коперника

Система Коперника давала правильное объяснение смены дня и ночи и суточному движению небесных светил вращением Земли вокруг своей оси. Второе движение Земли - по орбите вокруг Солнца объясняло смену времен года и петлеобразное движение планет. Вместе с тем Коперник считал Вселенную ограниченной «сферой неподвижных звезд»; движения планет - «идеальными», т.е. круговыми и равномерными. В этом - основная причина расхождения теории Коперника с наблюдениями. Эти расхождения было больше того, которое давали расчеты по системе Птолемея. Именно по этой причине, а не из страха перед инквизицией, Коперник не публиковал свою основную работу «Об обращении небесных сфер» до последнего года своей жизни, пока была надежда найти причины неточностей. Позже И.Кеплер установил, что планеты движутся не по круговым, а по эллиптическим орбитам, это устранило неточности и стало толчком к созданию ньютоновской механики, на основе которой возникла парадигма классической физики.

Кризис в физике начала XXв. привел к разрушению и этой парадигмы и смене ее новой, релятивистской квантовой физикой.

Не следует, однако, думать, что научные революции приводят к полному отказу от достижений прошлого и поэтому наука не имеет непреходящей ценности. Происходит отказ только от парадигм, но не от опытных фактов и твердо установленных законов. Существует т.н. принцип соответствия, по которому предсказания старой теории должны следовать и из новой теории, если ее применить в рамках тех экспериментальных данных, на основе которых возникла старая теория. Например, уравнения релятивистской механики превращаются в уравнения классической механики при скоростях, намного меньших, чем скорость света. Таким образом обеспечивается преемственность знания в ходе развития науки.