Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходная характеристика научного знания

Научное знание - это не любое, а так называемое сущностное знание. Это означает, что научное знание ищет и фиксирует не любые характеристики изучаемого объекта, а только те, в которых выражается его сущность.

Сущность - это внутренняя основа объекта, совокупность таких устойчивых признаков, которые неотъемлемо принадлежат объекту, независимо от изменяющихся обстоятельств и модификаций его поведения в этих обстоятельствах. Например, все тела, температура которых больше абсолютного нуля (-273оС) излучают энергию. Разные диапазоны частот излучения имеют свое название: радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское, -излучение и т.д. Но какое бы конкретное излучение мы не взяли, это всегда электромагнитные колебания определенной частоты.

Сущность какого-либо явления всегда отражена в законах науки. Поиск средств, выражающих сущность, - прямая задача науки. Практика пользуется лишь ее продуктом. Например, сущность механического движения при скоростях V<<C, где С - скорость света в вакууме, выражена в трех законах Ньютона. Понятия, фигурирующие в этих законах, и будут сущностными.

Выявление и познание сущности требуют особых профессиональных способностей, знаний и умений, причем разных знаний и умений для различных объектов.

Если человек научился предсказывать поведение объекта в разных условиях, управлять им, это означает, что он коснулся сущности объекта, что-то о ней знает. Значит сущностные характеристики объекта - это те, знание которых позволяет управлять поведением объекта и делать насчет него различные предсказания. Но - подчеркнем еще раз - чтобы реализовать указанные возможности, надо знать законы, которые связывают между собой сущностные характеристики объекта. Без такого знания никакие предсказания, никакое управление поведением объекта невозможны.

Обобщенность научного знания

Научное знание - это обобщенное знание. Это означает, что оно характеризует объект лишь как представителя какого-то класса объектов (например, любой проводник, любое ядро, любой электрон и т.д.). Научное знание выделяет лишь те характеристики, которые являются общими для этого класса и в которых выражается его сущность. Необходимо учитывать, что суждения строгой всеобщности и безусловной необходимости не могут быть почерпнуты из чувственных восприятий, так как они являются восприятиями отдельных единичных предметов. Например, мы по отдельным фактам знаем, что мышьяк является для человека ядом, что человек смертен и т.д. Такого рода восприятия дают основания для индуктивных умозаключений, которые, однако, не могут служить обоснованием неограниченной всеобщности каких-либо теоретических обобщений.

Называя и характеризуя объекты, научное знание работает с понятиями. За каждым именем-понятием стоит не индивидуальный объект, а класс с его сущностными характеристиками (например, электрон, атом и т.д.). Это предъявляет к субъекту действия определенные требования: оперируя словами как понятиями, он несет ответственность за то, чтобы в его рассуждениях были соблюдены все правила работы с понятиями.

Что же такое понятие?

Понятие - одна из форм логического мышления человека. В понятии отражаются существенные признаки предметов. Признаки - это то, в чем предметы сходны друг с другом или отличны друг от друга. Свойства и отношения являются признаками.

Признаки бывают существенные и несущественные. В понятии отражается совокупность существенных признаков, т.е. таких, каждый из которых, взятый отдельно, необходим, все вместе взятые - достаточны, чтобы с их помощью можно было отличить данный предмет от всех остальных.

Признаки бывают отличительные и неотличительные. Есть признаки, присущие только одному предмету. Они позволяют отличить его от других сходных с ним предметов; например, отличительным, единичным признаком планеты Меркурий является то, что ее орбита наименее удалена от Солнца. Существуют и общие отличительные признаки, которые присущи многим однородным предметам, например, электрический заряд является общим отличительным признаком электрически заряженных частиц.

Отличительные признаки класса каких-либо предметов - это признаки, присущие только предметам, входящим в данный класс. Например, отличительные признаки человека такие: способность создавать средства производства, способность к абстрактному мышлению, наличие речи.

Неотличительные признаки - это признаки, которые принадлежат не только данным предметам. Например, для металлов неотличительными признаками являются теплопроводность, электропроводность; для элементарных частиц - масса, электрический заряд.

Итак, понятие - это форма мысли, в которой отражаются существенные и отличительные признаки отдельного предмета или класса однородных предметов.

В языке понятие выражается словом или группой слов. Например, атом, электрический заряд, электромагнитное взаимодействие и т.д.

Каждый предмет настолько сложен, что обычно имеется возможность указать относительно понятия об одном и том же предмете не одну единственную, а несколько групп существенных признаков. Например, по-разному определяют воду физик и химик. Почему это возможно? Потому, что химические свойства воды отличны от физических.

Совокупность существенных и отличительных признаков предмета, мыслимых в понятии, называется содержанием понятия. Например, в понятии “квадрат” содержатся признаки: “прямоугольность” и “равенство всех сторон”.

Совокупность предметов, мыслимых в данном понятии, называется объемом этого понятия. Объем понятия может меняться от нуля до бесконечности. Чем шире объем понятия, тем уже его содержание, и наоборот.

Объектом экспериментального естествознания является тот или иной фрагмент живой и неживой природы, например, кислород как химический элемент, океан, птицы и т.д. Теоретическое естествознание имеет дело не непосредственно с фрагментами реального мира, а с их идеальными представлениями, выраженными на языке науки. Идеально представить какой-то фрагмент природы означает выразить его в понятиях. В теоретическом естествознании субъект отрывается от мира чувственных вещей и уходит в область понятийного действования, т.е. работы с понятиями, которые заменяют ему реальные объекты. Но любое понятие надситуационно, ибо не все свойства конкретного объекта оно отражает, а лишь его существенные и отличительные признаки. Поэтому теоретическое естествознание дает надситуационное знание. Развитие теоретического естествознания связано в первую очередь с развитием его понятийного аппарата.

В теоретическом естествознании объект может быть представлен по-разному.

Чтобы разобраться, как именно, нам необходимо вначале коснуться вопроса о предметной области теории и области ее применимости. Отметим, что созданные с помощью абстрактного мышления научные теории являются теориями об определенных объектах. Теории нужны, прежде всего, для решения тех задач (познавательных и практических), которые принципиально не могут быть решены без их помощи. Так, тщетно рассчитывать на создание компьютеров следующих поколений, не имея развитой теории алгоритмов. Столь же безуспешны попытки построения космического корабля многоразового использования без наличия теории движения летательных аппаратов с гиперзвуковой скоростью. И такие примеры можно продолжать и продолжать.

Предметная область теории - это сфера реальности, включающая объекты, на описание и объяснение свойств и поведения которых претендует теория. Предметная область теории может быть не очень отчетливо выраженной, меняться с развитием теории, но она всегда существует. Формулировки большинства теорий не содержат четких указаний границ их предметных областей. В принципе, это не так уж и плохо, поскольку любая теория в ходе своего развития, как правило, расширяет свою предметную область. Например, основоположники квантовой механики не включали в ее предметную область механизмы работы созданных в 60-е годы XX века лазеров.

Бывают ситуации, когда происходит сужение предметной области какой-либо теории. Так, долго считалось, что движение любых материальных тел относится к предметной области классической механики. Переход к изучению микромира и квантовых явлений показал, что это не так.

Очень часто предметная область теории отражается в ее названии. Например, ясно, что в теории элементарных частиц речь идет об элементарных частицах. Бывают теории, предметная область которых состоит из абстрактных (идеальных) объектов. Например, такими являются математические теории.

Говоря о предметной области, подчеркнем, что любая теория дает, как правило, достоверное знание только о некоторых объектах, т.е. о части предметной области. Эту ее часть принято называть областью применения данной теории.

Рассмотрим поясняющий пример Возьмем теорию элементарных частиц. В ее предметную область входят материальные объекты, именуемые “элементарными частицами”. В область же применимости современной теории элементарных частиц входят не все явления микромира, а только те, которые удовлетворяют определенным условиям, например, величине энергии взаимодействия элементарных частиц.

Объекты предметной области сами в теорию не входят. Они представлены там некоторыми другими (абстрактными) объектами. Одна из форм такого представления - идеальная модель. Эти абстрактные объекты выступают в качестве имен исходных объектов. Другими словами, прежде чем моделировать какой-либо объект, необходимо как-то его обозначить. Простейшей является операция присвоения ему имени. Нет имени - нечего моделировать. Итак, базисный уровень моделирования любой научной теории образован именами объектов из ее предметной области. Например, для небесной механики этот уровень включает имена “Солнце”, “Земля”, “Марс”, “Луна” и т.д.

Если исследователю не удается создать идеальную модель изучаемого объекта, то он старается ее заменить идеализацией. Нельзя путать понятия “идеальное представление объекта” и “идеализация объекта”. Идеализация - это образование абстрактных объектов посредством мысли в результате отвлечения от принципиальной невозможности осуществить их практически. Реальные прототипы идеализаций могут быть указаны лишь с той или иной степенью приближения.

Идеальная модель

Эти абстрактные объекты выступают в качестве имен исходных объектов. Другими словами, прежде чем моделировать какой-либо объект, необходимо как-то его обозначить. Простейшей является операция присвоения ему имени. Нет имени - нечего моделировать. Итак, базисный уровень моделирования любой научной теории образован именами объектов из ее предметной области. Например, для небесной механики этот уровень включает имена “Солнце”, “Земля”, “Марс”, “Луна” и т.д.

Наличие следующего уровня обусловлено тем, что при продолжении исследования поименованных объектов выделяются и изучаются некоторые их свойства и отношения между ними.

Для конкретного примера возьмем атомы. Атом - наименьшая составная часть вещества, в которой сохраняется индивидуальность химического элемента. В современной науке доминирует взгляд, согласно которому в обычных земных условиях любые твердые, жидкие и газообразные вещества составлены из атомов (или молекул) одного или нескольких химических элементов. Поэтому можно утверждать, что атомы выступают в роли строительных «кирпичей» вещества. Значит, они должны быть ответственны за его механические, химические, электрические, магнитные и другие свойства.

Хорошо известно, что идея атомистического строения вещества зародилась в Древней Греции. Однако научное обоснование эта идея получила лишь в XIX веке, в результате исследования химических превращений, явления электролиза, разработки кинетической теории материи.

Вплоть до XX века атом рассматривался как неделимая, бесструктурная частица вещества. В 1897 году Дж. Дж. Томсон при исследовании катодных лучей открыл электрон. Однако еще в 1880-х гг. на основе законов электролиза Г. Гельмгольц и Дж. Стони независимо предсказали существование «атома электричества», то есть неделимого количества электрического заряда.

К началу XX века был поставлен вопрос о внутреннем строении атома. В то время не существовало технических устройств, которые позволяли бы заглянуть вовнутрь атома. В то же время, было необходимо объяснить удивительную периодичность химических свойств элементов, открытую Д.И. Менделеевым, и закономерности оптических спектров. Остался один путь: мысленно конструировать структуру атома, другими словами, создавать его идеальную модель. Под идеальной моделью реального объекта будем понимать логический конструкт (иначе, абстрактный объект), построенный на базе реальных знаний об объекте, который позволяет объяснить то, что наблюдаемо в опыте, эксперименте. Когда мы называем идеальную модель реального объекта логическим конструктом, то тем самым подчеркиваем, что она существует только в головах людей. Ее нельзя наблюдать. С ней можно работать только в мыслях и при помощи мысли. Но это такой логический конструкт, который позволяет объяснить то, что происходит с реальным объектом. Это позволяет предположить, что в идеальной модели реального объекта воспроизведены определенные свойства реального объекта. Конечно, не все, а лишь некоторые. Идеальные модели строятся лишь по отношению к тем сторонам реальных объектов, которые ненаблюдаемы, то есть их нельзя воспринять ни с помощью органов чувств, ни с помощью приборов. Все, что наблюдаемо, ни в каких идеальных моделях не нуждается. Развитие науки раскрывает перед исследователем, сконструировавшим идеальную модель реального объекта, систему возможностей:

1. То, что сконструировано исследователем, в процессе развития приборной техники становится наблюдаемым. Тогда становится ясным, правильно ли была сконструирована модель, и что не уловил исследователь в структуре реального объекта. Это редко встречающийся в научной практике вариант.

2. Сконструированная модель реального объекта объясняет определенные явления, но и одновременно противоречит другим явлениям, относящимся к этому же объекту. Здесь раскрываются два пути: а) переходить к более совершенным моделям реального объекта, сохраняя основы предыдущей; б) отказаться от введенной модели.

3. Нередки случаи, когда разные исследователи создают разные модели одних и тех же объектов, порой несовместимые друг с другом. Но они позволяют объяснить одни и те же факты, решать один и тот же класс задач. В принципе это означает, что эти две модели «воспроизвели» разные свойства реального объекта, но среди них есть и общие. Пусть мы имеем в реальном мире некий объект А и пусть в процессе его познания созданы его две идеальные модели: модель А1, которая воспроизводит свойства Б, С, М, Т, О объекта А, и модель А2, которая воспроизводит свойства Б, С, Т, К, Н, Е, Г объекта А. Если задача сформулирована так, что для ее решения достаточно знать свойства Б, С, Т объекта А, то эта задача может быть решена и на модели А1, и на модели А2.

4. Идеальная модель может представлять собой такое построение, которое никогда и ни при каких условиях не будет поддаваться прямому наблюдению, но обладает объективным существованием. Подчеркнем, что в определенном смысле идеальных моделей как определенной репрезентации нет ни в субъекте, ни вне объекта. «Идеальное возникает в пространстве между объектом и субъектом… Носителем идеального (как и виртуального) является не вещь (субъект как тело и объект), а взаимодействие, контакт субъекта и объекта, человеческая деятельность».

С одной стороны, от модели требуется, чтобы она содержала известную до ее построения информацию о моделируемом объекте, с другой - изучение самой модели должно вести к получению новой информации о моделируемом объекте. Отметим, что это принципиальное требование.

Идеальные модели, например, физических объектов строятся на основании экспериментальных данных и теоретических представлений о данной области физических объектов. Однако идеальные модели формально-логически из этих данных не выводятся. Они как бы “навеиваются” этими данными. Воображение здесь, как правило, обгоняет соображение. Воображение может больше, чем происходит на самом деле. Человек нередко придумывает всякого рода соответствия и отношения, которых в действительности нет. Поэтому нужны ограничители воображения. Они создают определенный механизм направления мысли ученого-естественника в определенное русло. Так, например, в физике ряд принципов выполняет функцию ограничения фантазии ученых. Примером могут служить принципы симметрии, понимаемые как требование инвариантности физических законов относительно определенной группы преобразований (симметрий). Например, галилеевский принцип симметрии требует инвариантности законов относительно пространственных перемещений. Так, одно и то же явление должно подчиняться одним и тем же законам, независимо от того, где оно происходит: в Солнечной системе или в далекой галактике. Тем самым этот принцип из всех возможных для классической физики законов отбирает только те, которые остаются неизменными (инвариантными) при пространственных перемещениях явлений. Это позволяет выделять действительные модели из множества возможных.

Опыт использования таких ограничений накоплен и продолжает расти. Так, например, в создании физических моделей ограничителями являются законы сохранения, второй закон термодинамики, в химии это принцип Ле-Шателье, и т.д. Академик Н.Н. Моисеев обратил внимание на принцип минимума диссипатии энергии в мировом эволюционном процессе. Такие примеры можно продолжить.

Необходимо учитывать, что всеми ограничениями надо пользоваться так, чтобы не закрывать для теоретика путь поиска новых смыслов и, следовательно, новых форм понимания. Без этого трудно надеяться на возникновение в естествознании новых, «сумасшедших» идей.

Идеальное моделирование должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к научным гипотезам:

1. Обязательное согласие с тем фактическим материалом, для объяснения которого идеальная модель строится. Здесь есть одна существенная тонкость. Как правило, с первого захода такую идеальную модель реального объекта создать не удается. Возникает вопрос: что делать? Не публиковать работу? Или довольствоваться на первоначальном этапе и тем, что определенные факты она объясняет? Думается, что перспективен второй путь. И поэтому развитие теоретической физики - это и совершенствование идеальных моделей одних и тех же объектов. Однако здесь необходимо учитывать: как бы ни была совершенна идеальная модель реального объекта, все факты (тем более, что с развитием науки их становится все больше и больше), относящиеся к реальному объекту, она никогда объяснить не может, так как идеальная модель «воспроизводит» не все, а лишь некоторые ненаблюдаемые характеристики реального объекта. Мало того, в науке часто бывает и так, что появляющаяся модель противоречит некоторым фактам. Это еще не означает, что сделанное предположение принципиально неверно, если другие факты она объясняет. Дело в том, что всякое схватывание целостности оказывается все же условным. Это случай, когда модель надо совершенствовать, сохраняя ее основу. До тех пор, пока существующей модели не противопоставлена другая, более устойчивая, от прежней модели нельзя просто так отказаться. Ученый-теоретик задает вопросы реально существующим объектам, а ответы на них ищет на их идеальных моделях, так как у него просто нет иного представления об объекте.

2. Принципиальная проверяемость. Так как идеальная модель дает представление о ненаблюдаемых сторонах реального объекта, то единственный путь признания ее адекватности реальному объекту - это вывод из нее следствий, которые доступны опытной проверке. Если таких следствий вывести нельзя, то такая идеальная модель реального объекта не может быть принята. Эти следствия - это, как правило, свойство реальных объектов, которые наблюдаемы. Другими словами, это то, что данная идеальная модель должна объяснить. Но исключительно важно, чтобы были и такие предсказания, которые наукой еще не зафиксированы, являются для нее новыми, порой неожиданными. Нельзя не учитывать и того, что подтвержденное опытом следствие может оказаться истинным, а идеальная модель реального объекта - неверной. Это связано с тем, что одно и то же следствие может вытекать из разных идеальных моделей одного и того же реального объекта. Это обстоятельство порождает проблему доверия к введенной идеальной модели реального объекта. И здесь ученый руководствуется следующим: тем большая система разнообразных следствий оправдывается практически, тем менее вероятным становится то, что все они могли бы также хорошо выведены из другой идеальной модели реального объекта.

3. Идеальная модель реального объекта считается надежной, если она не содержит формально-логических противоречий, не противоречит установленным наукой законам природы и предсказывает новые явления.

При построении идеальной модели объекта использование как математических средств, так и содержательных идей должно постоянно контролироваться данными эмпирического изучения объекта. Это означает, что идеальные модели изучаемых объектов должны обладать способностью быть соотносимыми с данными экспериментального анализа моделируемых объектов.

Приведенное утверждение кажется тривиальным. Но это только на первый взгляд. Часто, замечает Ф. Бэкон, «слова насилуют разум, мешая рассуждению, увлекая людей бесчисленными противоречиями и неверными заключениями». Люди при этом «верят, что их разум господствует над словом. Но случается и так, что слова обращают свою силу против разума, что делает философию и другие науки софистическими и бездеятельными».

А теперь вернемся к эволюции идеальных моделей атома. Одна из первых моделей структуры атома была предложена в 1904 г. Дж. Дж. Томпсоном. Согласно Томпсону, Z электронов, каждый из которых обладает зарядом -е, находятся в определенных равновесных положениях внутри непрерывно распределенного по объему атома положительного электрического заряда +Zе, образуя электрически нейтральную систему. Электроны могут колебаться около своих равновесных положений и испускать и поглощать электромагнитное излучение. В сложном атоме электроны распределены по кольцам определенного радиуса, что определяет периодичность свойств атома.

«Прямое» экспериментальное исследование строения атома было проведено в 1911 году Э. Резерфордом. Он изучал прохождение ?-частиц через тонкую фольгу. Эти частицы отклонялись на маленькие углы (10 - 20), что свидетельствовало о том, что положительный заряд атома сконцентрирован в очень маленькой области, порядка 10-13 см. На основании этого вывода Э. Резерфорд создает планетарную модель атома: атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра малых размеров и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Ядро атома водорода назвали протоном. Электрический заряд протона положителен и равен по величине заряду электрона. Протоны входят в состав всех ядер. Лишь в 1932 году был открыт нейтрон и было установлено, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Масса протона в 1836, а масса нейтрона в 1839 раз больше массы электрона. Значит, практически вся масса атома сосредоточена в его ядре. Размеры атома определяются размерами его электронной оболочки. Они порядка 10-8 см.

Эта модель атома объяснила (практически, позволила глубоко понять) химические и большинство физических свойств (оптические, электрические, магнитные) вещества. Однако, по законам классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен непрерывно излучать электромагнитные волны и вследствие этого терять свою энергию. Радиус его орбиты должен непрерывно уменьшаться. Электрон через короткое время должен упасть на ядро. Это противоречит наблюдаемой стабильности атома. Кроме того, спектр атома не непрерывен, а состоит из узких спектральных линий. Это означает, что атом испускает и поглощает электромагнитные волны лишь избранных, определенных частот, характерных для данного химического элемента.

Наука требовала совершенствования модели атома Резерфорда. Его произвел Н. Бор. В основу идеальной модели атома Н. Бор положил два постулата:

1. Существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния атома, характеризуемые дискретным набором «разрешенных» значений энергии: Е1, Е2, Е3… В этих состояниях атом не излучает. Изменение энергии атома возможно лишь при квантовом (скачкообразном) переходе из одного стационарного состояния в другое.

2. Атом испускает и поглощает электромагнитное излучение определенной частоты в виде кванта света (фотона) с энергией h?ik (где h - постоянная Планка), переходя из одного стационарного состояния с энергией ?i в другое с энергией ?k, при этом

hn_ik = e_i - e_k (e_i > e_k).

При испускании фотона атом переходит в состояние с меньшей энергией, при поглощении - с большей. Набор возможных дискретных частот

n_ik = (e_i - e_k) / h квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома.

Теория Н. Бора встретилась с принципиальными трудностями при попытках описания сложных (содержащих более одного электрона) атомов. Например, она не могла объяснить соединение атомов в молекулы. Окончательное решение всех вопросов и противоречий, вскрывшихся при исследовании атомных явлений, было достигнуто в результате создания квантовой механики.

Такова вкратце эволюция идеальных моделей атома.

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы.

1. Создание идеальных моделей в физике - это путь перехода физики к пониманию физических явлений.

2. Идеальные модели строятся в физике только по отношению к ненаблюдаемым сторонам изучаемых объектов.

Идеализация

Если исследователю не удается создать идеальную модель изучаемого объекта, то он старается ее заменить идеализацией. Нельзя путать понятия “идеальное представление объекта” и “идеализация объекта”. Идеализация - это образование абстрактных объектов посредством мысли в результате отвлечения от принципиальной невозможности осуществить их практически. Реальные прототипы идеализаций могут быть указаны лишь с той или иной степенью приближения.

Чем наука теоретически более развита, тем большее число идеализаций она использует. Так, в физике идеализации встречаются буквально на каждом шагу. Можно в форме идеализации представлять тела, процессы, условия.

Примеры идеализаций: а) тел: материальная точка, идеальный газ, абсолютно твердое тело, абсолютно черное тело и т.д.; б) процессов: представление волны как плоской (ни одна реальная волна не имеет плоского фронта), абсолютно упругий удар (нет потери механической энергии), идеальный цикл Карно (полная обратимость процесса) и т.д.; в) условий: адиабатическая оболочка (тепловая изоляция от внешней среды), изолированная система (тела взаимодействуют только внутри системы, т.е. отсутствует обмен веществом и энергией между системой и окружающей средой).

Наиболее распространенные пути образования идеализаций в современном естествознании такие:

1. Мысленный переход к предельному случаю в развитии какого-либо свойства. Например, располагая реальные тела в ряд, соответственно увеличению их твердости, можно мысленно продолжить этот ряд и в конце его представить такое тело, которое не деформируется под действием любых сил. Это и будет “абсолютно твердое тело”.

2. Простое абстрагирование. Например, отбрасывая способность тел отражать свет, приходим к идеализации абсолютно черного тела.

3. Многоступенчатое абстрагирование. Этот метод широко распространен в математике. Так, абстрагируясь от толщины реального объекта, получаем представление о плоскости; лишая плоскость одного из измерений, получаем линию; лишая линию измерения - получаем точку.

Относительно тех сторон идеализаций, которые для исследователя несущественны, можно делать любые предположения. Например, идеальным газом может быть в принципе газ любого типа (кислород, азот, смесь газов и т.д.). Это следует из сути данной идеализации: статистическая система, частицы которой взаимодействуют друг с другом только в процессе столкновений, а все остальное время движутся как свободные, называется идеальным газом.

От идеализаций легче переходить к изучению реальных объектов, ибо они позволяют “схватить” определенные стороны сущности реальных объектов. Поэтому они так широко применяются в современном естествознании. Например, уравнение состояния для моля идеального газа выглядит так:

PV = RT ,

где Р - давление;

V - объем;

R - газовая константа;

Т - температура.

Для реального газа это уравнение записывается так:

(уравнение Ван-дер-Ваальса).

Здесь R -газовая постоянная, а и b - постоянные, характеризующие взаимодействие молекул данного вещества и размеры молекул. Введение параметра b отражает поправку на объем, занимаемый молекулами газа. Фактический объем, доступный газу, меньше объема сосуда V, поскольку часть его занимают сами молекулы. Поправка a, меняющая давление, связана с тем, что в реальном газе при подлете молекулы к стенке сосуда появляется нескомпенсированная сила, обусловленная притяжением других молекул и направленная внутрь сосуда, что уменьшает давление на стенку.

Это уравнение получается как результат корректировки уравнения состояния идеального газа.

Таким образом, можно сделать следующие общие выводы:

1. И идеальные модели, и идеализации объектов существуют лишь в головах людей, над ними нельзя ставить эксперименты. Их нельзя наблюдать. С ними можно работать лишь теоретически.

2. Мы всегда вопросы адресуем реально существующим объектам, а ответы (теоретические) ищем, или оперируя их идеальными моделями, или анализируя определенного рода идеализации.

3. Если объект в теоретическом естествознании представлен в виде идеальной модели, то при этом подчеркивается, что эта идеальная модель воспроизводит определенные свойства оригинала, а если в виде идеализации, то подчеркивается, какие реальные свойства реальных объектов отбрасываются или какие свойства, в принципе не присущие реальному объекту, ему приписываются.

4. Если теория основана на идеальной модели объекта, то ее можно и нужно непосредственно применять к действительности, но, конечно, лишь в строго определенных рамках. Они задаются принципиальными возможностями используемых идеальных моделей реальных объектов. Если же теория описывает идеализацию, то ее непосредственно к действительности применяют только тогда, когда показано, что реальные объекты можно подвести под идеализации теории.

Обоснованность

Можно говорить об обосновании границ научного знания и об обосновании внутри научного знания.

Человеку во все времена, даже если он многое знает, умеет, суждено жить, действовать, принимать ответственные решения на границе научного знания и других форм освоения человеком действительности. В области научного знания - свои правила игры, в области ненаучного знания - свои. И там, где уместно опираться на научное знание, мы обязаны опираться на него, не подменяя его никакими эквивалентами - знахарством, убеждениями лидеров, священными молитвами, пророчеством и т.д.

Сегодня человек точно установить границы научного знания не может.

Принято считать, что область научного знания о мире составляют всевозможного рода факты и их логические преобразования. Научному знанию подвластно лишь то, о чем можно формулировать потенциально истинные или ложные высказывания.

Итак, верхняя граница знания - язык. Это означает, что к научному знанию можно отнести лишь то, что выразимо в языке. Но не все, что выразимо в языке, относится к научному знанию. Знанию, как уже подчеркивалось, подвластно лишь то, о чем можно формулировать потенциально истинные или ложные высказывания. Если же высказывание нельзя оценить с точки зрения “истинно-ложно”, то оно считается бессмысленным. Наука больше всего боится бессмысленных утверждений. Все они должны быть из науки удалены.

Чтобы можно было высказывание оценить как истинное или ложное, оно должно формулироваться в языке по следующей логической схеме: если справедлив данный комплекс условий, то будет то-то.

Данная норма не только позволяет осуществлять проверку истинности научных утверждений. Она позволяет также проводить материальное и теоретическое экспериментирование, что исключительно важно для развития науки.

Материальное экспериментирование с исследуемыми объектами по схеме “что будет с объектом, если он будет находиться в таких-то условиях” создает запас решений. А это выход и в практику, а также создание теоретических условий проникновения в неизвестные области реальности.

На основании этой нормы в науке ставят и обратные задачи: какие надо создать условия, чтобы проходил такой-то процесс. Например, при каких условиях термоядерная реакция может стать управляемой.

За верхней границей знания находятся те аспекты мира, которые нельзя выразить в высказываниях познавательного типа. Здесь мир постигается целостно, возникает чувство нашей сопричастности к миру и жизни, становятся значимыми проблемы Бога, смысла жизни, смерти, счастья и горя.

Есть и нижняя граница знания. За ней простираются такие пласты опыта, которые собственно знанием тоже не назовешь: очевидности здравого смысла, практические привычки, умения, жизненные привычки и т.д. Это называют предпосылочным, неявным, личностным знанием, интуицией и пр.

Здесь выявляется парадоксальная ситуация: то, что я знаю совершенно бесспорно, мне не удается обосновать. Наши бесспорные посылки научных суждений выводятся за пределы собственно научного знания. Например, геометрия Евклида, которая, бесспорно, относится к научному знанию, основана на аксиомах. Они вводятся на основе имеющегося опыта и выбираются как интуитивно очевидные положения.

Вот примеры таких аксиом:

- через любые две точки можно провести прямую и только одну;

- какова бы ни была прямая, существуют точки, принадлежащие этой прямой и не принадлежащие ей;

- из трех точек на прямой одна и только одна находится между двумя другими и т.д.

Аксиомы, строго говоря, считать научным знанием нельзя. Это так называемое предзнание. Но это - основа всей языковой игры. Это те опоры, на основе которых происходит формирование истинных или ложных познавательных предложений. Если мы предпринимаем попытку их доказать, то приходим к утверждениям, которые менее понятны, чем сами аксиомы. Поэтому они являются границей, пределом обоснования. Все, что лежит ниже этой границы, усваивается уже не с помощью предложений, а уходит корнями в невербальный, практический опыт.

Когда говорят об обосновании внутри научного знания, то под обоснованием понимают мыслительную процедуру использования имеющихся знаний, норм и установок для принятия каких-либо утверждений, оценок или решений о практических действиях. Обоснование внутри научного знания применяется там, где исследователь сталкивается с ситуацией выбора.

Приведем примеры таких ситуаций внутри научного знания.

1. Ввод в научный обиход новых понятий, например, алгоритм, наследственность, интеграл, квантовое число и т.д. Возникает ситуация: принять данное понятие или его отбросить. Чтобы научное сообщество приняло введенное новое понятие, необходимо его убедить в корректности введения понятия и нужности его для развития определенной научной теории.

2. Ученый выдвинул определенную догадку и представляет ее как научную гипотезу. Но чтобы догадка могла претендовать на статус научной гипотезы, она должна удовлетворять целой системе требований. Они и будут выступать как обоснование гипотезы, т.е. являются основанием для приписывания догадке статуса научной гипотезы.

3. Предлагается ряд альтернативных решений определенной проблемы. Из них необходимо выбрать одно.

Вере, традиции, авторитету, пророчеству наука противопоставляет свободное обсуждение различных познавательных альтернатив и обоснованное принятие решений.

Доказанность

Доказательство - это совокупность логических приемов обоснования истинности какого-либо суждения с помощью других истинных и связанных с ним суждений (сужение - это форма мысли, в которой утверждается или отрицается что-либо, например, на Марсе есть жизнь; протоны состоят из кварков и т.д.).

Доказательство это правильное умозаключение.

Доказательство всегда принуждение, где принудительной силой выступает логический закон.

Структура доказательства: тезис, аргументы, демонстрация. Тезис - это суждение, истинность которого надо доказать. Аргументы - это те истинные суждения, которыми пользуются при доказательстве тезиса. Формой доказательства или демонстрацией называется способ логической связи между тезисом и аргументами.

Различают такие виды аргументов:

1. Удостоверенные единичные факты. В естествознании это данные наблюдений и экспериментов. Например, результаты опыта Резерфорда в 1911 г. по прохождению альфа-частиц через тонкую фольгу. Картина рассеяния альфа-частиц свидетельствовала о том, что положительный заряд атома сконцентрирован в очень малой области с размерами меньше 10-12 см. Этот вывод послужил основой для резерфордовской модели атома.

2. Определения как аргументы доказательства. Например, пусть нам даны 4 точки. Известно, что прямая, проходящая через любые две из этих точек, не пересекается с прямой, проходящей через другие две точки. Надо доказать, что данные четыре точки не лежат в одной плоскости. При доказательстве данной теоремы используется определение параллелограмма.

3. Аксиомы и постулаты. Примеры:

а) допустим, что нам надо доказать теорему: через прямую можно провести две различные плоскости. При ее доказательстве используют аксиому: какова бы ни была плоскость, существуют точки, принадлежащие этой плоскости, и точки, не принадлежащие ей;

б) уравнение состояния для моля идеального газа выглядит так:

PV = RT

Оно получается при постулировании, что частицы газа взаимодействуют только в момент столкновения как абсолютно упругие тела.

4. Ранее доказанные законы науки и теоремы. Например, надо доказать, что в равнобедренном треугольнике углы при основании равны. Этот тезис (теорема) доказывается на основании теоремы первого признака равенства треугольников.

Все положения науки, которые подлежат доказательству, должны быть доказанными. Однако, стремление доказать абсолютно все утверждения, содержащиеся в каком-нибудь знании, оказывается неосуществимым потому, что любое знание содержит утверждения (они обычно лежат в его основе), каждая попытка строго доказать которые оказывается менее ясной, менее наглядной, менее убедительной, чем само утверждение, которое мы пытаемся доказать. Примером может служить неоднократно предпринимаемая попытка доказать аксиому о параллельности, лежащую в основе геометрии Евклида.

Проблеме доказательства в науке ученые всегда уделяли большое внимание. Так, например, Б.Паскаль в работе “Соображения относительно геометрии вообще. О геометрическом уме и искусстве убеждать”, в частности, пишет: “Правила, необходимые для доказательства: доказывать все положения, пользуясь в процессе доказывания только аксиомами, которые сами по себе весьма очевидны, или положениями, уже доказанными, или такими положениями, относительно которых достигнуто согласие. Никогда не допускать злоупотребления, заключающегося в двусмысленности терминов, возникающей, когда на место определяемого мысленно подставляется определение, ограничивающее или объясняющее последнее (См. “Вопросы философии”, 1994, № 6, с. 139).

Методологические регулятивы научного познания

Кроме вышеуказанных обязательных характеристик и требований, научное познание руководствуется еще рядом методологических принципов. Основные из них такие:

1. Принцип объективности. Это требование рассматривать объект таким, “каков он есть”, независимо от мнения и желания субъекта.

2. Принцип всеобщей связи. Это требование рассматривать объект и учитывать в работе с ним, по мере возможности, максимальное количество его внутренних и внешних связей.

3. Принцип развития. Это требование осуществлять познание и учитывать в деятельности, что развивается сам объект, изучающая его наука, а также мышление познающего субъекта.

Утверждая нечто относительно объекта, следует учитывать:

а) о каком его состоянии или стадии развития идет речь в конкретном случае;

б) пользуясь научным утверждением, учитывать, что оно принадлежит развитию познания на какой-либо его стадии, в определенный исторический период и уже могло измениться.

4. Принцип целостности. Это требование рассматривать объект с учетом доминанты целого над частью.

5. Принцип системности. Это требование рассматривать объект системно, с учетом его собственных системных характеристик, где для характеристик системы важны и существенны как свойства самих элементов, так и связей между ними. Важно и то, что общие, системные характеристики как целого могут определяющим образом влиять на элементы и связи.

6. Принцип детерминизма. Это требование рассматривать и включать в деятельность объект как порождение комплекса причин. Это также учет и того, что все научные положения формулируются по такой логической схеме: если будет это, то будет то-то.

Понятие метода, методологии и методики

Большое значение для понимания научного познания имеет анализ средств получения и хранения знания. Средства получения знания и есть методы научного познания. Что же такое метод?

В литературе существуют равные определения метода. Мы будем использовать то, которое, на наш взгляд, подходит к анализу естествознания. Метод - это способ действия субъекта, направленный на теоретическое и практическое овладение объектом.

Под субъектом в широком смысле слова понимается все человечество в его развитии. В узком смысле слова субъект - это отдельная личность, вооруженная знаниями и средствами познания своей эпохи. Субъектом может выступать и определенный научный коллектив, неформальная группа ученых. Под объектом понимается все то, что входит в сферу познавательной деятельности субъекта. В эмпирическом, т.е. экспериментальном естествознании объект - это какой-то фрагмент действительности. В теоретическом естествознании объект - это логические конструкции фрагментов действительности. Мы уже знаем, что это будут идеальные модели фрагментов действительности или идеализации определенных реальных объектов.

Всякий метод определяется правилами действия субъекта, которые основаны на определенных познанных объективных закономерностях. Методов без правил действия субъекта не существует. Рассмотрим для примера метод спектрального анализа. Он основан на такой объективной закономерности: любой химический элемент, обладающий определенной температурой, дает радиационный спектр излучения или поглощения, который имеет ряд характеристических линий.

Пусть мы имеем смесь, химический состав которой неизвестен. Сняв спектр этой смеси и сравнив его с известными эталонами, мы легко определим состав смеси. Уже этот элементарный пример говорит о том, что люди всякое знание стремятся превратить в метод добывания новых знаний.

Метод - это совокупность правил, основанная на определенной закономерности.

Может быть неправильное применение метода. Это происходит в тех случаях, когда метод применяют там, где не действует та закономерность, на которой он основан.

Методы, используемые в естествознании можно разделить на:

общенаучные - это такие методы, которые находят применение во всех естественных науках (например, гипотеза, эксперимент и т.д.);	частные методы - это методы, применяемые лишь в узких областях конкретных естественных наук. Например, метод интегрирования по частям, метод условных рефлексов и т.д.
Эмпирические	теоретические
Наблюдение, эксперимент, измерение - сравнение объектов, по каким - либо сходным свойствам или сторонам. Описание - фиксация средствами естественного и искусственного языка сведений об объекте. Сравнение - одновременное соотносительное исследование и оценка общих для двух или более объектов свойств или признаков.	Формализация - построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности. Аксиоматизация - построение теорий на основе аксиом. Гипотетико-дедуктивный - создание системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.

Конкретизация применения какого-либо метода - это методика в узком смысле слова. Например, одним из методов интегрирования, как мы уже говорили, является интегрирование по частям. Пусть нам надо вычислить интеграл Он берется по частям. Вспомним формулу интегрирования по частям . В нашем примере и = x, а dv = sinх dx. Это и есть пример методики в узком смысле слова как конкретизация определенного метода.

Выбор и применение методов и методик в исследовательской работе зависит от природы изучаемого явления и от задач, которые ставит перед собой исследователь. В научном исследовании важен не только хороший метод, но и мастерство его применения.

Между методом и изучаемым объектом нет жесткой связи. Если бы она была, то невозможен был бы прогресс в методах решения одних и тех же задач.

Под методологией в широком смысле слова понимают учение о методе, т.е. теорию самого метода. В теории метода должны быть решены, по крайней мере, такие проблемы:

- Какова закономерность, на которой основан метод?

- Каковы правила действия субъекта (их смысл и последовательность), составляющие суть метода?

- Каков класс задач, которые можно решать с помощью данного метода?

- Каковы границы применимости метода?

Как связан данный метод с другими методами? Для науки вообще, в том числе и для естествознания, важно знать не только теорию отдельных методов, но и теорию всей системы методов, применяемых в естествознании или в его отдельной отрасли. Поэтому наиболее полное определение методологии такое: методология - это система принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности, а также учение об этой системе.

Вообще предложено много различных определений методологии науки. На наш взгляд, можно исходить и из следующего определения методологии: методология науки - это научная дисциплина, дающая достаточно полное и пригодное для использования знание о свойствах, структурах, закономерностях возникновения, функционирования и развития систем научного знания, а также об их взаимосвязях и применениях.

Существуют различные уровни методологии. Философский уровень методологии представляет собой общую систему принципов и регулятивов человеческой деятельности. Они задаются теорией познания, которая разрабатывается в рамках философии.

Различают содержательную и формальную методологию естественнонаучного познания.

Содержательная методология включает такие проблемы:

- структура научного знания и научной теории;

- законы порождения, функционирования и изменения научных теорий;

- понятийный каркас науки и ее отдельных дисциплин;

- характеристика схем объяснения, принятых в науке;

- теории методов науки;

- условия и критерии научности;

Формальные аспекты методологии связаны с анализом:

- языка науки формализованных методов познания;

- структуры научного объяснения и описания.

Методологический анализ может вестись на конкретно-научном и на философском уровнях, последний является высшим и определяющим уровнем методологий. Почему?

На философском уровне анализ ведется в контексте решения коренных мировоззренческих проблем отношения человека к действительности, места и значения человека в мире. Здесь обязательно решаются проблемы:

- отношения знания к действительности;

- отношения субъекта к объекту в познании;

- места и роли данных форм знания или приемов исследования в системе познавательного отношения человека к миру.

Проблемы научного метода широко обсуждались уже в период становления опытного естествознания. Так, в эпоху Возрождения было осознано, что научный метод включает в себя экспериментальное (опытное) и теоретическое начала, последнее воплощается, прежде всего, в математике.

Развитие теоретического начала научного метода сопровождалось выработкой мощных орудий исследования. “Теория, - пишет Л. де Бройль, -также должна иметь свои инструменты для того, чтобы получить возможность формулировать свои концепции в строгой форме и строго вывести из них предложения, которые можно было бы точно сравнить с результатами эксперимента; но эти инструменты являются главным образом инструментами интеллектуального порядка, математическими инструментами, если можно так сказать, которые теория постепенно получила благодаря развитию арифметики, геометрии и анализа и которые не перестают множиться и совершенствоваться” (Де Бройль Л. По тропам науки. - М., 1962. С. 163).

В чем же ценность математики для естествознания?

В процессе развития познания происходит смена тех математических дисциплин, которые наиболее сильно взаимодействуют с естествознанием. При этом весьма существенно, что математика может заготавливать новые формы “впрок”. Пример математизации физики говорит не только о том, что определенным физическим теориям соответствует своя математика. Наиболее примечательно то, что соответствующие разделы математики в своих основных контурах зачастую возникали независимо и до появления самих этих теорий. Более того, использование данных разделов математики явилось необходимым условием разработки новых направлений исследования. Математика предвосхищала развитие физики. В истории физики не раз происходили удивительные совпадения результатов математики с экспериментальной действительностью. Именно в этом предвосхищении проявляется вся сила инструментального характера математики.

Постепенное овладение началами научного метода в эпоху Возрождения привело естествознание к разработке первых научных теорий как относительно целостных концептуальных систем. Таковыми явились, прежде всего, классическая механика Ньютона, а затем классическая термодинамика, классическая электродинамика и, наконец, теория относительности и квантовая механика. Научные теории - это основная форма выражения знания. В физико-математическом естествознании разработка теорий - это результат настойчивого применения математики и кропотливого развития эксперимента. Развитие теории оказало существенное обратное воздействие на сам метод науки. Научный метод стал неотделим от научной теории, ее применения и развития. Истинно научный метод - это теория в действии. Квантовая механика есть не только отражение свойств и закономерностей физических процессов атомного масштаба, но и важнейший метод дальнейшего познания микропроцессов. Генетика - не только отражение свойств и закономерностей явлений наследственности и изменчивости в развитии живых систем, но и важнейший метод познания глубинных основ жизни.

Чтобы выполнить функцию метода, теория должна удовлетворять таким требованиям: