Естественно научные знания знания о. Структура естественно научных знаний

Система естественнонаучных знаний

Естествознание является одной из составляющих системы современного научного знания, включающей также комплексы технических и гуманитарных наук. Естествознание представляет собой эволюционирующую систему упорядоченных сведений о закономерностях движения материи.

Современное естествознание группирует основные естественные науки следующим образом:

физика, химия, физическая химия;

биология, ботаника, зоология;

анатомия, физиология, генетика (учение о наследственности);

геология, минералогия, палеонтология, метеорология, физическая география;

астрономия, космология, астрофизика, астрохимия.

Конечно же, здесь перечислены лишь основные естественные науки, на самом же деле современное естествознание представляет собой с ложный и разветвленный комплекс, включающий сотни научных дисциплин. Одна только физика объединяет целое семейство наук (механика, термодинамика, оптика, электродинамика и т. д.). По мере роста объема научного знания отдельные разделы наук приобрели статус научных дисциплин со своим понятийным аппаратом, специфическими методами исследования, что зачастую делает их трудно доступными для специалистов, занимающихся другими разделами той же, скажем, физики.

Подобная дифференциация в естественных науках (как, впрочем, и в науке вообще) является естественным и неизбежным следствием всё более сужающейся специализации.

Вместе с тем также естественным образом в развитии науки происходят встречные процессы, в частности складываются и оформляются естественно-научные дисциплины, как часто говорят, «на стыках» наук: химическая физика, биохимия, биофизика, биогеохимия и многие другие. В результате границы, некогда определившиеся между отдельными научными дисциплинами и их разделами, становятся весьма условными, подвижными и, можно сказать, прозрачными.

Эти процессы, приводящие, с одной стороны, к дальнейшему росту количества научных дисциплин, но с другой - к их сближению и взаимопроникновению, являются одним из свидетельств интеграции естественных наук, отражающей общую тенденцию в современной науке.

Именно здесь, пожалуй, уместно обратиться к такой занимающей, безусловно, особое место научной дисциплине, как математика, которая является инструментом исследования и универсальным языком не только естественных наук, но и многих других - тех, в которых можно усмотреть количественные закономерности.

В зависимости от методов, лежащих в основе исследований, можно говорить о естественных науках:

описательных (исследующих фактические данные и связи между ними);

точных (строящих математические модели для выражения установленных фактов и связей, т. е. закономерностей);

прикладных (использующих систематику и модели описательных и точных естественных наук для освоения и преобразования природы).

Тем не менее, общим родовым признаком всех наук, изучающих природу и технику, является сознательная деятельность профессиональных работников науки, направленная на описание, объяснение и предсказание поведения исследуемых объектов и характера изучаемых явлений. Гуманитарные же науки отличаются тем, что объяснение и предсказание явлений (событий) опирается, как правило, не на объяснение, а на понимание реальности.

В этом состоит принципиальное различие между науками, имеющими объекты исследования, допускающие систематическое наблюдение, многократную опытную проверку и воспроизводимые эксперименты, и науками, изучающими по сути уникальные, неповторяющиеся ситуации, не допускающие, как правило, точного повторения опыта, проведения более одного раза какого-либо эксперимента.

Современная культура стремится преодолеть дифференциацию познания на множество самостоятельных направлений и дисциплин, в первую очередь раскол между естественными и гуманитарными науками, явно обозначившийся в конце XIX в. Ведь мир един во всем своем бесконечном многообразии, поэтому относительно самостоятельные области единой системы человеческого знания органически взаимосвязаны; различие здесь преходяще, единство абсолютно.

В наши дни явно наметилась интеграция естественнонаучного знания, которая проявляется во многих формах и становится наиболее выраженной тенденцией его развития. Всё в большей степени эта тенденция проявляется и во взаимодействии естественных наук с науками гуманитарными. Свидетельством этому является выдвижение на передний фронт современной науки принципов системности, самоорганизации и глобального эволюционизма, открывающих возможность объединения самых разнообразных научных знаний в цельную и последовательную систему, объединяемую общими закономерностями эволюции объектов различной природы.

Есть все основания полагать, что мы являемся свидетелями всё большего сближения и взаимной интеграции естественных и гуманитарных наук. Подтверждением тому служит широкое использование в гуманитарных исследованиях не только технических средств и информационных технологий, применяемых в естественных и технических науках, но и общенаучных методов исследования, выработанных в процессе развития естествознания.

Предметом настоящего курса являются концепции, относящиеся к формам существования и движения живой и неживой материи, в то время как законы, определяющие ход социальных явлений, являются предметом гуманитарных наук. Следует, однако, иметь в виду, что, как бы ни различались между собой естественные и гуманитарные науки, они обладают общеродовым единством, каковым является логика науки. Именно подчинение этой логике делает науку сферой человеческой деятельности, направленной на выявление и теоретическую систематизацию объективных знаний о действительности.

Естественно-научная картина мира создается и видоизменяется учеными разных национальностей, среди которых и убежденные атеисты, и верующие различных вероисповеданий и конфессий. Однако в своей профессиональной деятельности все они исходят из того, что мир материален, т. е. существует объективно вне зависимости от изучающих его людей. Заметим, однако, что сам процесс познания может оказывать влияние на изучаемые объекты материального мира и на то, как представляет их себе человек в зависимости от уровня развития средств исследования. Кроме того, каждый ученый исходит из того, что мир принципиально познаваем.

Процесс научного познания - это поиск истины. Однако абсолютная истина в науке непостижима, и с каждым шагом по пути познания она отодвигается дальше и глубже. Таким образом, на каждом этапе познания ученые устанавливают относительную истину, понимая, что на следующем этапе будет достигнуто знание более точное, в большей степени адекватное реальности. И это еще одно свидетельство того, что процесс познания объективен и неисчерпаем.

Естественные и гуманитарные науки.

Наука занимается изучением объективно существующих (т.е. существующих независимо от чьего-либо сознания) объектов и явлений природы. Вопрос о том, существует ли окружающий нас мир сам по себе или он является продуктом деятельности разума (принадлежащего некому высшему существу или каждому конкретному индивиду) составляет суть т.н. основного вопроса философии, классически формулируемом в виде дилеммы о первичности материи или сознания. В зависимости от ответа на основной вопрос философы подразделяются на материалистов (признают объективное существование окружающего нас мира, возникшего в результате саморазвития материи), объективных идеалистов (признают объективное существование мира, возникшего как результат деятельности высшего разума) и субъективных идеалистов (считают, что окружающий нас мир не существует реально, а есть плод воображения отдельного индивида) . По-видимому невозможно дать экспериментально обоснованного ответа на основной вопрос философии, хотя большинство естествоиспытателей являются приверженцами материалистических концепций.

Все существующие научные дисциплины условно (любая классификация носит приближенный характер и неполно отражает истинную суть вещей!) разделены на две основные группы: естественнонаучные (занимаются изучением объектов природы и явлений, не являющихся продуктом деятельности человека или человечества) и гуманитарные (изучают явления объекты, возникшие как результат деятельности человека).

Настоящий курс посвящен обзору важнейших концепций современного естествознания.

Уровни организации материи и иерархия естественно научных знаний. Окружающие нас объекты природы имеют внутреннюю структуру, т.е. в свою очередь сами состоят из других объектов (яблоко состоит из клеток растительной ткани, которая сложена из молекул, являющихся объединениями атомов и т.д.). При этом естественным образом возникают различные по сложности уровни организации материи: космический, планетарный, геологический, биологический, химический, физический. Представители естественных наук, занимающиеся изучением объектов какого-либо уровня могут достичь их полного описания лишь основываясь на знаниях более “низкого” (элементарного) уровня (невозможно понять законы жизнедеятельности клетки, не изучив химизм протекающих в ней реакций). Однако реальные возможности каждого отдельного исследователя весьма ограничены (человеческой жизни недостаточно не только для того, чтобы плодотворно заниматься изучением сразу нескольких уровней, но даже заведомо не хватает на сколько-нибудь полное освоение уже накопленных знаний о каком-то одном). Из-за этого возникло деление естественно научных знаний на отдельные дисциплины, примерно соответствующие вышеперечисленным уровням организации материи: астрономию, экологию, геологию, биологию, химию и физику. Специалисты, работающие на своем уровне, опираются на знания смежных наук, находящихся ниже по иерархической лестнице. Исключение составляет физика, находящаяся на “самом нижнем этаже” человеческих знаний (“составляющая их фундамент”): исторически сложилось так, что в ходе развития этой науки обнаруживались все более “элементарные” уровни организации материи (молекулярный, атомный, элементарных частиц...), изучением которых по-прежнему занимались физики.

Естественные науки различных уровней не обособлены друг от друга. При изучении высокоорганизованных систем возникает естественная потребность в информации о составляющих их элементах, предоставляемой дисциплинами “более низких” уровней. При изучении же “элементарных” объектов весьма полезны знания о их поведении в сложных системах, где при взаимодействиях с другими элементами проявляются свойства изучаемых. Примером взаимодействия наук разных уровней может служить разработка Ньютоном классической теории тяготения (физический уровень), возникшей на основе законов движения планет Кеплера (астрономический уровень), и современные концепции эволюции Вселенной, немыслимые без учета законов гравитации.

Естественные науки, находящиеся на нижних этажах иерархической лестницы, несомненно проще вышестоящих, поскольку занимаются более простыми объектами (строение электронного облака атома углерода, несомненно “проще пареной репы”, содержащей множество атомов с такими облаками!). Однако, именно из-за простоты изучаемых объектов науки нижних уровней сумели накопить гораздо больше фактической информации и создать более законченные теории.

Место математики среди естественных наук.

Обсуждавшаяся выше структура естествознания не содержит математики, без которой невозможна ни одна из современных точных наук. Это связано с тем, что сама математика не является естественной наукой в полном смысле этого понятия, поскольку не занимается изучением каких-либо объектов или явлений реального мира. В основе математики лежат аксиомы, придуманные человеком. Для математика не имеет решающего значения вопрос, выполняются ли эти аксиомы в реальности или нет (напр. в настоящее время благополучно сосуществует несколько геометрий, основанных на несовместных друг с другом системах аксиом).

Если математика заботит лишь логическая строгость его выводов, делаемых на основе аксиом и предшествующих теорем, естествоиспытателю важно, соответствует ли его теоретическое построение реальности. При этом в качестве критерия истинности естественнонаучных знаний выступает эксперимент, в ходе которого осуществляется проверка теоретических выводов.

В ходе изучения свойств реальных объектов часто оказывается так, что они приближенно соответствуют аксиоматике того или иного раздела математики (напр. положение небольшого тела можно приближенно описать, задав три его координаты, совокупность которых можно рассматривать как вектор в трехмерном пространстве). При этом ранее доказанные в математике утверждения (теоремы) оказываются применимыми к таким объектам.

Кроме сказанного, математика играет роль очень лаконичного, экономного и емкого языка, термины которого применимы к внешне совершенно разнородным объектам окружающего мира (вектором можно назвать и совокупность координат точки, и характеристику силового поля, и компонентный состав химической смести, и характеристику экономико-географического положения местности).

Очевидно, что более простые объекты нашего мира удовлетворяют более простым системам аксиом, следствия из которых математиками изучены более полно. Поэтому естественные науки “низших” уровней оказываются более математизированными.

Опыт развития современного естествознания показывает, что на определенном этапе развития естественно научных дисциплин неизбежно происходит их математизация, результатом которой является создание логически стройных формализованных теорий и дальнейшее ускоренное развитие дисциплины.

Приближенный характер естественнонаучных знаний.

Несмотря на то, что естественные науки часто называют точными, практически любое конкретное утверждение в них носит приближенный характер. Причиной этого является не только несовершенство измерительных приборов, но и ряд принципиальных ограничений на точность измерений, установленных современной физикой. Кроме того, практически все реально наблюдаемые явления столь сложны и содержат такое множество процессов между взаимодействующими объектами, что их исчерпывающее описание оказывается не только технически невозможным, но и практически бессмысленным (человеческое сознание способно воспринять лишь весьма ограниченный объем информации). На практике исследуемая система сознательно упрощается путем ее замены моделью, учитывающей только самые важные элементы и процессы. По мере развития теории модели усложняются, постепенно приближаясь к реальности.

Основные этапы развития естествознания могут быть выделены, исходя из различных соображений. По мнению автора, в качестве основного критерия следует рассматривать доминирующий среди естествоиспытателей подход к построению их теорий. При этом оказывается возможным выделение трех основных этапов.

Естествознание древнего мира. Завершенного деления на дисциплины не существовало, создаваемые концепции в своем большинстве носили мировоззренческий характер. Экспериментальный метод познания в принципе допускался, но роль решающего критерия истинности эксперименту не отводилась. Верные наблюдения и гениальные обобщающие догадки сосуществовали с умозрительными и часто ошибочными построениями.

Классический период развития естествознания берет свое начало с экспериментальных работ Галилея (18 век) и длится до начала нашего столетия. Характеризуется четким разделением наук на традиционные области и даже несколько гипертрофированной ролью эксперимента в их развитии (“понять- значит измерить”). Эксперимент рассматривается не только как критерий истинности, но и как основной инструмент познания. Вера в истинность экспериментально добытых результатов столь велика, что их начинают распространять на новые области и проблемы, где соответствующей проверки не производилось. При обнаружении расхождений так создаваемых концепций с реально наблюдаемыми явлениями неизбежно возникало недоумение, граничащее с попытками отрицания самой возможности познания окружающего мира.

Современное естествознание характеризуется лавинообразным накоплением нового фактического материала и возникновением множества новых дисциплин на стыках традиционных. Резкое удорожание науки, особенно экспериментальной. Как следствие - возрастание роли теоретических исследований, направляющих работу экспериментаторов в области, где обнаружение новых явлений более вероятно. формулировка новых эвристических требований к создаваемым теориям: красоты, простоты, внутренней непротиворечивости, экспериментальной проверяемости, соответствия (преемственности). Роль эксперимента, как критерия истинности знания, сохраняется, но признается, что само понятие истинности не имеет абсолютного характера: утверждения, истинные при определенных условиях, при выходе за границы, в рамках которых проводилась экспериментальная проверка, могут оказаться приближенными и даже ложными. Современное естествознание утратило присущую классическим знаниям простоту и наглядность. Это произошло главным образом из-за того, что интересы современных исследователей из традиционных для классической науки областей переместились туда, где обычный “житейский” опыт и знания об объектах и происходящих с ними явлениях в большинстве случаев отсутствуют.

Настоящий курс посвящен современным концепциям естествознания, неотделимым от знаний, накопленных в классический период развития наук. Его структура не отражает традиционного разделения знаний на отдельные дисциплины, а скорее следует историческому ходу развития основных мировоззренческих идей, берущих свое начало в наиболее фундаментальной из естественных наук - физике.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://study.online.ks.ua/

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Общие сведения

В основе любого, в том числе и естественно-научного, познания действительности лежит сложная творческая работа, включающая сочетающиеся сознательные и подсознательные процессы. О важной роли подсознательных процессов говорили многие выдающиеся ученые. В частности, Альберт Эйнштейн подчеркивал: «Нет ясного логического пути к научной истине, ее надо угадать некоторым интуитивным скачком мышления».

Особенности сознательных и подсознательных процессов творческой работы придают индивидуальный характер решению даже одной и той же естественно-научной проблемы разными учеными. «И хотя представители различных школ считают свой стиль единственно правильным, разные направления дополняют и стимулируют друг друга; истина же не зависит от того, каким способом к ней приближаться,» – так считал физик-теоретик А.Б. Мигдал (1911–1991).

Несмотря на индивидуальность решения научных задач, можно назвать вполне определенные правила научного познания действительности:

– ничего не принимать за истинное, что не представляется ясным и отчетливым;

– трудные вопросы делить на столько частей, сколько нужно для их разрешения; начинать исследование с самых простых и удобных для познания вещей и восходить постепенно к познанию трудных и сложных;

– останавливаться на всех подробностях, на все обращать внимание, чтобы быть уверенным, что ничего не опущено.

Данные правила впервые сформулировал Рене Декарт (1596–1650), выдающийся французский философ, математик, физик и физиолог. Они составляют сущность метода Декарта, который в одинаковой мере применим для получения как естественно-научных, так и гуманитарных знаний.

Многие авторитетные ученые видят важную роль именно естественно-научных знаний, естественных наук в познании действительности. Так, английский физик Дж.К. Максвелл утверждал: «Что касается материальных наук, то они кажутся мне прямой дорогой к любой научной истине... Сумма знаний берет значительную долю своей ценности от идей, полученных путем проведения аналогий с материальными науками...»

Достоверность научных знаний

Среди ученых всегда возникал и возникает вопрос: в какой мере можно доверять научным результатам, т. е. вопрос о достоверности научных результатов и качестве работы ученого. Приходится констатировать, что научная продукция на своем пути к истине переполнена ошибочными результатами. Ошибочными не в том объективном смысле, что некоторые утверждения и представления со временем дополняются, уточняются и уступают место новым и что все естественно-научные экспериментальные результаты сопровождаются вполне определенной абсолютной ошибкой, а в гораздо более простом смысле, когда ошибочные формулы, неверные доказательства, несоответствие фундаментальным законам естествознания и т. п. приводят к неправильным результатам.

Для проверки качества научной продукции проводится ее контроль: экспертиза, рецензирование и оппонирование. Каждый из данных видов контроля направлен на определение достоверности научных результатов. В качестве примера приведем цифры, характеризующие эффективность контроля предлагаемых патентуемых материалов. В результате экспертизы 208975 заявок на изобретения, поданных в Национальный совет изобретений США, выявлено, что всего лишь 8615 (около 4%) из них не противоречило здравому смыслу, а реализовано только 106 (менее 0,05%) заявок. Поистине, как у поэта: «...изводит единого слова ради тысячи тонн словесной руды». До недавнего времени в отечественных академических и центральных отраслевых журналах после рецензирования публиковалась примерно одна из пяти представленных к публикации работ. Добросовестное оппонирование позволяет существенно сократить поток несостоятельных кандидатских и докторских диссертаций.

Вместе с тем следует признать, что процедуры экспертизы, рецензирования и оппонирования далеки от совершенства. Можно привести не один пример, когда великие научные идеи отвергались как противоречащие общепринятым взглядам, – это и квантовая гипотеза Макса Планка, и постулаты Бора и др. Обобщая свой опыт участия в научной дискуссии и оценивая мнения многих оппонентов, Макс Планк писал: «Великая научная идея редко внедряется путем постепенного убеждения и обращения своих противников, редко бывает, что Саул становится Павлом. В действительности дело происходит так, что оппоненты постепенно вымирают, а растущее поколение с самого начала осваивается с новой идеей...» Научной полемики сознательно избегал Чарлз Дарвин. Об этом на склоне своих лет он писал: «Я очень рад, что избегал полемики, этим я обязан Лейелю [своему учителю]... Он убедительно советовал мне никогда не ввязываться в полемику, так как от нее не выходит никакого прока, а только тратится время и портится настроение». Однако дискуссию по существу нельзя полностью исключать как средство постижения истины. Вспомним известное изречение: «в споре рождается истина».

В науке и, в особенности, в естествознании есть внутренние механизмы самоочищения. Результаты исследований в областях мало кому интересных, конечно, редко контролируются. Достоверность их не имеет особого значения: они все равно обречены на забвение. Результаты интересные, полезные, нужные и важные волей-неволей всегда проверяются и многократно. Например, «Начала» Ньютона не были его первой книгой, в которой излагалась сущность законов механики. Первой была книга «Мотус», подвергшаяся жесткой критике Роберта Гука. В результате исправлений с учетом замечаний Гука и появился фундаментальный труд «Начала».

Существующие способы контроля научной продукции малоэффективны, и для науки контроль, в сущности, не нужен. Он нужен обществу, государству, чтобы не тратить деньги на бесполезную работу исследователей. Большое количество ошибок в научной продукции говорит о том, что приближение к научной истине – сложный и трудоемкий процесс, требующий объединения усилий многих ученых в течение длительного времени. Около двадцати веков отделяют законы статики от правильно сформулированных законов динамики. Всего лишь на десятке страниц школьного учебника умещается то, что добывалось в течение двадцати веков. Действительно, истина гораздо дороже жемчуга.

Истина - предмет познания

Часто встречающееся утверждение: главная цель естествознания – установление законов природы, открытие скрытых истин – явно или неявно предполагает, что истина где-то уже существует в готовом виде, ее надо только найти, отыскать как некое сокровище. Великий философ древности Демокрит еще в V в. до н. э. говорил: «Истина скрыта в глубине (лежит на дне морском)». Что же означает открыть естественно-научную истину в современном понимании? Это – во-первых, установить причинно-следственную связь явлений и свойств объектов природы, во-вторых, подтвердить экспериментом, опытом истинность полученных теоретических утверждений и, в-третьих, определить относительность естественно-научной истины.

Одна из задач естествознания – объяснить явления, процессы и свойства объектов природы. Слово «объяснить» в большинстве случаев означает «понять». Что обычно подразумевает человек, говоря, например: «Я понимаю свойство данного объекта?» Как правило это означает: «Я знаю, чем обусловлено данное свойство, в чем его сущность и к чему оно приведет». Так образуется причинно-следственная связь: причина – объект – следствие. Установление и количественное описание такой связи служат основой научной теории, характеризующейся четкой логической структурой и состоящей из набора принципов или аксиом и теорем со всеми возможными выводами. По такой схеме строится любая математическая теория. При этом, конечно, предполагается создание специального научного языка, терминологии, системы научных понятий, имеющих однозначный смысл и связанных между собой строгими законами логики. Так достигается математическая истина.

Истинный естествоиспытатель не должен ограничиваться теоретическими утверждениями или выдвинутыми гипотезами для объяснения наблюдаемых явлений или свойств. Он должен подтвердить их экспериментом, опытом, он должен связать их с «действительным ходом вещей». Только так естествоиспытатель может приблизиться к естественно-научной истине, которая, как теперь понятно, принципиально отличается от математической истины.

После проведения эксперимента, опыта наступает завершающая стадия естественно-научного познания, на которой устанавливаются границы истинности полученных экспериментальных результатов или границы применимости законов, теорий или отдельных научных утверждений. Результат любого эксперимента, как бы он тщательно не проводился, нельзя считать абсолютно точным. Неточность экспериментальных результатов обусловливается двумя факторами: объективным и субъективным. Один из существенных объективных факторов – динамизм окружающего нас мира: вспомним мудрые слова Гераклита – «Все течет, все изменяется; в одну и ту же реку нельзя войти дважды». Другой объективный фактор связан с несовершенством технических средств эксперимента. Эксперимент проводит человек, органы чувств и интеллектуальные способности которого далеки от совершенства: errare humanum est – ошибаться свойственно человеку (известное латинское выражение) – это и есть субъективный фактор неточности естественнонаучных результатов.

Выдающийся естествоиспытатель академик В.И. Вернадский (1863–1945) с уверенностью утверждал: «В основе естествознания лежат только научные эмпирические факты и научные эмпирические обобщения». Напомним: эмпирический подход основан на эксперименте и опыте как определяющих источниках естественно-научного познания. Вместе с тем В.И. Вернадский указывал и на ограниченность эмпирических знаний...

Теоретические утверждения без эксперимента носят гипотетический характер. Только при подтверждении экспериментом из них рождается истинная естественно-научная теория. Научная теория и эксперимент, или, в обобщенном представлении, наука и практика – вот два кита, на которых держится ветвистое древо познания. «Влюбленный в практику без науки словно кормчий, ступающий на корабль без руля или компаса; он никогда не уверен, куда плывет... Наука – полководец, а практика – солдат», – так сказал гениальный Леонардо да Винчи.

Подводя итог, сформируем три основных положения теории естественно-научного познания:

1. в основе естественно-научного познания лежит причинно-следственная связь;

2. истинность естественно-научных знаний подтверждается экспериментом, опытом (критерий истины);

3. любое естественно-научное знание относительно.

Данные положения соответствуют трем стадиям естественно-научного познания. На первой стадии устанавливается причинно-следственная связь в соответствии с принципом причинности. Первое и достаточно полное определение причинности содержится в высказывании Демокрита: «Ни одна вещь не возникает беспричинно, но все возникает на каком-нибудь основании и в силу необходимости». В современном понимании причинность означает связь между отдельными состояниями видов и форм материи в процессе ее движения и развития. Возникновение любых объектов и систем, а также изменение их свойств во времени имеют свои основания в предшествующих состояниях материи в процессе ее движения и развития; эти основания называются причинами, а вызываемые ими изменения – следствиями. Причинно-следственная связь – основа не только естественно-научного познания, но и любой другой деятельности человека.

Вторая стадия познания заключается в проведении эксперимента и опыта. Естественно-научная истина – это объективное содержание результатов эксперимента и опыта. Критерий естественно-научной истины – эксперимент, опыт. Эксперимент и опыт – высшая инстанция для естествоиспытателей: их приговор не подлежит пересмотру.

Любые естественно-научные знания (понятия, идеи, концепции, модели, теории, экспериментальные результаты и т. п.) ограничены и относительны. Определение границ соответствия и относительности естественно-научных знаний – это третья стадия естественно-научного познания. Например, установленная граница соответствия (называется иногда интервалом адекватности) для классической механики означает, что ее законы описывают движение макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме. Как уже отмечалось, в основе естествознания лежит эксперимент, который в большинстве случаев включает измерения. Подчеркивая важную роль измерений, выдающийся русский ученый Д.И. Менделеев (1834–1907) писал: «Наука началась тогда, когда люди научились мерить; точная наука немыслима без меры». Измерений абсолютно точных не бывает, и в этой связи задача ученого-естествоиспытателя заключается в установлении интервала неточности. При совершенствовании методов измерений и технических средств эксперимента повышается точность измерений и тем самым сужается интервал неточности и экспериментальные результаты приближаются к абсолютной истине. Развитие естествознания – это последовательное приближение к абсолютной естественно-научной истине.

Единство эмпирического и теоретического познания

Каждый акт познавательного процесса включает в себя в той или иной степени как наглядно-чувственные, эмпирические, так и абстрактные, теоретические элементы. Каждый акт живого созерцания пронизан мыслью, опосредован понятиями, категориями. Воспринимая какой-либо объект, мы сразу же относим его к определенной категории вещей, процессов.

Исторически путь естественно-научного познания окружающего мира начинался с живого созерцания – чувственного восприятия фактов на основе практики. От живого созерцания человек переходит к абстрактному мышлению, а от него – снова к практике, в которой он реализует свои мысли, выверяет их истинность. Современный естествоиспытатель, мышление которого аккумулировало в определенной степени человеческий опыт и выработанные человечеством категории и законы, не приступает к исследованию с живого созерцания. Любое естественно-научное исследование нуждается с самого начала в руководящих идеях. Они служат своего рода направляющей силой, без них естествоиспытатель обрекает себя на блуждание в потемках, не может поставить правильно ни одного эксперимента. Вместе с тем теоретическая мысль, даже безупречная по своей логической строгости, не может сама по себе вскрыть закономерности материального мира. Для своего эффективного движения она должна постоянно получать стимулы, толчки, факты из окружающей действительности через наблюдения, эксперименты, т. е. посредством эмпирического познания.

Эмпирическое и теоретическое познание – это единый процесс, характерный для любого естественно-научного исследования на любой его стадии.

Чувственные формы познания

Познание действительности осуществляется в разных формах, из которых первой и простейшей является ощущение. Ощущения – это простейшие чувственные образы, отражения, копии или своего рода снимки отдельных свойств предметов. Например, в апельсине мы ощущаем желтоватый цвет, определенную твердость, специфический запах и т. п. Ощущения возникают под влиянием процессов, исходящих из внешней по отношению к человеку среды и действующих на наши органы чувств. Внешними раздражителями являются звуковые и световые волны, механическое давление, химическое воздействие и т. д.

Любой предмет обладает множеством самых разнообразных свойств. Все свойства объединены в одном предмете. И мы воспринимаем и осмысливаем их не порознь, а как единое целое. Следовательно, объективной основой восприятия как целостного образа является единство и вместе с тем множественность различных сторон и свойств в предметах.

Целостный образ, отражающий непосредственно воздействующие на органы чувств предметы, их свойства и отношения, называется восприятием. Восприятие у человека включает в себя осознание, осмысление предметов, их свойств и отношений, основанное на вовлечении каждый раз вновь получаемого впечатления в систему уже имеющихся знаний.

Жизнь, необходимость ориентировки организма в мире макроскопических целостных вещей и процессов организовала наши органы чувств так, что мы воспринимаем вещи как бы суммарно. Ограниченность, например, зрительного или осязательного восприятия является практически целесообразной. Неспособность руки воспринимать микроструктуру, а глаза – видеть мельчайшие детали дает возможность лучше отражать макроструктуру. Если бы было иначе, то все сливалось бы в сплошное марево движущихся частиц, молекул, и мы не увидели бы вещей и их границ. Можно представить, что было бы, если бы мы на все смотрели через мощный микроскоп.

Процессы ощущения и восприятия оставляют после себя «следы» в мозгу, суть которых состоит в способности воспроизводить образы предметов, которые в данный момент не воздействуют на человека.

Способность мозга запечатлевать, сохранять воздействие или сигналы внешней среды и в нужный момент воспроизводить их называется памятью.

Память играет очень важную познавательную роль в жизни человека. Если бы образы, возникнув в мозгу в момент воздействия на него предмета, исчезали сразу же после прекращения этого воздействия, то человек каждый раз воспринимал бы предметы, как совершенно незнакомые. Он не узнавал бы их, а стало быть, и не осознавал бы. Чтобы осознать что-то, необходима умственная работа сравнения настоящего состояния с предшествующим. Психические явления, сменяющие друг друга и не связанные с предшествующими явлениями, прежде чем закрепиться в памяти, не могут остаться фактом сознания. В результате восприятия внешних воздействий и сохранения их во времени памятью возникают представления.

Представления – это образы тех объектов, которые когда-то воздействовали на органы чувств человека, а потом восстанавливаются по сохранившимся в мозгу следам и при отсутствии этих объектов.

Ощущения и восприятия – начало возникновения сознательного отражения. Память закрепляет и сохраняет полученную информацию. Представление – психическое явление, в котором сознание впервые отрывается от своего непосредственного источника и начинает существовать как субъективное явление. В нем уже теряется непосредственная чувственная данность объекта сознания. Представление – промежуточная ступень при переходе от ощущения к мысли. В народе говорят: «Око видит далеко, а мысль– еще дальше».

Научный факт

Необходимое условие естественно-научного исследования состоит в установлении фактов. Эмпирическое познание поставляет науке факты, фиксируя при этом устойчивые связи, закономерности окружающего нас мира. Констатируя тот или иной факт, мы фиксируем существование определенного объекта. При этом, правда, остается обычно еще неизвестным, что он представляет по существу. Простая констатация факта держит наше познание на уровне бытия.

Вопрос о том, существует или нет какое-либо явление – исключительно важный вопрос научного познания. На вопрос о бытии чего-либо естествоиспытатель обычно отвечает или «да», или «может быть», или «весьма вероятно». Констатация бытия объекта – первая, очень низкая ступень познания. Факты приобретают силу научного основания для построения той или иной теории в том случае, если они не только достоверно устанавливаются, разумно отбираются, но и рассматриваются в их научной связи. Однако постижение действительности невозможно без построения теорий. Даже эмпирическое исследование действительности не может начаться без определенной теоретической направленности. Вот что писал по этому поводу И.П. Павлов: «... во всякий момент требуется известное общее представление о предмете, для того чтобы было на что цеплять факты, для того чтобы было с чем двигаться вперед, для того чтобы было что предполагать для будущих изысканий. Такое предположение является необходимостью в научном деле».

Без теоретического осмысления невозможно целостное восприятие действительности, в рамках которого многообразные факты укладывались бы в некоторую единую систему. Сведение задач науки к сбору фактического материала, по мнению А. Пуанкаре, означало бы полное непонимание истинного характера науки. «Ученый должен организовать факты,– писал он,– наука слагается из фактов, как дом из кирпичей. И одно голое накопление фактов не составляет еще науки, точно так же, как куча камней не составляет дома».

Сущность естественно-научного познания окружающего мира заключается не только в описании и объяснении многообразных фактов и закономерностей, выявленных в процессе эмпирических исследований исходя из установленных законов и принципов, а выражается также и в стремлении естествоиспытателей раскрыть гармонию мироздания.

Наблюдение и эксперимент

Важнейшими методами естественно-научного исследования являются наблюдение и эксперимент.

Наблюдение – преднамеренное, планомерное восприятие, осуществляемое с целью выявить существенные свойства объекта познания. Наблюдение относится к активной форме деятельности, направленной на определенные объекты и предполагающей формулировку целей и задач. Наблюдение требует специальной подготовки – предварительного ознакомления с материалами, относящимися к объекту будущего наблюдения: с рисунками, фотографиями, описанием предметов и т. п. Важное место в подготовке наблюдения должно занимать уяснение задач наблюдения, требований, которым оно должно удовлетворять, предварительная разработка плана и способов наблюдения.

Эксперимент – метод, или прием, исследования, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в заранее определенные условия. Метод изменения условий, в которых находится исследуемый объект, – это основной метод эксперимента. Изменение условий позволяет вскрыть причинную зависимость между заданными условиями и характеристиками исследуемого объекта и одновременно обнаружить те новые свойства объекта, которые не проявляются непосредственно в обычных условиях, проследить характер изменения наблюдаемых свойств в связи с изменением условий. С изменением условий изменяются определенные свойства объекта, а другие при этом не претерпевают существенных изменений, от них мы можем отвлечься. Эксперимент, таким образом, не сводится к простому наблюдению – он активно вмешивается в реальность, изменяет условия протекания процесса.

Технические средства эксперимента

Естественно-научное экспериментальное исследование немыслимо без создания разнообразных технических средств, включающих многочисленные приборы, инструменты и экспериментальные установки. Без экспериментальной техники невозможно было бы развитие естествознания. Прогресс естественно-научного познания существенно зависит от развития используемых наукой технических средств.

Благодаря микроскопу, телескопу, рентгеновским аппаратам, радио, телевизору, сейсмографу и т. п. человек значительно расширил свои возможности восприятия.

Первые закономерности в природе были установлены, как известно, в движении небесных тел и были основаны на наблюдениях, осуществляемых невооруженным глазом. Галилей в своих классических опытах с движением тела по наклонной плоскости измерял время по количеству воды, вытекающей через тонкую трубку из большого резервуара,– тогда еще не было часов в нашем представлении. Однако давно прошло время, когда естественно-научные исследования могли осуществляться при помощи подручных средств. Галилей прославился в науке не только своими пионерными исследованиями механических явлений, но и изобретением подзорной трубы. Сегодня астрономия немыслима без разнообразных телескопов, в том числе и радиотелескопов, позволяющих человеку заглянуть в такие дали мироздания, откуда свет доходит до нас в течение сотен миллионов световых лет.

Огромную роль в развитии биологии сыграл микроскоп, открывший человеку многие тайны живого мира. Сегодняшние технические средства дают возможность осуществить эксперименты на молекулярном, атомном и ядерном уровнях. Техника современного эксперимента состоит не только из высокочувствительных приборов, но и из специальных сложных экспериментальных установок. Например, для проникновения в глубь атомного ядра строятся громадные экспериментальные сооружения – синхрофазотроны.

Наукой сегодня активно используются для проведения экспериментов космические корабли, подводные лодки, различного рода научные станции, специальные заповедники. Успехи естествознания тесно связаны с усовершенствованием методов и средств измерения, с усовершенствованием приборов и установок, которые позволяют со все возрастающей гибкостью и утонченностью изменять условия наблюдения и эксперимента. За последние десятилетия создана мощная вычислительная техника, которая не только составляет неотъемлемую часть современного экспериментального оборудования, но и включена теснейшим образом в сам процесс мышления.

Мышление

Мышление – высшая ступень познания. Хотя его источник – ощущения и восприятие, но оно выходит за их границы и позволяет формировать знания о таких объектах, свойствах и явлениях, которые не доступны органам чувств. Мышление освобождает людей от необходимости быть непосредственно связанным и с изучаемым объектом. Оно дает возможность мысленно оперировать объектом, ставя его в различные соотношения с другими объектами, сопоставлять вновь приобретаемое знание об объекте с ранее приобретенными. Тем самым открывается путь для относительно самостоятельной теоретической деятельности, лишь косвенно связанной с эмпирическим познанием.

Мышление – целенаправленное, опосредованное и обобщенное отражение в мозгу человека существенных свойств, причинных отношений и закономерных связей вещей. Основными формами мышления являются понятия, суждения и умозаключения.

Понятие – это мысль, в которой отражаются общие и существенные свойства объектов и явлений. Понятия не только отражают общее, но и группируют, классифицируют объекты в соответствии с их различиями. Понятие «дерево» отражает не только общее, то, что свойственно всем деревьям, но и отличие любого дерева от всего другого.

В отличие от ощущений, восприятий и представлений понятия лишены наглядности или чувственности. Содержание понятия зачастую невозможно представить в виде наглядного образа. Человек может представить, например, доброго человека, но он не сможет представить в виде чувственного образа такие понятия, как добро, зло, красота, закон, скорость света, мысль и т. п. Но все это он может понять.

Понятия возникают и существуют в определенной связи, в виде суждений. Мыслить – значить судить о чем-либо, выявлять определенные связи и отношения между различными сторонами объекта или между объектами.

Суждение – форма мысли, в которой посредством связи понятий утверждается (или отрицается) что-либо о чем-либо. Например, мысль, выраженная предложением «ядро – составная часть атома», есть суждение, в котором о ядре высказывается мысль, что оно входит в состав атома.

По отношению к действительности суждения оцениваются как истинные или ложные. Например, суждение «Ока – приток Енисея» ложно, так как на самом деле Ока не является притоком Енисея, а суждение «Ока – приток Волги» истинно. Истинность и ложность мыслей проверяется практикой.

К тому или иному суждению человек может прийти путем непосредственного наблюдения какого-либо факта или опосредованным путем – с помощью умозаключения.

Умозаключение представляет собой рассуждение, в ходе которого из одного или нескольких суждений, называемых предпосылками или посылками, выводится новое суждение (заключение или следствие), логически непосредственно вытекающее из посылок. Пример: «Если данное тело подвергнуть трению, то оно нагревается; тело подвергли трению, значит, оно нагрелось».

На примере из истории естествознания разъясним, что такое теоретическое мышление человека. Известный французский бактериолог Л. Пастер, изучая сибирскую язву, долгое время не мог ответить на вопросы: каким образом домашние животные заражаются этой болезнью на пастбищах? Откуда на поверхности земли появляются бациллы сибирской язвы? Было известно, что люди зарывали трупы павших животных (из-за опасения заразить других животных) глубоко в землю. Проходя однажды по сжатому полю, Пастер заметил, что один участок земли окрашен светлее, чем остальные. Спутник объяснил ему, что именно на этом участке некогда была зарыта павшая от сибирской язвы овца. Внимание Пастера привлек факт, что на этом участке имелось множество ходов дождевых червей и выделенных ими землистых экскрементов. У Пастера возникла мысль, что дождевые черви, выползая из глубины земли и вынося с собой споры сибирской язвы, являются переносчиками данной болезни. Так Пастер косвенным путем, путем мысленного сопоставления своих впечатлений, проник в то, что было скрыто от восприятия. Дальнейшие опыты подтвердили правильность его умозаключения,

Приведенный эпизод – типичный пример теоретического мышления. Пастер непосредственно не воспринимал причины заражения домашних животных сибирской язвой. Он узнал об этой причине косвенным путем, через посредство других фактов, т. е. опосредованно. Первый существенный признак мышления я заключается в том, что оно есть процесс опосредованного познания объектов. На основании видимого, слышимого и осязаемого люди проникают в невидимое, неслышимое и неосязаемое. Именно на таком опосредованном познании основана вся наука.

Объективной основой опосредованного процесса познания выступает наличие опосредованных связей, причинно-следственных отношений, существующих в самой действительности и дающих возможность на основании восприятия следствия сделать вывод о причине, вызвавшей данное следствие, а на основании знания причины предвидеть следствие. Опосредованный характер мышления заключается, далее, в том, что человек познает действительность не только в результате своего личного опыта, но и косвенным путем, овладевая исторически накопленным опытом и знаниями всего человечества, которые зафиксированы, например, в памятниках письменности.

Одна из важных задач естественно-научного познания – обобщение всего известного об окружающем мире. Эксперимент и наблюдение дают огромное многообразие данных, порой не согласованных между собой и даже противоречивых. Главная задача теоретического мышления – привести полученные данные в стройную систему и создать из них научную картину мира, лишенную логического противоречия.

Исследуя, например, оптические свойства кристаллов винной кислоты, Пастер заметил, что плесневый грибок разрушает некоторые ее кристаллы. Эти наблюдения толкнули мысль Пастера сделать смелое обобщение, что и другие изменения веществ, наблюдаемые в природе и известные к тому времени как различные брожения, также вызываются живыми микроорганизмами. Пастер ставит ряд остроумных опытов, которые неопровержимо доказывают, что все виды брожения вызываются микробами.

Важной формой теоретического мышления является гипотеза – предположение, исходящее из ряда фактов и допускающее существование объекта, его свойств, определенных отношений. Гипотеза – это вид умозаключения, пытающегося проникнуть в сущность еще недостаточно изученной области действительности.

Гипотеза требует проверки и доказательства, после чего она приобретает характер теории – системы обобщенного знания, объяснения тех или иных сторон действительности. Например, утверждение об атомном строении материи было долгое время гипотезой. Подтвержденная опытом, эта гипотеза превратилась в достоверное знание, теорию атомного строения материи.

Описание, объяснение и предвидение

Эмпирическое познание имеет дело с фактами и их описанием. При теоретическом анализе эмпирического материала логической обработке подвергается вся совокупность эмпирических данных, полученных различными путями и зафиксированных в различных источниках информации. В процессе теоретического мышления познание идет от фактов и их описания к интерпретации, объяснению их. Первым и необходимым условием объяснения фактов является их понимание, т. е. осмысление фактов в системе понятий данной науки.

Понять явление – значит выяснить те особенности, благодаря которым оно играет определенную роль в составе целого, раскрыть способ его возникновения.

Эмпирическое познание констатирует, как проистекает событие. Теоретическое познание отвечает на вопрос, почему оно проистекает именно таким образом. Эмпирическое познание ограничивается описанием, фиксацией результатов наблюдения и эксперимента с помощью соответствующих данной науке средств записи информации, таблиц, схем, графиков, количественных показателей и т. п. Описание фиксирует и организует факты, дает их качественную и количественную характеристику, вводит факты в систему выработанных в данной науке понятий, категорий, подготавливает фактический материал для объяснения.

Теоретическое познание – это прежде всего объяснение причин явлений. Раскрытие причины явления предполагает выяснение внутренних противоречий вещей, предсказание вероятного и необходимого наступления событий и тенденций их развития. Например, предсказание Д.К. Максвеллом электромагнитных волн, Д.И. Менделеевым – новых химических элементов. Из релятивистской теории движения электрона, предложенной П. Дираком, вытекало предвиденье существования нового объекта – позитрона. Конечно, речь идет не о единичном объекте, а о множестве одноименных объектов с вполне определенными свойствами.

Тот или иной закон может быть предсказан на основании существующей теории. Однако есть и другой, в определенном смысле противоположный, путь предвиденья закона – выведение его из эмпирических данных. Так рождается эмпирический закон. Теоретически предсказанный закон подтверждается эмпирически, а эмпирический закон, как правило, обосновывается теоретически.

Существуют интуитивные предвидения, для которых основания не представляются явно. Такие предвиденья характерны для исследователей – крупных специалистов в своей области, и для них существенную роль играет подсознательная деятельность мозга.

2.3. Методы и приемы естественно-научных исследований

Понятие методологии и метода

В современном понимании методология – учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности. В частности, методология естествознания – это учение о принципах построения, формах и способах естественно-научного познания.

Метод – это совокупность приемов, или операций, практической или теоретической деятельности.

Метод неразрывно связан с теорией: любая система объективного знания может стать методом. Неразрывная связь метода и теории выражается в методологической роли естественно-научных законов. Например, законы сохранения в естествознании составляют методологический принцип, требующий неукоснительного соблюдения при соответствующих теоретических операциях; рефлекторная теория высшей нервной деятельности служит одним из методов исследования поведения животных и человека.

Характеризуя роль правильного метода в научном познании, Ф. Бэкон сравнивал его со светильником, освещающим путнику дорогу в темноте. Нельзя рассчитывать на успех в изучении какого-либо вопроса, идя ложным путем.

Метод сам по себе не предопределяет полностью успеха в естественно-научном исследовании действительности: важен не только хороший метод, но и мастерство его применения.

Различные методы отраслей естествознания: физики, химии, биологии и т. п. являются частными по отношению к общему диалектическому методу познания. Каждая отрасль естествознания, имея свой предмет изучения и свои теоретические принципы, применяет свои специальные методы, вытекающие из того или иного понимания сущности ее объекта. Применяемые специальные методы, например, в археологии или географии, обычно не выходят за пределы данных наук, В то же время физические и химические методы применяются не только в физике и химии, но и в астрономии, биологии, археологии. Применение метода какой-либо отрасли науки в других ее отраслях осуществляется в силу того, что их объекты подчиняются законам этой науки. Например, физические и химические методы применяются в биологии на том основании, что объекты биологического исследования включают в себя в том или ином виде физические и химические формы движения материи.

Сравнение, анализ и синтез

Еще древние мыслители утверждали: сравнение – мать познания. Народ метко выразил это в пословице: «Не узнав горя, не узнаешь и радости». Нельзя узнать, что такое хорошо, не зная плохого, нельзя понять малого без большого и т. п. Все познается в сравнении.

Чтобы узнать, что представляет собой тот или иной предмет, необходимо прежде всего выяснить, в чем он сходен с другими предметами и чем отличается от них. Например, для определения массы какого-либо тела необходимо сравнить ее с массой другого тела, принятого за эталон, т. е. за образец меры. Такой процесс сравнения осуществляется путем взвешивания на весах.

Сравнение есть установление сходства и различия объектов. Сравнение лежит в основе многих естественно-научных измерений, составляющих неотъемлемую часть любых экспериментов.

Сравнивая объекты между собой, человек получает возможность правильно познавать их и тем самым правильно ориентироваться в окружающем мире, целенаправленно воздействовать на него. Будучи необходимым приемом познания, сравнение играет важную роль в практической деятельности человека и в естественно-научном исследовании, когда сравниваются действительно однородные и близкие по своей сущности объекты. Нет смысла сравнивать, как говорят, фунты с аршинами.

Сравнение как весьма общий прием познания часто выступает в различных отраслях естествознания как сравнительный метод.

Процесс естественно-научного познания совершается так, что мы сначала наблюдаем общую картину изучаемого объекта, при которой частности остаются в тени. При таком наблюдении нельзя познать внутреннюю структуру объекта. Для ее изучения мы должны расчленить изучаемые объекты. Анализ представляет собой мысленное или реальное разложение объекта на составляющие его части. Будучи необходимым приемом познания, анализ – также и один из элементов процесса познания.

Невозможно познать сущность объекта, только разлагая его на элементы, из которых он состоит: химик, по словам Гегеля, помещает мясо в свою реторту, подвергает его разнообразным операциям и затем говорит: я нашел, что он состоит из кислорода, углерода, водорода и т. д. Но эти вещи уже не есть мясо. В каждой отрасли естествознания есть как бы свой предел членения объекта, за которым наблюдается иной мир свойств и закономерностей.

Когда путем анализа частности достаточно изучены, наступает следующая стадия познания – синтез – объединение в единое целое расчлененных анализом элементов.

Анализ фиксирует в основном то специфическое, что отличает части друг от друга. Синтез вскрывает то общее, что связывает части в единое целое.

Человек разлагает объект на составные части для того, чтобы сначала обнаружить сами части, узнать, из чего состоит целое, а затем рассмотреть его как состоящее из частей, каждая из которых уже обследована в отдельности. Анализ и синтез находятся в диалектическом единстве между собой: в каждом своем движении наше мышление столь же аналитично, сколь и синтетично.

Анализ и синтез берут свое начало в практической деятельности человека, в его труде. Человек научился мысленно анализировать и синтезировать лишь на основе практического расчленения, разрубания, размалывания, соединения, составления предметов при изготовлении орудий труда, одежды, жилища и т. п. Лишь постепенно осмысливая то, что происходит с объектом при выполнении практических действий с ним, человек учился мысленно анализировать и синтезировать. Анализ и синтез – основные приемы мышления: процессы разъединения и соединения, разрушения и созидания, разложения и соединения: тела отталкиваются и притягиваются; химические элементы вступают в связь и разъединяются; в живом организме непрерывно осуществляются процессы ассимиляции и диссимиляции; в производстве происходит расчленение чего-либо для созидания продукта труда, нужного обществу.

Абстрагирование, идеализация и обобщение

Каждый изучаемый объект характеризуется множеством свойств и связан множеством нитей с другими объектами. В процессе естественно-научного познания возникает необходимость сконцентрировать внимание на одной какой-либо стороне или свойстве изучаемого объекта и отвлечься от ряда других его качеств или свойств.

Абстрагирование – мысленное выделение какого-либо предмета, в отвлечении от его связей с другими предметами, какого-либо свойства предмета в отвлечении от других его свойств, какого-либо отношения предметов в отвлечении от самих предметов. Первоначально абстрагирование выражалось в выделении руками, взором, орудиями труда одних предметов и отвлечении от других. Об этом свидетельствует и происхождение самого слова «абстрактный» – от латинского глагола «tagere» (тащить) и приставки «ab» (в сторону). Да и русское слово «отвлеченный» происходит от глагола «волочь» (тащить).

Абстрагирование составляет необходимое условие возникновения и развития любой науки и человеческого познания вообще. Вопрос о том, что в объективной действительности выделяется абстрагирующей работой мышления и от чего мышление отвлекается, в каждом конкретном случае решается в прямой зависимости от природы изучаемого объекта и тех задач, которые ставятся перед исследователем. Например, в математике многие задачи решаются с помощью уравнений без рассмотрения конкретных вещей, стоящих за ними. Числам нет дела до того, что стоит за ними: люди или животные, растения или минералы. В этом и состоит великая сила математики, а вместе с тем и ее ограниченность.

Для механики, изучающей перемещение тел в пространстве, безразличны физико-кинетические свойства тел, кроме массы. И. Кеплеру были неважны красноватый цвет Марса или температура Солнца для установления законов обращения планет. Когда Луи де Бройль искал связь между свойствами электрона как частицы и как волны, он имел право не интересоваться никакими другими характеристиками этой частицы.

Абстрагирование – это движение мысли вглубь предмета, выделение его существенных элементов. Например, чтобы данное свойство объекта рассматривалось как химическое, необходимо отвлечение, абстракция. В самом деле, к химическим свойствам вещества не относится изменение его формы, поэтому химик исследует медь, отвлекаясь от того, что именно из нее изготовлено.

В живой ткани логического мышления абстракции позволяют воспроизвести более глубокую и точную картину мира, чем это можно сделать с помощью восприятий.

Важным приемом естественно-научного познания мира является идеализация как специфический вид абстрагирования. Идеализация – это мыслительное образование абстрактных объектов, не существующих и неосуществимых в действительности, но для которых имеются прообразы в реальном мире. Идеализация – это процесс образования понятий, реальные прототипы которых могут быть указаны лишь с той или иной степенью приближения. Примеры идеализированных понятий: «точка», т. е. объект, который не имеет ни длины, ни высоты, ни ширины; «прямая линия», «окружность», «точечный электрический заряд», «идеальный газ», «абсолютно черное тело» и др.

Введение в естественно-научный процесс исследования идеализированных объектов позволяет осуществить построение абстрактных схем реальных процессов, необходимых для более глубокого проникновения в закономерности их протекания.

Важной задачей естественно-научного познания является обобщение – процесс мысленного перехода от единичного к общему, от менее общего к более общему.

Например, мысленный переход от понятия «треугольник» к понятию «многоугольник», от понятия «механическая форма движения материи» к понятию «форма движения материи», от суждения «этот металл электропроводен» к суждению «все металлы электропроводны», от суждения «механическая форма энергии превращается в тепловую» к суждению «всякая форма энергии превращается в иную форму энергии» и т. п.

Мысленный переход от более общего к менее общему есть процесс ограничения. Процессы обобщения и ограничения неразрывно связаны между собой. Без обобщения нет теории. Теория создается для применения ее на практике к решению конкретных задач. Например, для измерения объектов, создания технических сооружений всегда необходим переход от более общего к менее общему и единичному, т. е. всегда необходим процесс ограничения.

Абстрактное и конкретное

Процесс естественно-научного познания осуществляется двумя взаимосвязанными путями: путем восхождения от конкретного, данного в восприятии и представлении, к абстракциям и путем восхождения от абстрактного к конкретному. На первом пути наглядное представление «испаряется» до степени абстракции, на втором пути мысль движется снова к конкретному знанию, но уже к богатой совокупности многочисленных определений.

Под абстрактным понимается одностороннее, неполное отражение объекта в сознании. Конкретное же знание есть отражение реальной взаимосвязи элементов объекта в системе целого, рассмотрение его со всех сторон, в развитии, со всеми свойственными ему противоречиями. Конкретное – результат научного исследования, отражение объективной действительности в системе понятий и категорий, теоретически осмысленное единство многообразного в объекте исследования. Методом теоретического познания объекта как целого является восхождение от абстрактного к конкретному.

Аналогия

В природе самого понимания фактов лежит аналогия, связывающая нити неизвестного с известным. Новое легче осмысливается и понимается через образы и понятия старого, известного. Аналогией называется вероятное, правдоподобное заключение о сходстве двух предметов в каком-либо признаке на основании установленного их сходства в других признаках. Заключение оказывается тем более правдоподобным, чем больше сходных признаков у сравниваемых предметов и чем эти признаки существеннее. Несмотря на то, что аналогии дают лишь вероятные заключения, они играют огромную роль в познании, так как ведут к образованию гипотез – научных догадок и предположений, которые в ходе последующего этапа исследований и доказательств могут превратиться в научные теории. Аналогия с тем, что нам известно, помогает понять то, что неизвестно. Аналогия с простым помогает понять более сложное. Так, по аналогии с искусственным отбором лучших пород домашних животных Ч. Дарвин открыл закон естественного отбора в животном и растительном мире. Аналогия с течением жидкости в трубке сыграла важную роль в появлении теории электрического тока. Аналогии с механизмом действия мышц, мозга, органов чувств животных и человека подтолкнули к изобретению многих технических сооружений: экскаваторов, роботов, логических машин и т. п.

Аналогия как метод чаще всего применяется в теории подобия, на которой основано моделирование.

Моделирование

В современной науке и технике все большее распространение получает метод моделирования, сущность которого заключается в воспроизведении свойств объекта познания на специально устроенном его аналоге – модели. Если модель имеет с оригиналом одинаковую физическую природу, то мы имеем дело с физическим моделированием. Модель может строиться по принципу математического моделирования, если она имеет иную природу, но ее функционирование описывается системой уравнений, тождественной той, которая описывает изучаемый оригинал.

Моделирование широко применяется потому, что оно позволяет исследовать процессы, характерные для оригинала, в отсутствии самого оригинала и в условиях, не требующих его наличия. Это часто бывает необходимо из-за неудобства исследования самого объекта и по другим соображениям: дороговизны, недоступности, трудности доставки, необозримости и т. п.

Ценность модели заключается в том, что ее значительно легче изготовить, с ней легче осуществить эксперименты, чем с оригиналом и т. д.

В последнее время активно разрабатываются электронные моделирующие устройства, в которых с помощью электронных процессов воспроизводится по заданной программе реальный процесс. Принцип моделирования составляет основу кибернетики. Моделирование применяется в расчетах траекторий баллистических ракет, в изучении режима работы машин и целых предприятий, в распределении материальных ресурсов и т. д.

Индукция и дедукция

В качестве метода естественно-научного исследования индукцию можно определить как процесс выведения общего положения из наблюдения ряда частных единичных фактов.

Обычно различают два основных вида индукции: полную и неполную. Полная индукция – вывод какого-либо общего суждения о всех объектах некоторого множества на основании рассмотрения каждого объекта данного множества. Сфера применения такой индукции ограничена объектами, число которых конечно. На практике чаще применяется форма индукции, которая предполагает вывод о всех объектах множества на основании познания лишь части объектов. Такие выводы неполной индукции часто носят вероятностный характер. Неполная индукция, основанная на экспериментальных исследованиях и включающая теоретическое обоснование, способна давать достоверное заключение. Она называется научной индукцией. По словам известного французского физика Луи де Бройля, индукция, поскольку она стремится раздвинуть уже существующие границы мысли, является истинным источником действительно научного прогресса. Великие открытия, скачки научной мысли вперед создаются в конечном счете индукцией – рискованным, но важным творческим методом.

Дедукция – это процесс аналитического рассуждения от общего к частному или менее общему. Началом (посылками) дедукции являются аксиомы, постулаты или просто гипотезы, имеющие характер общих утверждений, а концом – следствия из посылок, теорем. Если посылки дедукции истинны, то истинны и ее следствия. Дедукция – основное средство доказательства. Применение дедукции позволяет вывести из очевидных истин знания, которые уже не могут с непосредственной ясностью постигаться нашим умом, однако представляются в силу самого способа их получения вполне обоснованными и тем самым достоверными. Дедукция, проводящаяся по строгим правилам, не может приводить к заблуждениям.

Логика открытия

Логический путь научного и технического творчества, связанного с открытием, чаще всего начинается с возникновения соответствующей догадки, идеи, гипотезы. Выдвинув идею, сформулировав задачу, ученый отыскивает ее решение, а затем уточняет его путем расчетов, проверки опытом.

Открытие – установление новых, ранее неизвестных закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящее коренные изменения в уровень познания. За «спиной» любого открытия скрывается приведший к нему тернистый путь, зачастую извилистый, противоречивый и всегда поучительный. Бытует убеждение, будто открытие – результат случайности, внезапного озарения мысли, вдохновения, таинственной творческой интуиции, подсознательного или даже болезненного состояния психики, способной создавать из обычных впечатлений необычные комбинации, рождать «сумасшедшие» идеи, способные ломать наши обычные представления.

Пути, ведущие к открытию, действительно причудливы. На такие пути иногда наводит случай. Так, например, выдающийся датский ученый Х.К. Эрстед однажды показывал студентам опыты с электричеством. Рядом с проводником, входящим в электрическую цепь, оказался компас. Когда цепь замкнулась, магнитная стрелка компаса вдруг отклонилась. Заметив это, любознательный студент попросил ученого объяснить данное явление. В результате повторных опытов и логических рассуждений ученый сделал великое открытие, заключающееся в установлении связи между магнетизмом и электричеством. Это открытие послужило в свою очередь базой для изобретения электромагнита и других открытий.

Подобных примеров много, но они не могут убедить нас в том, что открытия вообще – результат чистого случая. Случаем ведь нужно уметь воспользоваться. Случай помогает тому, кто упорно работает над осуществлением своей идеи, замысла. Мы видим дом, но не замечаем фундамент, на котором он стоит. Фундамент любого открытия и изобретения – это общечеловеческий и личный опыт.

В творческой деятельности ученого нередки случаи, когда творческий акт мысли осознается как готовый, и самому автору представляется так, как будто его вдруг «осенило». За способностью как бы «внезапно» схватывать суть дела и чувствовать полную уверенность в правильности идеи по существу стоит накопленный опыт, приобретенные ранее знания и упорная работа ищущей мысли. При этом каждое новое открытие или изобретение подготовлено множеством предшествующих побед и заблуждений.

Открытие как разрешение противоречий

Одна из характерных особенностей творческой работы состоит в разрешении противоречий. Любое научное открытие или изобретение представляет собой создание нового, неизбежно связанного с отрицанием старого. В этом заключается диалектика развития мысли. Творческий процесс вполне логичен. Выстраивается логическая цепь операций, в которой одно звено закономерно следует за другим: постановка задачи, предвидение идеального конечного результата, отыскание противоречия, мешающего достижению цели, открытие причины противоречия и, наконец, разрешение противоречия.

Например, в кораблестроении для обеспечения мореходных качеств корабля необходим оптимальный учет противоположных условий: чтобы корабль был устойчив, необходимо делать его шире, а чтобы он был быстроходнее, целесообразно его делать длиннее и уже. Особенно наглядны технические противоречия в самолетостроении: самолет нужно сделать прочным и легким, а требования прочности и легкости противоположны.

История естествознания и техники свидетельствует, что подавляющее большинство изобретений – результат преодоления противоречий. Проницательный естествоиспытатель и опытный изобретатель, как правило, приступая к решению научной или технической проблемы, ясно представляют, в каком направлении идет развитие науки и техники. Открытия зачастую рождаются в ситуации, когда ученого «загоняют» в тупик парадоксальные, неожиданные факты, кажущиеся ошибкой в эксперименте, отклонения от законов. Академик П.Л. Капица однажды сказал, что для физика интересны не столько сами законы, сколько отклонения от них. И это верно, так как, исследуя их, ученые обычно и открывают новые закономерности. В ситуации обнаруженного парадокса возникает рабочая гипотеза, объясняющая и тем самым устраняющая парадокс. Она проверяется экспериментом.

Сделать открытие – значит правильно установить надлежащее место нового факта в системе теории в целом, а не просто обнаружить его. Когда новые факты вступают в противоречие с существующей теорией, то логика мысли теми или иными путями разрешает это противоречие, и при этом всегда в пользу требований новых фактов. Их осмысление ведет к построению новой теории.

Творческое воображение и интуиция

Творческое воображение позволяет по едва заметным или совсем не заметным для простого глаза деталям, единичным фактам улавливать общий смысл новой конструкции и пути, ведущие к ней. Человек, лишенный творческого воображения и руководящей идеи, в обилии фактов может не увидеть ничего особенного, он к ним привык.

Сила творческого воображения позволяет человеку взглянуть на примелькавшиеся вещи новыми глазами и различить в них черты, доселе никем не замеченные. Английскому инженеру было поручено построить мост через реку, который отличался бы прочностью и в то же время не был дорог. Как-то, прогуливаясь по саду, инженер заметил паутину, протянутую через дорожку. В ту же минуту ему пришла в голову мысль построить висячий мост на железных цепях.

Существенное значение в воспитании творческого воображения играет искусство. И далеко не случаен тот факт, что ряд крупных физиков и математиков считают красоту и развитое чувство прекрасного эвристическим принципом науки, существенным атрибутом научной интуиции.

Многие ученые утверждают, что, например, музыка способствует развитию интуиции, т. е. умению видеть и преобразовывать в своем воображении факты так, что в них прослеживается гармония закономерного. Например, выдающийся академик П.С. Александров устраивал вечера с прослушиванием классической музыки, и к каждому прослушанному музыкальному произведению он находил своеобразное, но интересное словесное повествование. Известно, что П. Дирак выдвинул идею о существовании позитрона по соображениям чисто эстетическим.

В процессе научного открытия большую роль играет интуиция – способность постижения истины путем прямого ее усмотрения, без обоснования с помощью доказательства.

Процесс творчества, осмысление данных чувственного восприятия нередко осуществляется в порядке мгновенного обобщения, своего рода мысленного замыкания, непосредственно от исходных данных к результату. Происходит быстрая мобилизация прошлого опыта на постижение сути какого-либо факта. Изощренный огромным опытом, мудрый глаз врача без рассуждений, по незначительным симптомам сразу схватит суть болезни, а потом уже врач обосновывает правильность своего чутья.

На вершину обостренного интуитивного чувства человек обычно поднимается, опираясь на прочный фундамент жизненного опыта, на крылья вдохновения. Многие ученые и художники считают, что самыми плодотворными в их творческом процессе являются моменты приливов вдохновения. После каких-то, может быть, очень долгих и мучительных исканий вдруг наступает удивительное чувство творческого порыва и ясности сознания. В этот момент человек работает быстро и сам чувствует, что делает хорошо, именно так, как нужно, как ему хотелось. Понятие интуиции сближает научное творчество с художественным.

Открытия никогда не вырастают на пустом месте. Они возникают в результате заполнения сознания ученого напряженными поисками решения каких-либо творческих задач. Пытаясь воссоздать психологический и логический путь, которым ученый идет к открытию, мы сталкиваемся с удивительной способностью его взглянуть на вещи как бы в первый раз, без груза привычных представлений.

Однажды, идя по улице в сильный дождь, русский ученый Н.Е. Жуковский, погруженный в размышления, остановился перед ручьем, через который ему нужно было перешагнуть. Вдруг его взгляд упал на кирпич, лежавший посреди потока воды. Ученый стал внимательно всматриваться в то, как под напором воды изменилось положение кирпича, а вместе с этим изменился и характер огибающей кирпич струи воды... На лице ученого вспыхнула радость открытия: вот оно, искомое решение гидродинамической задачи! Многие люди сотни раз видели кирпич, лежащий в ручье, и проходили мимо непримечательного для них явления. И только глаз ученого с острой наблюдательностью и силой творческого воображения смогу видеть в данном факте важные черты и открыть закономерность явления.

К достижениям всего нового ведут острая наблюдательность, кропотливое изучение фактов и сила творческого воображения. В процессе научного исследования – экспериментального или теоретического – ученый ищет нужное решение проблемы, ведет поиск. Поиск можно вести ощупью, наугад, но можно и целенаправленно. Во всяком творении есть направляющая идея, играющая огромную роль. Это своего рода руководящая сила, без нее ученый неизбежно обрекает себя на блуждание в потемках. Наблюдение, эксперимент, проводимые наобум, без ясно осознанной общей идеи, не могут привести к эффективному результату. Без идеи в голове, говорил И.П. Павлов, вообще не увидишь факта.

Ученый не может знать всех фактов: им нет числа. Значит, из моря фактов должен быть сделан разумный выбор вполне определенных фактов, и при этом тех, которые необходимы для понимания сути проблемы. Чтобы не пренебрегать какими-либо существенными фактами, нужно заранее знать или интуитивно чувствовать, чего они стоят. Результаты интуитивного постижения нуждаются в логическом доказательстве своей истинности.

Доказательство

Характерная черта научного мышления – доказательство. Истинность или ложность того или иного утверждения, как правило, не обладает прозрачной очевидностью. Только простейшие суждения нуждаются для подтверждения своей истинности лишь в применении чувственного восприятия. Подавляющее большинство утверждений принимаются за истинные не на уровне чувственного познания и не отдельно от всех других истин, а на уровне логического мышления, в связи с другими истинами, т. е. путем доказательства.

Во всяком доказательстве имеются: тезис, основания доказательства (аргументы) и способ доказательства. Тезисом называется положение, истинность или ложность которого выясняется посредством доказательства. Доказательство, посредством которого выясняется ложность, называется опровержением.

Все положения, на которые опирается доказательство и из которых необходимо следует истинность доказываемого тезиса, называются основаниями или аргументами. Основания состоят из положений о достоверных фактах, определений, аксиом и ранее доказанных положений.

Аксиомы – положения, не доказываемые в данной науке и играющие в ней роль допускаемых оснований доказываемых истин.

Связь оснований и выводов из них, имеющая результатом необходимое признание истинности доказываемого тезиса, называется способом доказательства. Доказательства одного и того же положения науки могут быть различными. Связь оснований, ведущая к истинности доказательного тезиса, не единственна. Поскольку она не дана вместе с самими основаниями, а должна быть установлена, постольку доказательство – теоретическая задача. В ряде случаев задача доказательства оказывается настолько сложной, что решение ее требует от ученых огромных усилий на протяжении целых десятилетий или даже столетий. В течение почти двух с половиной тысячелетий оставалось недоказанным существование атома, пока успехи новой экспериментальной и теоретической физики не принесли наконец это доказательство. Гениальная догадка Джордано Бруно о существовании планет, обращающихся вокруг других звезд, получила доказательное подтверждение только в последние десятилетия.

От примитивных способов доказательства, опирающихся на неточные, приблизительные представления, до современных доказательств, основанных на достоверных фактах, точно определяемых понятиях, на свободных от противоречий и достаточных в своем числе аксиомах, а также на уже строго доказанных ранее положениях, практика доказательства прошла большой путь совершенствования, подняв умственную культуру на уровень современной науки.

Практическая направленность эксперимента

Развитие общества в значительной степени определяется уровнем наукоемких технологий, многочисленные направления которых основаны на достижениях соответствующих отраслей естествознания. Современное естествознание обладает большим многообразием методов исследований, среди которых эксперимент – наиболее эффективное и действенное средство познания.

Для эксперимента сегодняшнего дня характерны три основные особенности:

возрастание роли теоретической базы эксперимента. Во многих случаях эксперименту предшествует теоретическая работа, концентрирующая громадный труд большого числа теоретиков и экспериментаторов;

сложность технического оснащения эксперимента. Техника эксперимента, как правило, насыщена многофункциональной электронной аппаратурой, прецизионными механическими устройствами, высокочувствительными приборами, высокоточными преобразователями и т. п. Большинство экспериментальных установок представляет собой полностью замкнутую систему автоматического регулирования, в которой технические средства обеспечивают заданные условия эксперимента с вполне определенной точностью, регистрируют промежуточные экспериментальные результаты и производят последовательную их обработку;

масштабность эксперимента. Некоторые экспериментальные установки напоминают сложные объекты крупных масштабов. Строительство и эксплуатация таких объектов стоят больших финансовых затрат. Кроме того, экспериментальные объекты могут оказать активное воздействие на окружающую среду.

Эксперимент базируется на практическом воздействии субъекта на исследуемый объект и часто включает операции наблюдения, приводящие не только к качественным, описательным, но и к количественным результатам, требующим дальнейшей математической обработки. С этой точки зрения, эксперимент – разновидность практического действия, предпринимаемого с целью получения знания. В процессе экспериментального естественно-научного исследования в контролируемых и управляемых условиях изучаются многообразные свойства и явления природы.

Отличаясь от простого наблюдения активным воздействием на изучаемый объект, в большинстве случаев эксперимент осуществляется на основе той или иной теории, определяющей постановку экспериментальной задачи и интерпретацию результатов. Нередко основная задача эксперимента – проверка гипотез и предсказаний теории, имеющих фундаментальное, прикладное и принципиальное значение. Являясь критерием естественно-научной истины, эксперимент представляет собой основу научного познания действительности.

Эксперимент, как и наблюдение, относится к эмпирическим формам естественно-научного познания. Однако между ними есть существенные различия: эксперимент – преобразующая внешний мир деятельность человека, а наблюдению свойственны черты созерцательности и чувственного восприятия исследуемого объекта. В процессе эксперимента при активном вмешательстве в исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые и являются предметом изучения в естественных либо в специально созданных условиях.

В процессе естественно-научного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию как исследуемого объекта, так и различных управляемых условий, в которых находится объект. Для этого создаются специальные установки и устройства: барокамеры, термостаты, магнитные ловушки, ускорители и т. п. С их помощью создаются сверхнизкие и сверхвысокие температуры и давления, вакуум и другие условия. В некоторых случаях моделирование исследуемого объекта – единственное средство реализации эксперимента.

Многие экспериментальные исследования направлены не только на обоснование естественно-научной истины, но и на отработку технологий изготовления новых видов разнообразной высококачественной продукции. Именно в этом наиболее сильно проявляется практическая направленность эксперимента как прямого пути совершенствования любого технологического цикла.

Экспериментальные средства по своей сути не однородны: их можно разделить на три основные отличающиеся функциональным назначением системы:

· обеспечивающую воздействие на исследуемый предмет;

· сложную приборную измерительную систему.

В зависимости от экспериментальной задачи данные системы играют разную роль. Например, при определении магнитных свойств вещества результаты эксперимента во многом зависят от чувствительности приборов. В то же время при проведении экспериментов с веществом, не встречающимся в природе при обычных условиях, да еще и при низкой температуре, все системы экспериментальных средств играют важную роль.

Чем сложнее экспериментальная задача, тем острее стоит вопрос чистоты эксперимента и достоверности полученных результатов. Можно назвать четыре пути решения данного вопроса:

многократное повторение измерений;

совершенствование технических систем и приборов; повышение их точности, чувствительности и разрешающей способности;

более строгий учет основных и не основных факторов, влияющих на исследуемый объект;

предварительное планирование эксперимента, позволяющее наиболее полно учесть специфику исследуемого объекта и возможности приборного обеспечения.

Чем чище поставлен эксперимент, чем тщательнее предварительно проанализированы все особенности исследуемого объекта и чем чувствительнее приборы, тем точнее экспериментальные результаты и тем ближе они соответствуют естественно-научной истине.

В любом естественно-научном эксперименте можно видеть три основных этапа:

· подготовительный;

· получение экспериментальных данных;

· обработка результатов эксперимента и их анализ.

Подготовительный этап обычно включает теоретическую проработку проведения эксперимента, его планирование, подготовку исследуемого объекта, конструирование и создание технической базы, включающей приборное обеспечение. На хорошо подготовленной экспериментальной базе полученные данные, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить тот или иной параметр исследуемого объекта и сопоставить его либо с соответствующим теоретическим значением, либо с экспериментальным значением, полученным другими техническими средствами, что очень важно при определении правильности и степени достоверности полученных результатов.

Теоретические предпосылки эксперимента

Взаимная обусловленность эмпирических и теоретических знаний вряд ли вызывает сомнение. Современные эксперименты и теория настолько сильно переплетены, что однозначно ответить на вопрос, какое из данных знаний можно рассматривать в качестве абсолютного начала естественно-научного познания, практически не представляется возможным, хотя можно привести многочисленные примеры научных изысканий, когда эмпирические начала предвосхищают теорию, и наоборот. Анализ соотношения эмпирического и теоретического начал актуален и по сей день.

В теоретические исследования всё больше внедряются наиболее абстрактные разделы математики, и многие теоретические расчеты выполняются с помощью мощных вычислительных средств. Экспериментальное исследование развивается за счет внедрения новых методов с применением сравнительно сложных технических средств. Эксперимент все чаще приобретает индустриальные, а в отдельных случаях и гигантские масштабы. Вместе с тем возрастает и роль его теоретического обеспечения, т. е. можно уверенно говорить о теоретической обусловленности современных экспериментальных исследований.

На всех этапах экспериментальных исследований весьма важна мыслительная деятельность экспериментатора, которая чаще всего носит философский характер. Решая, например, вопросы: что такое электрон, является ли он элементом реального мира или чистой абстракцией, можно ли его наблюдать, в какой мере знания об электроне истинны и т. п.,– ученый так или иначе касается философских проблем естествознания. Более глубокая связь естествознания с философией свидетельствует о более высоком уровне его развития. Естественно, с течением времени теоретическое мышление с философской ориентацией меняется и приобретает различные формы и содержание. Лучших результатов достигнет естествоиспытатель, свободно владеющий своими узкопрофессиональными вопросами и достаточно легко ориентирующийся в общих философских вопросах, связанных прежде всего с диалектикой и теорией естественно-научного познания.

Стремление ученых создать научную картину мира сближает естествознание с философией. Научная картина мира обладает большей общностью, чем теоретические схемы конкретных естественно-научных утверждений. Она образуется посредством особых связей отдельных элементов познания и представляет собой весьма общую идеальную модель реальных процессов, явлений и свойств вещества, исследуемых в рамках узких отраслей естествознания. В широком понимании научная картина мира выражает общее знание о природе, характерное для данного этапа развития общества. Описание картины мира в общем представлении создает понятия, более или менее близкие к понятиям повседневного, обыденного языка.

В те периоды развития естествознания, когда на смену старой картины мира приходит новая, при постановке эксперимента возрастает роль философских идей в виде теоретических постулатов, на основе которых реализуется эксперимент.

В эпоху становления физики как науки, когда специальных естественно-научных теорий не существовало, ученые, как правило, руководствовались общими философскими представлениями о единстве и родстве материальных объектов и явлений природы. Например, Г. Галилей, закладывая основы классической механики, опирался на общую модель единства мира. Такая идея помогла «земными глазами» взглянуть на небо и описать движение небесных тел по аналогии с движением тел на Земле, что в свою очередь подтолкнуло ученых к более тщательному изучению различных форм механического движения, в результате чего были открыты классические законы механики.

Философская идея материального единства мира питала многие экспериментальные исследования и способствовала накоплению новых естественно-научных фактов. Так, например, известный датский физик X. Эрстед, размышляя о связи между разными по физической природе явлениями – теплотой, светом, электричеством и магнетизмом, – в результате экспериментальных исследований открыл магнитное действие электрического тока.

Особенно важна роль теоретических предпосылок эксперимента, когда сложившиеся теоретические знания служат основой новых естественно-научных проблем и гипотез, требующих предварительного эмпирического обоснования.

В современных условиях возрастает роль теоретической работы на подготовительном этапе эксперимента, на каждой операции его по-разному включаются те или иные теоретические и практические процедуры исследований. Можно назвать четыре основные операции подготовительного этапа эксперимента:

· постановка задачи эксперимента и выдвижение гипотетических вариантов ее решения;

· разработка программы экспериментального исследования,

· подготовка исследуемого объекта и создание экспериментальной установки;

· качественный анализ хода эксперимента и корректировка программы исследования и приборного обеспечения.

При кажущейся случайности эмпирические открытия вписываются во вполне определенную логическую схему, отправным элементом которой выступает противоречие между известным теоретическим знанием и новыми эмпирическими данными. Такое противоречие является логическим основанием вновь возникшей проблемы – своеобразной границы между знанием и незнанием – первого шага осмысления неизвестного. Следующий шаг – выдвижение гипотезы как возможного решения проблемы.

Выдвинутая гипотеза вместе с выводимыми из нее следствиями служит основой, определяющей цели, задачи и практические средства эксперимента. В одних случаях при сложившейся теоретической схеме гипотеза может обладать высокой степенью достоверности. Такая гипотеза жестко задает программу эксперимента и нацеливает его на поиск теоретически предсказанного результата. В других случаях, когда теоретическая схема только-только зарождается, степень достоверности гипотезы может быть невысокой. При этом теория лишь эскизно задает схему эксперимента, увеличивается число проб и ошибок.

На подготовительной стадии эксперимента огромную, неоценимую роль играет изобретательская и конструкторская работа как научный творческий процесс. Успех любой экспериментальной работы зависит от таланта ученого, определяемого его прозорливостью, глубиной абстрактного мышления, оригинальностью решения технических задач, способностью к изобретательской деятельности, представляющей собой последовательный целенаправленный переход от теоретического знания к практическому поиску.

Таким образом, хотя эксперимент основывается на практической деятельности, но, будучи естественнонаучным методом познания действительности, он включает логические и теоретические средства, гармоническое сочетание которых и позволяет успешно решить поставленную задачу.

Сочетание практических и теоретических знаний

Подготовка исследуемого объекта и создание экспериментальной установки – важные шаги реализации программы исследований, после которых наступает основной период проведения самой экспериментальной работы. Такой период, казалось бы, характеризуется чисто эмпирическими признаками: изменением управляемых условий, включением и выключением приборов и различных механизмов, фиксированием тех или иных свойств, эффектов и т. п. В ходе эксперимента как бы уменьшается роль теории. Но на самом деле наоборот – без теоретического знания невозможны постановка промежуточных задач и их решение. Экспериментальная установка – овеществленное, материализованное знание. Роль теории входе эксперимента предполагает выяснение механизма формирования объекта познания и взаимодействия субъекта, приборов и объекта, измерения, наблюдения и регистрации экспериментальных данных.

Теоретические предпосылки могут содействовать получению позитивных сведений о мире, научному открытию либо мешать, уводить поиск в сторону от верного пути – все зависит от того, верны или не верны данные предпосылки. Иногда ученые в силу объективных или субъективных обстоятельств руководствуются ложными предпосылками, что, естественно, не способствует объективному отражению действительности. Например, ложное истолкование научных проблем кибернетики и генетики привело к существенному отставанию в данных отраслях знания.

В истории естествознания прослеживается тенденция развития процесса познания от качественного изучения объекта или явления к установлению их количественных параметров и выявлению общих закономерностей, выраженных в строгой математической форме. Строгость и точность экспериментальных сведений при этом зависит от совершенства методов измерений и чувствительности разрешающей способности и точности измерительной техники.

Современный эксперимент характеризуется высокой точностью измерений. Можно назвать несколько путей повышения точности:

· введение новых эталонов;

· применение чувствительных приборов;

· учет всех условий, влияющих на объект;

· сочетание разных видов измерений;

· автоматизация процесса измерений.

Оптимальное сочетание данных путей определяется субъективным свойством естествоиспытателя и в большой степени зависит от степени совершенства экспериментальной техники.

Организация постоянного взаимодействия наблюдения, измерения и количественного описания в процессе эксперимента опосредуется теоретическими знаниями, включающими философское представление о картине мира, гипотезы и т. д.

Теоретические знания в ходе эксперимента лежат в основе:

· формирования сложного объекта исследований;

· перегруппировки элементов объекта, скрытых от непосредственного наблюдения;

· фиксации и регистрации экспериментальных данных;

· интерпретации полученных данных и их сопоставления с теоретическими.

При реализации данных процессов естествоиспытатель постоянно сверяет свои действия и результаты с теоретическими посылками. Когда эксперимент находится в завершающейся стадии и собраны основные экспериментальные результаты, теоретическая работа не прекращается – она направлена на обработку результатов эксперимента.

Обработка экспериментальных результатов

После получения первых экспериментальных результатов процедура эксперимента продолжается. Во-первых, как правило, разовый эксперимент не дает окончательного ответа на поставленный вопрос. Во-вторых, полученные экспериментальные результаты нуждаются в логической доработке, превращающей их в научный факт, т. е. в то, в истинности чего не возникает сомнений.

Представление о фактах как проявлениях действительности, непосредственно фиксируемых в формах чувственного отражения, сложилось в науке на ранней стадии зарождения естествознания. Практика современного естествознания показывает, что не все факты непосредственно воспринимаются, чаще всего факты не являются тем, что сразу бросается в глаза и может быть зафиксировано всеми, кто обладает нормальным зрением.

Факты в естествознании не просто собираются, а активно формируются естествоиспытателем, что отнюдь не снижает их объективности. В равной мере и теория, несмотря на проявление творческой активности субъекта, не утрачивает своей объективности, если она истинна.

Отдельные экспериментальные данные, полученные на начальной стадии эмпирического исследования, сами по себе не становятся фактами науки. В них могут содержаться ошибки, связанные с некорректной постановкой эксперимента, неправильными показаниями измерительных приборов, отклонениями в функционировании органов чувств и т. п. Поэтому в естествознании, как правило, проводится не один, а серия экспериментов. Уточняются и проверяются результаты эксперимента, собираются недостающие сведения, проводятся дополнительные эксперименты. Затем полученные в серии экспериментов данные подвергаются математической обработке.

При кажущейся простоте получения и обработки первичных экспериментальных данных, т. е. результатов наблюдений и измерений, математическая обработка, обладая определенной спецификой, производится в рамках строгой теории ошибок, на основании которой количественно определяется достоверность окончательных результатов. Сколь бы точными ни были наблюдения и измерения, погрешности неизбежны, и задача естествоиспытателя заключается в том, чтобы приблизить экспериментальные данные к объективным значениям определяемых величин, т. е. уменьшить интервал неточности. Для этого каждый исследователь должен иметь представление обо всех ошибках, встречающихся в практике экспериментального исследования. Современная теория ошибок вооружает экспериментаторов надежными средствами корректировки экспериментальных данных.

Статистическая обработка – не только эффективное средство уточнения экспериментальных данных, отсеивания случайных ошибок, но и первый шаг к обобщению их в процессе формирования научного факта. Разумеется, статистическая обработка – необходимая, но не достаточная операция при переходе от эмпирических данных к естественно-научным фактам.

После уточнения экспериментальных результатов начинается следующая стадия – сравнение и обработка. Если в результате сравнения и обобщения готовится материал для последующих обобщений, то в науке фиксируется новое явление. Однако это не означает завершения процесса формирования научного факта. Вновь зафиксированное явление становится научным фактом после его интерпретации.

Таким образом, научный факт, полученный в эксперименте, представляет собой результат обобщения совокупности выводов, основанных на наблюдениях и измерениях характеристик исследуемого объекта при предсказании их в виде гипотезы.

Специфика современных экспериментальных и теоретических исследований

На протяжении всех этапов эксперимента естествоиспытатель руководствуется в той или иной форме теоретическими знаниями. В последнем столетии в силу ряда объективных причин основной профессиональной деятельностью некоторых ученых стала исключительно теоретическая работа. Одним из первых ученых, которые не проводили никаких экспериментов, был немецкий физик Макс Планк.

Произошло, таким образом, деление естествоиспытателей на профессиональных теоретиков и экспериментаторов. Во многих отраслях естествознания возникли экспериментальные и теоретические направления и в соответствии с ними появились специализированные лаборатории и даже институты, например Институт теоретической физики. Такой процесс наиболее активно проходит во второй половине XX столетия. В прежние времена не только Ньютон и Гюйгенс, но и такие выдающиеся теоретики, как Максвелл, обычно сами экспериментально проверяли свои теоретические выводы и утверждения. В последние же десятилетия только в исключительных случаях теоретик проводит экспериментальную работу, чтобы подтвердить выводы своих теоретических изысканий.

Одна из существенных объективных причин профессиональной обособленности экспериментаторов и теоретиков заключается в том, что технические средства эксперимента значительно усложнились. Экспериментальная работа требует концентрации больших усилий, она не под силу одному человеку и выполняется в большинстве случаев целыми коллективом научных работников. Например, для проведения эксперимента с применением ускорителя, реактора и т. п. требуется относительно большой штат научных сотрудников. Поэтому даже при большом желании теоретик не в состоянии проверить на практике свои теоретические выводы и предложения.

Еще в 60-е годы нынешнего столетия, когда практически все отрасли естествознания находились на подъеме, академик П.Л. Капица с тревогой говорил о разрыве между теорией и экспериментом, между теорией и жизнью, между теорией и практикой, отмечая отрыв теоретической науки от жизни, с одной стороны, и, с другой стороны, недостаточно высокое качество экспериментальных работ, что нарушает гармоническое развитие науки.

Гармоническое развитие естествознания возможно тогда, когда теория опирается на достаточно основательную экспериментальную базу. А это означает, что для экспериментатора нужна хорошая материальная база; помещение со всевозможным специальным оборудованием, большой набор высокочувствительных приборов, специальные материалы, мастерские и т. п. Темпы развития естествознания в значительной степени обусловливаются совершенством такой материальной базы.

Отрыв теории от эксперимента, опыта, практики наносит громадный ущерб прежде всего самой теории и, следовательно, науке в целом. Отрыв от опыта и жизни характерен не только для естествоиспытателей, но и для философов, занимающихся философскими проблемами естествознания. Ярким примером может служить отношение некоторых философов к кибернетике в конце 40-х – начале 50-х годов, когда в отечественных философских словарях кибернетика называлась реакционной лженаукой. Если бы ученые руководствовались таким определением кибернетики, то, очевидно, освоение космоса и создание современных наукоемких технологий не стало бы реальностью, так как сложные многофункциональные процессы, вне зависимости от области их применения, управляются кибернетическими системами.

Работа крупных ученых-естествоиспытателей, внесших большой вклад в развитие современного естествознания, несомненно проходила в тесной взаимосвязи теории и эксперимента. Поэтому для развития естествознания на здоровой почве всякое теоретическое обобщение должно непременно проверяться на опыте. Только гармоническое развитие эксперимента и теории способно поднять на качественно новый уровень все отрасли естествознания.

Современные методы и технические средства эксперимента

Экспериментальные методы и технические средства современных естественно-научных исследований достигли высокой степени совершенства. Многие технические устройства эксперимента основаны на физических принципах. Но их практическое применение выходит далеко за рамки физики – одной из отраслей естествознания. Они широко применяются в химии, биологии и других смежных естественных науках. С появлением лазерной техники, компьютеров, спектрометров и другой совершенной техники стали доступны для экспериментального исследования неизвестные ранее явления природы и свойства материальных объектов, стал возможен анализ быстропротекающих физических и химических процессов.

Лазерная техника. Для экспериментальных исследований многих физических, химических и биологических процессов весьма важны три направления развития лазерной техники:

· разработка лазеров с перестраиваемой длиной волны излучения;

· создание ультрафиолетовых лазеров;

· сокращение длительности импульса лазерного излучения до 1 ас (10-18 с) и меньше:

Чем шире спектр излучения лазера, в котором он может перестраиваться, тем ценнее такой лазер для исследователя. Среди лазеров с перестраиваемой длиной волны широко применяются лазеры на красителях. Длина волн излучения таких лазеров охватывает спектр от ближней ультрафиолетовой области до ближней инфракрасной, включая видимый диапазон, и легко перестраивается в этом спектре. К настоящему времени разработаны лазеры, длина волны которых составляет менее 300 нм, т. е. соответствует ультрафиолетовой области. К таким лазерам относится, например, криптон-фторидный лазер.

Разрабатываются лазеры, длительность импульса излучения которых приближается к 1 ас. Такие лазеры, несомненно, позволят определить механизм физических, химических и биологических процессов, протекающих с чрезвычайно высокой скоростью.

Трудно перечислить все области применения лазеров для исследования многообразных химических процессов. Назовем лишь некоторые из них: в фотохимии лазер помогает изучить процесс фотосинтеза и тем самым найти способ более эффективно использовать солнечную энергию; с помощью лазеров разделяются изотопы, например, производится очистка изотопов урана и плутония; лазерные приборы служат анализаторами химического состава воздуха; в биологии лазеры дают возможность изучить живые организмы на клеточном уровне. Весьма многообразно применение лазеров в химической кинетике при исследовании различных процессов, длительность которых составляет от 10-12 до 10-18 и менее секунд.

Возможности естественно-научных исследований расширяются с применением лазеров на свободных электронах. Принцип действия таких лазеров основан на том, что в пучке электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, в периодически изменяющемся магнитном поле в направлении движения электронов возникает излучение света. Эксперимент показывает, что лазеры на свободных электронах отличаются высокой эффективностью перестройки длины волны при большой мощности излучения в широком диапазоне – от микроволнового излучения до вакуумного ультрафиолета.

Синхротронные источники излучения. Синхротроны применяются не только в физике высоких энергий для исследования механизма взаимодействия элементарных частиц, но и для генерации мощного синхротронного излучения с перестраиваемой длиной волны в коротковолновой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра. Исследование структуры твердых тел, определение расстояния между атомами, изучение строения молекул органических соединений – успешному решению этих и других задач способствует синхротронное излучение.

Экспериментальные методы расшифровки сложных структур. Для идентификации и анализа сложных структур, в частности для анализа сложных молекул, необходимо управлять химическими процессами и затем определять состав и структуру продуктов реакций. Предложенные физиками эффективные методы экспериментальных исследований макрообъектов на молекулярном уровне – ядерный магнитный резонанс, оптическая спектроскопия, масс-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, нейтронография и т. п. – позволяют исследовать состав и структуру необычайно сложных молекул, что способствует изучению, например, химической природы жизненно важных биологических процессов.

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основан на анализе взаимодействия магнитного момента атомных ядер с внешним магнитным полем. Это один из важнейших методов в разных отраслях естествознания, в особенности, в химии: химии синтеза, химии полимеров, биохимии, медицинской химии и т. п. С помощью метода ЯМР можно определить, например, химическое окружение атомов водорода даже в таких сложных молекулах, как сегменты ДНК. Прогресс в развитии спектроскопии ЯМР зависит от возможности создания сильного магнитного поля, которое можно получить с помощью компактных сверхпроводящих магнитов. Созданный в 1973 г. томограф, основанный на ЯМР, позволяет наблюдать картину распределения химических отклонений и концентрации ядер таких крупных объектов, как тело человека, что весьма важно при диагностике ряда заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей.

Оптическая спектроскопия позволяет анализировать спектр излучения вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях: твердом, .жидком, газообразном. Спектральный анализ – физический метод качественного и количественного определения состава вещества по его оптическому спектру излучения. В качественном спектральном анализе полученный спектр интерпретируют с помощью таблиц и атласов спектров элементов и индивидуальных соединений. Содержание исследуемого вещества при количественном спектральном анализе определяют по относительной или абсолютной интенсивности линий или полос спектра.

С применением лазерного источника излучения и персонального компьютера возможности оптического спектрометра значительно расширяются: такой спектрометр способен обнаружить отдельную молекулу или даже атом любого вещества.

С помощью метода индуцированной лазерной флуоресценции можно регистрировать загрязнение воздуха на расстоянии около двух километров.

В масс-спектроскопии исследуемое вещество вначале превращается в газовую фазу, затем газ конденсируется и ионы ускоряются до заданной кинетической энергии электрическим полем. Масса частиц может быть определена двумя способами: измерением радиуса кривизны траектории иона и измерением времени пролета им заданного расстояния.

Масс-спектрометры отличаются высокой чувствительностью и могут обнаружить, например, три атома изотопа 14C среди 1016 атомов 12С. Такое содержание изотопа 14С соответствует, согласно радиоизотопному методу, возрасту пород в 70 000 лет. Масс-спектрометрия широко применяется для анализа элементов, определения изотопного состава и строения молекулы в таких областях, как производство интегральных схем, металлургия, ядерная, нефтяная, фармацевтическая и атомная промышленность.

Комбинированные приборы – хромато-масс-спектрометры – позволяют обнаружить в питьевой воде галогеноуглеводороды и нитрозамины, а также определить небольшие концентрации одного из самых ядовитых веществ – изомеров диоксина.

Сочетание газового хроматографа с масс-спектрометром – лучший аналитический прибор для работы со сложными смесями, позволяющий решать разнообразные задачи химии, биологии, геохимии, экологии, криминалистики и других наук. Однако вплоть до недавнего времени применение такого прибора ограничивалось лишь легко испаряемыми веществами. С разработкой способов десорбции ионов из твердых образцов путем бомбардировки их ионами, фотонами или нейтральными частицами границы применения масс-спектроскопии значительно расширились. Существенно увеличились определяемые предельные молекулярные массы соединений, исследуемых методом масс-спектроскопии. Например, плазменная десорбция с применением бомбардировки продуктами деления радиоактивного калифорния-252 позволила получить ионы с молекулярной массой 23000 и произвести их масс-спектральный анализ. С помощью полевой и лазерной десорбции можно получить масс-спектральные характеристики фрагментов ДНК. Для идентификации неизвестного вещества методом масс-спектроскопии достаточно всего 10-10соединения.В плазме крови масс-спектрометр регистрирует активное вещество марихуаны в концентрации 0,1 мг на килограмм массы тела.

Современные электрохимические методы в сочетании с высокочувствительной аппаратурой открывают новые возможности исследования структуры и функций живой клетки: с помощью электродов, площадь которых составляет всего лишь несколько микрометров, можно регистрировать процессы, происходящие внутри клетки.

Для определения строения молекул необходимо знать пространственное расположение атомов. Зная молекулярную структуру, легче понять физические и химические свойства соединения, механизмы химических реакций и идентифицировать новые соединения. Один из наиболее распространенных методов исследования молекулярных структур – рентгено-структурный анализ, основанный на явлении дифракции, – позволяет изучать все те соединения, которые удается получить в кристаллическом состоянии. Современные компьютеры расшифровывают рентгенограмму довольно сложной молекулярной структуры. Рентгеноструктурный анализ способствовал получению феромонов насекомых, применяемых для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве, и изучению гормонов роста, необходимых для увеличения производства пищи и биомассы.

Рентгеноструктурный анализ дополняет нейтронография, основанная на дифракции нейтронов. Для нейтронографии необходимы потоки нейтронов, которые получаются в ядерных реакторах, что несколько ограничивает применение данного метода. Отличительная особенность нейтронографии – высокая точность определения расстояния между атомами. Нейтронография успешно применяется при определении структур сверхпроводников, рибосом и других сложных молекулярных образований, а также расположения протонов, участвующих в образовании водородных связей, определяющих строение белков.

Несмотря на отставание экспериментальных исследований от теоретических, в естествознании второй половины XX столетия благодаря развитию экспериментальной базы достигнуты значительные успехи. Невозможно перечислить все достижения во всех отраслях естествознания, но можно однозначно утверждать, что большинство из них воплотилось в современных наукоемких технологиях. Высокотемпературная сверхпроводимость, молекулярные пучки, химические лазеры, достижения ядерной химии, химический синтез ДНК, клонирование и т. п. – вот некоторые очень важные достижения современного естествознания...

Высокотемпературная сверхпроводимость

История сверхпроводимости начинается с 1911г., когда датский ученый X. Камерлинг-Оннес, исследуя электрическое сопротивление охлажденных металлов, обнаружил, что при охлаждении ртути до температуры жидкого гелия, составляющей около 4,2 К, электрическое сопротивление этого металла скачком уменьшается до нуля. А это означает, что металл при данной температуре переходит в сверхпроводящее состояние. По мере синтеза новых материалов сверхпроводников температура перехода их в сверхпроводящее состояние неуклонно повышалась. В 1941 г. для бинарного сплава NвN была установлена температура сверхпроводящего перехода около 15 К, а в 1973 г. – примерно 23 К для другого бинарного сплава – NвGe.

С 1986г. начинается новый этап исследования сверхпроводимости, положивший начало высокотемпературной сверхпроводимости: был синтезирован четырехкомпонентный материал на основе оксидов меди, температура перехода которых составляла приблизительно 37 К. Затем через непродолжительное время температуру перехода удалось поднять до 40, 52, 70, 92 и даже выше 100 К. В результате многочисленных экспериментов было установлено, что четырехкомпонентные оксиды меди, обладающие сложной кристаллической структурой, переходят в сверхпроводящее состояние примерно при 94 К.

В 1992г. синтезирован материал, переходящий в сверхпроводящее состояние уже при 170 К. Такое сверхпроводящее состояние можно реализовать при охлаждении не жидким азотом, а более дешевым охладителем – жидким ксеноном. Этот сверхпроводящий материал состоит из оксида меди, стронция и кальция; структура его относительно проста.

Широкое применение сверхпроводников позволит существенно сократить рассеяние энергии в различного рода электрических цепях, и особенно при электропередаче, потери в которой составляют около 20% при использовании обычных проводников.

Химические лазеры

Экспериментальное исследование смешивания двух газообразных соединений, проведенное более 10 лет назад, позволило установить распределение энергии между молекулами. Например, в результате реакции атомного водорода с молекулярным хлором в газовой форме образуется хлороводород и атомарный хлор, которые излучают инфракрасный свет. Анализ спектра излучения показывает, что существенная часть энергии (около 40%) представляет собой энергию колебательного движения молекулы НСl. За открытие такого рода явлений Джону Поляни (Университет Торонто) присуждена Нобелевская премия по химии. Данные исследования привели к созданию первого химического лазера – лазера, получающего энергию от взрыва смеси водорода с хлором. Химические лазеры отличаются от обычных тем, что превращают в когерентное излучение не энергию электрического источника, а энергию химической реакции. Открыты десятки химических лазеров, в том числе и достаточно мощные для инициирования термоядерного синтеза (йодный лазер) и для военных целей (водородно-фторидный лазер).

Молекулярные пучки

Молекулярный пучок представляет собой струю молекул, образующуюся при испарении вещества в специальной печи и пропускании его через узкое сопло, формирующее пучок в камере, в которой поддерживается сверхвысокий вакуум, исключающий межмолекулярные столкновения. При направлении молекулярного пучка на реагенты – соединения, вступающие в реакцию, – при низком давлении (10-10атм) каждая молекула может участвовать не более чем в одном столкновении, приводящем к реакции. Для осуществления такого сложного эксперимента требуется установка сверхвысокого вакуума, источник интенсивных сверхзвуковых пучков, высокочувствительный масс-спектрометр и электронные определители времени свободного пробега молекул. За проведение этих экспериментов Юан-Чен Ли (Калифорнийский университет Беркли) и Дадли Хермбаху (Гарвардский университет) присуждена Нобелевская премия по химии. Опыты с молекулярными пучками позволили определить, например, ключевые реакции при горении этилена, при котором в реакции этилена с кислородом образуется короткоживущая молекула.

Достижения ядерной химии

Химия играет важную роль в исследовании свойств радиоактивных веществ и в разработке радиоактивных методов анализа, применяемых в различных отраслях естествознания. Одна из первых Нобелевских премий в области ядерных процессов была присуждена химику Отто Гану в 1944 г. за открытие деления ядер. В 1951 г. Нобелевская премия за открытие двух первых в периодической системе трансурановых элементов была присуждена химику Гленну Сиборгу и его коллеге – физику Эдвину Мак-Миллану. Многие современные достижения науки о ядерных процессах получены при тесном взаимодействии химиков, физиков и ученых многих других направлений.

С применением химических методов в течение всего лишь 15 лет синтезированы химические элементы с номерами от 104 до 109 и обнаружены изотопы многих других элементов. Исследования изотопов позволили не только количественно описать многие ядерные процессы, но и определить свойства, определяющие устойчивость атомных ядер.

Одна из интересных задач ядерной химии – обнаружение теоретически предсказанных супертяжелых элементов, т. е. элементов, входящих в предсказанный остров стабильности, расположенный в интервале атомных номеров 114–164.

В последние десятилетия методы ядерной химии нашли широкое применение при исследовании грунта планет Солнечной системы и Луны. Например, для химического анализа грунта Луны применялся трансурановый элемент. Такой метод позволил определить около 90% элементов в трех разных местах лунной поверхности. Анализ изотопного состава образцов лунного грунта, метеоритов и других небесных тел помогает сформировать представление об эволюции Вселенной.

Ядерная химия применяется и в медицине. Например, в США ежегодно назначается около 20 млн. процедур с применением радиоактивных препаратов. Особенно широко распространено лечение щитовидной железы радиоактивным йодом. Практика показывает, что химические соединения радиоактивного технеция обладают терапевтическими свойствами. Позитронный метод, основанный на взаимодействии с исследуемым объектом позитронов, испускаемых короткоживущими изотопами углерода и фтора, а также применение стабильных изотопов в сочетании со спектроскопией ЯМР дают возможность исследования процессов обмена веществ в живых организмах и служат весьма эффективным средством ранней диагностики заболеваний.

Новая ядерная установка

Одна из основных проблем атомной энергетики связана с нахождением таких условий протекания ядерных процессов, при которых можно было бы уменьшить количество ядерных отходов и продлить срок службы атомных реакторов. Учеными разных стран отрабатываются многочисленные способы, решения этой весьма важной проблемы. Среди разных направлений в ее решении уже воплощается в металл новое направление в ядерной энергетике – так называемый электрояд, на который ученые возлагают большие надежды. В Институте теоретической и экспериментальной физики Российской академии наук и в институтах других стран сооружается прообраз пока не известных практике ядерных установок, которые станут безотходными, экологически чистыми и более безопасными источниками энергии, чем многие из существующих. Действующая модель новой ядерной энергетической установки состоит из двух агрегатов – ускорителя элементарных частиц и бланкета – особого типа атомного реактора. Для технического воплощения этой новой идеи предполагается использовать старые атомные реакторы, выработавшие свой ресурс.

Химический синтез ДНК

В полимерных молекулах ДНК природа кодирует информацию, необходимую для создания живого организма. Цепочка из повторяющихся сложноэфирных фосфатных связей между сахарами образует жесткий скелет ДНК, на котором информация записывается с помощью особого алфавита из четырех «букв» генетического кода: аденина, тимина, цитозина и гуанина (А, Т, С, G). Последовательность таких «букв» кодирует информацию. Каждая «буква» содержит несколько атомов азота, ковалентно связанных с фрагментами Сахаров. Двойная спираль ДНК включает водородные связи. Информацию, записанную в молекуле ДНК, можно прочитать, разрывая и вновь создавая относительно слабые водородные связи, совсем не затрагивая более прочные связи «сахар-фосфат» в цепочке-матрице.

Первый химический синтез гена, осуществленный более 20 лет назад, потребовал многолетней напряженной работы. В промышленных лабораториях уже синтезированы гены инсулина и интерферона. Произведен синтез гена для фермента рибонуклеозы, открывающей возможность изменять желаемым образом физические и химические свойства белка. Однако самыми современными методами получаются фрагменты генов длиной в сотни пар оснований, а для дальнейших исследований нужны фрагменты в 100 и более раз длиннее.

Успехи генной инженерии

В высших организмах, в том числе и в организме человека, доля нуклеотидов в цепи ДНК, которые действительно кодируют последовательность аминокислот в белках, составляет только около 5%. Установлено, что в остальных нуклеотидных последовательностях ДНК закодирована информация о форме молекул ДНК. Например, выгибание фуранозного цикла (пятичленного циклического моносахарида), который существует как в ДНК, так и в РНК, приводит к подвижности их скелета.

Современная молекулярная биология позволяет вводить почти любой отрезок ДНК в микроорганизм, чтобы заставить его синтезировать тот белок, который кодирует данная ДНК. А современная органическая химия дает возможность синтезировать последовательности нуклеотидов – фрагменты генов. Такие фрагменты генов можно применять для изменения исходной последовательности оснований в гене, кодирующем нужный белок. Таким способом можно получить модифицированный белок с измененной последовательностью аминокислот, т. е. белок со структурой и функцией, ранее не существовавшими в природе.

Данный метод осуществления специфических мутаций в нормальных белках получил название мутагенеза. Он позволяет получить белки любой структуры. Кроме того, один раз синтезированная молекула гена, кодирующего белок, с помощью микроорганизмов может воспроизвести белок в любых количествах.

Клонирование

Успехи, достигнутые в разных отраслях естественных наук, открыли новые возможности в понимании строения геномов человека и других сложных организмов. Ученые научились соединять ДНК из разных организмов, определять и выделять сегменты ДНК, кодирующие нужный белок, определять нуклеотидные последовательности в больших фрагментах ДНК.

Найти единственно нужный сегмент ДНК, содержащийся всего в одном гене, среди огромного количества генетического материала клетки организма человека столь же трудно, как отыскать иголку в стоге сена. Решение данной проблемы дает применение рекомбинантных ДНК. Фрагменты ДНК клетки встраиваются в миллион быстро делящихся бактерий. Каждая из бактерий, которые выращиваются отдельно, дает целую колонию своих потомков. Применяя методы диагностики, чувствительные к определенной функции гена, находят колонию бактерий, содержащую новый ген. Каждая из быстро растущих колоний бактерий дает миллиарды одинаковых копий каждого гена. Поэтому такой ген можно выделить из бактерий в химически чистом виде. С помощью такого процесса – клонирования – очищены сегменты ДНК более 100 различных генов человека. Еще большее число генов выделено из простейших организмов, таких, как дрожжи.

В 1997 г. появилось сообщение о выращенной методом клонирования овце. Шотландский ученый Ян Вильмут и его коллеги получили из клетки взрослой овцы ее генетическую идентичную копию – известного теперь во всем мире ягненка Долли. Овца Долли, говоря общедоступным языком, не имеет отца, – ей дала начало клетка, содержащая двойной набор генов матери. Как известно, любая клетка взрослого организма, так называемая соматическая клетка, несет полный набор наследственного вещества. Половые же клетки имеют только половину генов. При зачатии такие половинки – отцовская и материнская – соединяются и образуют новый организм. Искусственное выращивание нового животного из соматической клетки – это создание генетически тождественного существа, процесс, который и называется клонированном. Работы по клонированию растений, простейших живых организмов начались еще в 60-е годы последнего столетия. Росли масштабы и сложность таких работ. Однако клонирование млекопитающих из соматической клетки впервые удалось осуществить только в 1997г. Подобные опыты были мечтой нескольких поколений генетиков. Некоторые ученые уверены в реальной возможности повторить данный эксперимент и для человека. Тем не менее остается предметом дискуссий вопрос о нравственных, социальных, биологических и других последствиях такого рода экспериментов.

1. В чем заключается сущность метода научного познания Декарта?

2. Как контролируется достоверность научных знаний?

3. Что составляет основу научной теории?

4. Какова роль эксперимента и опыта в постижении естественно-научной истины?

5. Чем обусловливается неточность экспериментальных результатов?

6. Назовите основные положения теории естественнонаучного познания.

7. Охарактеризуйте три стадии естественно-научного познания истины.

8. Что означает относительность естественно-научных знаний?

9. В чем заключается единство эмпирического и теоретического познания?

10. Какова роль ощущений и представлений в процессе познания?

11. Как устанавливается научный факт?

12. Что такое эксперимент? Чем отличается эксперимент от наблюдения?

13. Каковы особенности современных технических средств эксперимента?

14. Назовите основные формы мышления.

15. На чем основывается научное предвидение?

16. В чем заключается методология естествознания?

17. Дайте краткую характеристику методов и приемов естественно-научных исследований.

18. Что такое научное открытие?

19. Какова роль творческого воображения в научном поиске?

20. Как строится научное доказательство?

21. Назовите основные аргументы, определяющие практическую направленность эксперимента.

22. Из каких этапов состоит эксперимент?

23. Охарактеризуйте роль изобретательной и конструкторской работы на подготовительной стадии эксперимента?

24. Как повышается точность экспериментальных измерений?

25. Какие операции включает обработка экспериментальных результатов?

26. В чем заключается специфика современных экспериментальных и теоретических исследований?

27. Назовите причины оторванности теории от эксперимента.

28. В каких трех направлениях, важных для эксперимента, развивается лазерная техника?

29. Для чего применяется синхротронное излучение?

30. Какие процессы и свойства исследуются с помощью метода ядерного магнитного резонанса?

31. Дайте краткую характеристику возможностей оптической и масс-спектроскопии.

32. Что можно определить методами рентгеноструктурного анализа и нейтронографии?

33. В каких материалах и когда обнаружена высокотемпературная сверхпроводимость?

34. Охарактеризуйте специфику и преимущества химического лазера.

35. Для чего применяются молекулярные пучки?

36. Назовите основные достижения современного естествознания.

Изучать что-либо и не задумываться

над выученным – абсолютно бесполезно.

Задумываться над чем-либо, не изучив

предмет раздумий, – опасно.

Противопоставление двух культур имеет корни в реально существующих различиях методов познания мира в научной и гуманитарно-художественной практике.

Конечная цель и ученого и художника одна - понять мир и место человека в мире; средства ее достижения могут быть различными. В чем же состоят эти различия?

1. Естественнонаучное знание объективно , гуманитарное - субъективно .

Естествоиспытатель имеет дело только с материальными явлениями, обусловленными объективными законами. Объяснение же социальных или культурных событий включает как анализ объективных причин, приведших к их возможности или даже необходимости, так и схубъективных мотивов, мыслей и переживаний тех, кто их совершает. Но чужая мысль не дана исследователю непосредственно, поэтому процесс реконструкции принципиально не может быть освобожден от влияния личности исследователя. Вследствие этого гуманитарный метод допускает отсутствие однозначных, общеобязательных выводов, что для знания естественнонаучного было бы недопустимо.

2. Гуманитарное знание исторично , естественнонаучное - не обязательно.

Состояние общества или культуры в данный момент нельзя понять, не обращаясь к прошлому, к истории возникновения этого состояния. В естественных же науках предыстория системы зачастую несущественна: все определяется ее состоянием в настоящий момент. Так, химику для анализа состава образца не обязательно знать, откуда его принесли. Вероятность распада радиоактивного ядра в следующую секунду не зависит от возраста ядра.

3. Предмет гуманитарно-художественного познания индивидуален, предмет естественнонаучного познания типичен.

В естественных исследованиях ученый не интересуется индивидуальными, неповторимыми особенностями изучаемых объектов, старается отвлечься от них. Однако для филолога «Преступление и наказание» - не только типичный образец русской литературы XIX в., но и уникальное произведение, ценное именно своей неповторимостью. Ученые-естественники прикладывают массу усилий, чтобы обеспечить себя измерительными приборами, как можно более близкими к эталону. Они выводят линии специальных, генетически почти идентичных друг другу лабораторных животных, стараются работать с как можно с более чистыми (а значит, одинаковыми) образцами веществ. Гуманитарии же собирают в музеях реликвии, ценные именно своей уникальностью, иевоспроизводимостью.

4. Гуманитарный метод в отличие от естественнонаучного создает не только знание , но и мнение , оценку познаваемого предмета.

Гуманитарное познание, кроме описания и объяснения явлений окружающей реальности, еще и оценивает их (хорошо - плохо, красиво - безобразно, справедливо - несправедливо). Здесь знание обязательно сопровождается мнением , выражающим отношение исследователя к предмету. Явления же, изучаемые естествознанием, не добры и не злы, сами по себе они не имеют ценности. Дело в том, что морально-этические оценки возможны лишь при наличии свободы выбора. Человек может выбирать, подчиняться или нет закону, запрещающему красть, но он не волен подчиняться или не подчиняться закону всемирного тяготения. Можно спорить о том, благом или злом оказывается развитие ядерной энергетики (которое зависит от нас), но цепная реакция деления ядер как физическое явление не хороша и не плоха - она просто существует.

5. Гуманитарий неизбежно участвует в исследуемом процессе, естествоиспытатель стремится быть сторонним наблюдателем.

Обязательной составляющей научного метода является эксперимент (п. 1.7.1). В ходе эксперимента искусственно создаются условия, ограничивающие влияние всех факторов, кроме изучаемого.

Особое внимание уделяется тому, чтобы в максимально возможной степени исключить воздействие па ход событий со стороны исследователя и его измерительных приборов.

В социокультурном познании все совершенно иначе. Во-первых, сама возможность создания искусственных условий сильно ограничена как недостатком материальных ресурсов, так и соображениями этического характера. Попробуйте представить, с какими проблемами пришлось бы столкнуться, пожелай вы провести исторический или юридический эксперимент! Во-вторых, гуманитарий, как правило, изменяет то, что хочет познать. Какое бы объективное и беспристрастное исследование ни провел социолог, его результаты, влияя на выбор политики, изменяют социальную реальность. Недаром во многих странах в последние дни перед выборами запрещена публикация результатов зондирования общественного мнения. Художник, стараясь постичь законы красоты, создает картины и тем самым формирует новые представления о прекрасном и безобразном. Естественно, при этом не может быть речи о воспроизводимости результатов: любой деятель искусства хорошо знает, что настоящий шедевр неповторим.

6. Гуманитарная культура опирается па язык образов, естественнонаучная - на язык терминов и чисел.

Естественные науки используют четкий формализованный язык терминов , значения которых понимаются однозначно любым ученым. Идеалом, восходящим к Галилею, который сказал: «Великая книга природы написана на языке математики», здесь является математическая модель (п. 1.7.3) природного явления, оперирующая с точно измеримыми величинами по раз и навсегда заданным правилам.

Достижения же гуманитарной культуры могут быть вообще выражены не словами, а только образами (картины, статуи, музыкальные произведения). Если же говорить о гуманитарных науках , то они не могут ограничиться только специальной терминологией и вынуждены обращаться к возможностям естественного языка - нестрогого, многозначного и образного. Причина гут, во-первых, в чрезвычайной текучести, подвижности социально-культурных явлений, которую трудно описать жесткими терминами с фиксированными, застывшими значениями. Во-вторых, предмет исследования здесь доступен не только специалистам, и потому люди дают ему название, не дожидаясь, пока это сделает ученая комиссия по терминам. В-третьих, дело еще и в том, что почти никакие характеристики людей, предметов искусства, общественных отношений не поддаются точному измерению или определению. Попробуйте объяснить, что такое «добрый»! А в каких единицах измерить талант художника или прогрессивность общественной реформы?

Последующие события в сфере методологии науки были связаны с критикой эссенциализма и утверждением нового взгляда на харак­тер отношения научного знания к исследуемой реальности - обосновывалась вероятностная концепция естественнонаучного знания. Это происходило в Новое время (XVII в.). В настоящее время еще нахо­дит отзвук доминировавшая до 70-80-х гг. XX в. трактовка отличи­тельных особенностей науки Нового времени, согласно которой для псе характерно:

1) установка на объективность за счет элиминации деформирующих знание субъективных факторов;

2) опора на опыт в форме эксперимента;

3) математизация научного знания;

4) отказ от ценностных ориентации в познании физического мира.

Это действительно те характеристики, которые будучи конкрети­зацией рационалистических мировоззренческих установок, в науке Нового времени получили наиболее последовательную реализацию и рефлексивное методологическое осмысление. Однако в исследова­ниях ряда англоязычных и российских авторов в 70-80-е гг. XX в. (Была продемонстрирована несостоятельность отмеченной трактовки практически по всем ее основным параметрам. Они показали:

1) что и античная, и средневековая наука были ориентированы на получе­ние объективного знания, называемого логосом, единым, идеями, сущ­ностями;

2) что и до Нового времени опытное знание принималось за основу, а эпоха Позднего Средневековья даже отмечена своеобраз­ным пафосом опытных исследований;

3) что и в античной науке идеалом организации и доказательности знания выступало матема­тическое знание (геометрия Евклида и метод исчерпания Евдокса);

4) что основоположники науки Нового времени связывали науку и ее результаты с вопросами о правильном устройстве общества и мо­ральности, т.е. научное знание в их понимании не было ценностно нейтральным феноменом культуры.

Одновременно доказывалось, что наиболее далеко идущим по своей значимости фрагментом методологии науки в Новое время явилась вероятностная концепция естественнонаучного знания, основу кото­рой составляет не утверждение идеала абсолютно достоверного фи­зического знания, не "элиминация субъекта", препятствующего объективности, а именно введение в нее субъекта, осмысление его принципиальной неустранимости и ключевой роли. Л.М. Косарева подчеркивает, что "Впервые в истории гносеологической мысли субъект познания осознается во всей его принципиальной неустра­нимости; впервые в истории культуры человек осознает, что ему не дана божественная способность в своем опыте безошибочно вычле­нять абсолютную, окончательную истину. Впервые разрушается уве­ренность (свойственная человеку Средних веков и Возрождения) в том, что он - "чудо природы", "любимое дитя Бога", "венец творе­ния", что он может стать "вторым Богом". Впервые человек сере­дины XVII в. осознает, что он всего лишь человек, противостоящий огромному миру, в котором ему не суждено слышать музыку сфер или читать мысли Бога. Бог неортодоксальных мировоззренческих систем далек человеку и непостижимы его тайные решения (Бог Декарта, Паскаля, Бойля и Ньютона). Впервые бытие раскалывается на два уровня - "бытие в себе" (Бог и природа) и мир человека, и впервые телесная Вселенная перестает постулироваться как до конца прозрачная, умопостигаемая для человека".

Становление новых методологических ориентации происходило под воздействием ряда разнохарактерных факторов. Отмечают действие социальных условий, которые с развитием капитализма приобрел! невиданную доселе динамичность и непрогнозируемость, стимулируя тем самым расширение горизонта творческих поисков и антидогма­тические настроения ученых. Срабатывали, безусловно, внутринаучные факторы, в частности, все более частыми становились ситуации, связанные с осознанием проблематичности и неполноты интерпрета­ций экспериментальных данных, основанных на прежних "самоочевид­ных" принципах. В этих случаях возникала необходимость осмысле­ния содержания и генезиса данных принципов, что, в свою очередь, выводило внутринаучную рефлексию на уровень философско-методологической рефлексии.

Доминирующими философскими течениями Нового времени, сформировавшимися под воздействием отмеченных факторов, являются эмпиризм и рационализм.

Эмпиризм в широком смысле - это учение в теории познания, согласно которому чувственный опыт является единственным источником знаний, их основой и критерием истинности.

Основоположник эмпиризма Ф. Бэкон в своем философском на­следии "отреагировал" практически на все трансформации совре менной ему духовной атмосферы и социальной реальности, так или иначе связанные с положением и ролью науки в обществе. Он изве­стен как противник прямолинейной схоластической теологизации науки, провозвестник ее могущества как преобразующей силы, крити­ческий аналитик человеческого разума (выявивший его "призраки" или "идолы", препятствующие адекватному познанию природного мира), создатель индуктивной логики как инструмента обработки данных опыта и превращения их в достоверное знание.

Сформулированная Ф. Бэконом система правил индуктивного вывода базируется на определенной совокупности онтологических, гносеологических и логических предпосылок, выраженных им с раз­личной степенью отчетливости. С полной определенностью логико-методологическую проблему правил индуктивного вывода он ставит в контекст своих гносеологических представлений о двух видах зна­ний (плодоносных, направленных на решение практических задач, и светоносных, направленных на объяснении явлений), связывая ее со вторым видом, а также о трех путях познания, встраивая ее в рас­суждения о третьем пути ("пути пчелы", предполагающем сораз­мерность усилий исследователя, направленных как на накопление фактов, так и на их объяснение). Вместе с тем исключительно важ­ное значение имел ее онтологический контекст, выраженный в уче­нии Ф. Бэкона о природах и формах. Природы - это наблюдаемые человеком многообразные свойства вещей, явлений, процессов, тре­бующие своего причинного объяснения. Формы - это (при всех за­фиксированных исследователями творчества Ф. Бэкона разночте­ниях) сущности природ и их причины. Вопрос о количестве форм остался нерешенным, хотя в принципиальном плане позиция анг­лийского философа полнее определенна - число их конечно. Выяв­ление форм, лежащих в основе природ - это и есть главная задача науки, а создание средств и методов их выявления - главная задача философии.

Считая неприемлемым дедуктивный метод, допускающий в каче­стве своей основы (общей или большей) посылки надуманные схола­стические конструкции, Ф. Бэкон разрабатывает правила индуктив­ного вывода, обеспечивающие, на его взгляд, правильный путь восхож­дения от природ к формам, т.е. причинное объяснение наблюдаемых свойств вещей (явлений, процессов). Они объединялись в виде трех взаимосвязанных "таблиц представления примеров (инстанций) ра­зуму": таблица присутствия, таблица отсутствия, таблица степеней. Первая таблица ориентирует исследователя на фиксацию примеров, в которых присутствует свойство, требующее объяснения. Поскольку набор инстанций, как правило, окажется неполным, желательно обес­печить их максимально возможное разнообразие, чтобы было видно, по каким еще свойствам (наряду с объясняемым) сходны между собой инстанции. Вторая таблица объединяет инстанции, где подле­жащее объяснению свойство отсутствует, придерживаясь при этом установки на подбор таких инстанций, которые как можно меньше по набору присущих им свойств отличаются от инстанций первой группы. Перечень такого рода инстанций также не будет полным. Третья таблица объединяет примеры (инстанции), в которых объяс­няемое свойство проявляется с различной степенью интенсивности.

Согласно схеме индуктивного вывода в рамках первой таблицы делается вывод, что постоянно сопутствующий объясняемому свой­ству фактор и есть его причина. Однако эта схема базируется на ненадежных допущениях о том, что искомая форма (причина), не­пременно должна быть фиксируемой в чувственной форме, что число форм конечно, как и конечно число свойств в составе инстанций, а также на сомнительном допущении о том, что исследователь подби­рает инстанции с заведомо существенными для решения конкретной задачи свойствами. Рассуждение по схеме второй таблицы наводит вывод, согласно которому причиной объясняемого свойства может быть фактор, сопряженность которого с этим свойством подтверж­дается путем доказательства от противного (отбрасываются те фак­торы в инстанциях первой таблицы, которые зафиксированы во вто­рой таблице, где анализируемое свойство не наблюдается). Однако нередко оказывалось, что рассуждая по схеме второй таблицы, невоз­можно было элиминацию факторов довести до того, чтобы оставался единственный фактор, который и следовало бы считать причиной объясняемого свойства. Оставшиеся факторы сопоставлялись согласно схеме третьей таблицы, где анализировалась динамика интенсивности объясняемого свойства и характер ее сопряженности с динамикой предполагаемой причины. Считалось, что причиной объясняемого свойства не может быть фактор, возрастание которого сопряжено с уменьшением интенсивности данного свойства и, наоборот (умень­шение интенсивности фактора при возрастании интенсивности свой­ства), а также если свойство остается неизменным при изменениях фактора и, наоборот, если интенсивность свойства изменяется при стабильном состоянии фактора. Если такие ситуации наблюдались в действительности, исследователю предстояло возвратиться к схеме первой таблицы, расширив при этом набор инстанций. Если же ди­намика интенсивности свойства и фактора оказывалась однонаправ­ленной, можно было считать, что данный фактор является причиной объясняемого свойства.

Свои логические конструкции Ф. Бэкон подтверждает анализом процесса выявления причины тепла, как эмпирически фиксируемого свойства материальных образований, вводя в его контекст обшир­ный круг явлений и знаний. В итоге он приходит к выводу, что фор­мой (причиной) тепла является движение мелких частиц, распираю­щее в стороны и идущее изнутри вовне и несколько вверх,только первая часть которого оказалась истинной.

Явное преувеличение роли правил индуктивного вывода и недо­оценка других средств и методов научного поиска были одной из причин того, что Ф. Бэкон (при всем его "научном" пафосе) оказался существенно дистанцированным от реальных ситуаций в науке своего времени: он неадекватно оценил астрономическую систему Н. Копер­ника, открытие логарифмов, проигнорировал открытые И. Кеплером законы движения планет, опыты Мерсенна, доказавшего связь любого света (в том числе и лунного) с теплотой, а также опыты У. Гильберта с магнитными явлениями. Это было замечено еще его современни­ками. В частности, У. Гильберт достаточно резко отметил, что Ф. Бэ­кон пишет свою философию "как лорд-канцлер", т.е. будучи уверен­ным, что никто не может ее оспаривать, помня высокий социальный статус автора, для которого этот статус - главный аргумент досто­верности написанного. Разумеется, такого рода крайность не может быть принята как итоговая оценка творческих результатов Ф. Бэкона в сфере методологии науки, поскольку и сами разработанные им правила индуктивного вывода, и сопутствующие им дополнитель­ные правила, а также ряд посылок общеметодологического уровня (прием альтернативной дизъюнкции, правило ограничения инстан­ций их "прерогативными" вариантами, правила активного экспери­мента, правило "пограничных примеров" и "примеров соединения", правила опытов "перекрестка", принцип опровергаемости теорети­ческих построений и др.) доказали свою продуктивность, в том числе и в современной науке.

Рационализм - это учение в теории познания, согласно которому источником достоверных знаний является деятельность человечес­кого ума, выступающего носителем определенного рода предпосылочного знания, способностей и предрасположений к деятельности по производству знаний. Согласно этому учению достоверные знания не могут быть получены из опыта и выведены из его обобщений.

Основоположник рационализма Р. Декарт, также как и Ф. Бэкон, не ограничивал свои философско-методологические исследования рамками сугубо внутринаучного контекста, обосновывая необходи­мость создания науки, которая могла бы быть полезной в сфере прак­тической деятельности. Идеал такой науки (как и философии) - единая система знания, основу которой составляют наиболее общие положения (первоначала). В системе философского знания они из­ложены в метафизике, в научном знании - это основные постулаты и правила логики и математики, представляющие собой "врожден­ные идеи" присущие сознанию познающего субъекта изначально и независимо от содержания предстоящей исследовательской работы, а также наиболее общие понятия и принципы, коррелирующие со спецификой конкретной предметной области. Их генезис Р. Декарт связывает с ясностью и очевидностью, необходимыми при их выдви­жении, рассматривая этот процесс в едином контексте своего пред­ставления о правилах научного метода: "Первое - никогда не при­нимать за истинное ничего, что я не признавал бы таковым с оче­видностью, т.е. тщательно избегать поспешности и предубеждения и включать в свои суждению только то, что представляется моему уму столь ясно и отчетливо, что никоим образом не сможет дать повод к сомнению.

Второе - делить каждую из рассматриваемых мною трудностей на столько частей, сколько потребуется, чтобы лучите их разрешить.

Третье - располагать свои мысли в определенном порядке, начи­ная с предметов простейших и легкопознаваемых, и восходить, мало-помалу, как по ступеням, до познания наиболее сложных, допуская существование порядка даже среди тех, которые в естественном ходе вещей не предшествуют друг другу.

И последнее - делать всюду перечни настолько полные и обзоры столь всеобхватывающие, чтобы быть уверенным, что ничего не про­пущено".

Правила научного метода Р. Декарта не содержали ориентации на заведомое преуменьшение и тем более игнорирование роли опыта в исследовании. Однако общая схема познавательного процесса явным образом базировалась на представлении о нем как движении от ис­тинных общих начал к знанию частного характера по правилам де­дуктивного вывода. Все, что было охвачено такого рода дедукцией, квалифицировалось в качестве научного знания, истинность которого гарантировалась качеством общих посылок (начал) и соблюдением правил дедуктивного вывода. Вместе с тем он вполне определенно осознавал недопустимость отождествления структуры логических свя­зей знания, с одной стороны, и многообразных (в том числе причин­ных) связей исследуемой реальности - с другой, отмечая, что не все следствия определенного логического основания с необходимостью реализуются, что одно и то же следствие может иметь различные логические основания. Критерием демаркации выступают чувствен­ные данные. Французский философ называет их "слушными", "тем­ными и неясными", придя в итоге к компромиссной позиции, согласно которой чувства дают чаще истинные, чем ложные сведения о мире.

Такая позиция индуцировала ряд новых проблем чувственного познания и конструктивной интеллектуальной работы исследователя, которые в то время не могли получить сколь-нибудь приемлемое решение. В этой ситуации наиболее действенным оказался крити­ческий фактор, а именно, наличие бдительной оппозиции практически любому интеллектуальному нововведению со стороны представите­лей скептицизма, получившего в XVII в. вторую жизнь, т.е. масштабы распространения и степень воздействия на умы просвещенной части общества, сравнимые лишь с Античностью.

Что же служило основой рационализма и гносеологического оп­тимизма ученых Нового времени в обстановке нарастающего интел­лектуального напряжения, стимулируемого осознанием неабсолют­ности своего знания? Считалось, что математическое знание, как об­разец рациональности и полной достоверности, его принципиальная неустранимость из сферы подлинно научного знания обеспечивают последнему приемлемый уровень достоверности, более высокий, чем данные опыта. "В последние годы XVI и первые XVII в., - подчер­кивает Ортега-и-Гассет, - т.е. в то время, когда размышлял Декарт, западный человек верил, что мир обладает рациональной структу­рой, иными словами, что организация реальности совпадает с органи­зацией человеческого ума, разумеется, с самой "чистой" его формой: с "чистым" или математическим "разумом"... Те, кто считал наблю­дения и эксперимент самыми характерными чертами новой науки, совершали непоправимую ошибку. Не сведения извне, не глаза и уши были той твердой почвой, на которую уверенно опирались Де­карт и Галилей - каковы бы ни были их взаимные разногласия, - а математические символы, возникающие в собственном сознании человека, чрезмерно замкнувшегося в себе".

Следует помнить о существенном различии в индивидуальных позициях ученых Нового времени и эволюции их методологических представлений. Ф. Бэкон, явно абсолютизировавший роль экспери­ментального знания, и Галилей склонялись к эссенциализму. Р. Де­карт, наиболее известный широкому читателю как сторонник кон­цепции "самоочевидных" истин (в системе научного знания они яв­ляются исходными положениями), в дальнейшем эволюционировал в сторону вероятностной концепции и, став ее основоположником, ради­кально повлиял на последователей Ф. Бэкона. И. Ньютон, деклариро­вавший знаменитое "Гипотез не измышляю", прекрасно осознавал невозможность получения достоверного знания на основании лишь опытных данных. Он предпочел не задаваться метафизическими воп­росами о природе исследуемых явлений (например о природе тяготе­ния), найдя после напряженных размышлений теологического харак­тера приемлемую "волюнтаристскую" концепцию отношения бога и мира, поскольку она избавляла от необходимости поиска ответа на вопрос о сущности (природе) исследуемых явлений и тем самым сни­жала остроту традиционной для эмпириков проблемы достоверности индуктивных выводов. В русле "теологии воли" (учения, заложенного еще Августином) он ставил, по словам Дж. Роджерса, "события, про­исходящие в мире, в зависимость не от необходимости, но от воли Бога. Единственный путь к знанию о мире должен лежать через опыт, ибо нет другого пути к познанию воли Бога в ее отношении к миру".

Осуществляя экспериментальную исследовательскую работу, И. Нью­тон придерживался индуктивистских установок Ф. Бэкона. Его упо­мянутое "гипотез не измышляю" означало (более точно) "домыслов не сочиняю", поскольку И. Ньютон отказываясь от предположений, не подтвержденных экспериментальными данными, выражаемыми в математической форме, осмысленно использовал гипотезы как форму научного поиска. В разные периоды научного творчества он выдви­гал гипотезы об эфире, механической природе теплоты, атомистичес­ком строении вещества, мгновенной передаче гравитационного воз­действия.

В итоге о новой вероятностной концепции научного знания можно говорить как о модели, представляющей собой систему "равнодей­ствующих", полученных при сопоставлении позиций наиболее вид­ных представителей науки Нового времени. Однако доминирование декартовской системы было несомненным. Согласно ей система научного знания включает:

1) "ясные" и "отчетливые" идеи (это в основном положения и правила математики и логики);

2) знания о явлениях (данные наблюдений и опыта);

3) промежуточные знания гипотетического характера (менее общие по сравнению с идеями и не выводимые из них, но более общие относительно знаний о явле­ниях).

Центральным структурирующим элементом системы были не идеи, не эмпирические данные, а промежуточное знание - гипо­тезы, имеющие отчетливо выраженный вероятностный характер. От­сюда и квалификация всей концепции научного знания как вероят­ностной и главного метода познания как метода гипотез.

Критериями приемлемости гипотез были "фактуальные свидетель­ства" (данные наблюдения и опытов), а также моральная достовер­ность - принципиально новый критерий, вовлекающий в обоснова­ние научного знания человеческий субъективный фактор. Гипотеза (впрочем, как и научные факты, из которых исходил ученый при ее выдвижении) подлежала, во-первых, личностному моральному обо­снованию, т.е. выдвинувший ее исследователь должен быть убежден в ее необходимости, беря на себя в условиях "познавательной нео­пределенности" (фрагментарности эмпирических данных и непол­ной индукции) ответственность за новое теоретическое суждение. Во-вторых, научное сообщество, зорко следящее за "профессиональ­ной чистоплотностью" исследователя, принимало ее как обоснован­ную, лишь убедившись в том, что ее автор - человек, обладающий способностью к развитой систематической рефлексии, самостоятельно и критически мыслящий, не подверженный эмоциональному влия­нию, безупречно честный, в своей деятельности движимый мотивами служения истине и всеобщему благу.

Философия науки Нового времени отмечена достаточно опреде­ленным осознанием науки как специфического социокультурного явления, способного радикальным образом улучшить жизнь чело­века, сделать ее более безопасной и комфортной. Практически на протяжении всего данного исторического периода доминируют воз­зрения Ф. Бэкона о научном знании как силе, способной покорить природу, одновременно подчиняясь ей.

Ориентация философии науки Нового времени в осмыслении со­циокультурной специфики науки достигла апогея в эпоху Просве­щения. Ее девиз "Наука и прогресс" выражал уверенность в том, что человеческий разум способен познать природу, поскольку она устро­ена разумно, причем настолько глубоко и всесторонне, чтобы на ос­новании научного знания решить не только социально-экономичес­кие проблемы, но и объяснить такие феномены духовной жизни об­щества и отдельного человека как религия, вера, Бог, душа. Однако при этом данная эпоха не отмечена сколь-либо оригинальными ме­тодологическими концепциями.