Методы естественнонаучного познания

1. Структура и методы естественнонаучного  познания

     Естественнонаучное познание явлений и объектов природы структурно состоит из эмпирического и теоретического уровней исследования. Без сомнения, удивление и любопытство является началом научного исследования (на это впервые указывал Аристотель). Человек равнодушный, безразличный не может стать ученым, не может увидеть, зафиксировать тот или иной эмпирический факт, который станет научным фактом. Научным из эмпирического он станет, если подвергнуть его систематическому исследованию. На этом пути, пути поиска способа или метода исследования, первейшими и простейшими являются либо пассивное наблюдение, либо более радикальное и активное — эксперимент. Отличительной чертой истинного научного эксперимента от шарлатанства должна быть его воспроизводимость каждым и всегда (например, большинство так называемых паранормальных явлений — ясновидение, телепатия, телекинез и т. д. — этим качеством не обладают). Эксперименты могут быть реальными, модельными или мысленными. В двух последних случаях необходим высокий уровень абстрактного мышления, поскольку реальность замещается на идеализированные образы, понятия, представления, в действительности не существующие.

     Итальянский гений Галилей в свое время (в XVH в.) добился выдающихся научных результатов, поскольку стал мыслить идеальными (абстрактными) образами (идеализациями). Среди них были такие абстракции, как абсолютно гладкий упругий шар, гладкая, упругая поверхность стола, в мыслях замененная идеальной плоскостью, равномерное прямолинейное движение, отсутствие сил трения и др.

     Без идеализации нет современного естествознания и современной науки, но она не конечная, а всего лишь промежуточная  цель исследования. Главная цель науки  — выдвижение гипотез и теорий как эмпирически подтвержденных гипотез. Выдвижению гипотез может  предшествовать некоторое эмпирическое обобщение, сделанное на основании  эмпирических исследований, собирания и творческого осмысления неупорядоченных фактов. Великий русский натуралист и мыслитель XX века Владимир Вернадский отмечал, что «эмпирическое обобщение опирается на факты, индуктивным путем собранные, не выходя за их пределы и не заботясь о согласии или несогласии полученного вывода с другими существующими представлениями о природе...».. Фактически на этом этапе заканчивается эмпирический уровень исследования, и далее начинается исключительно рациональный — теоретический.

     На  теоретическом уровне необходимо придумать  некоторые новые, ранее не имевшие  места в данной науке понятия, выдвинуть гипотезу. Продолжая развивать  приведенную выше мысль, Вернадский писал: «При гипотезе принимается во внимание какой-нибудь один или несколько  важных признаков явления и на основании только их строится представление  о явлении, без внимания к другим его сторонам. Научная гипотеза всегда выходит за пределы фактов, послуживших  основой для ее построения. (Особо  обратите внимание на то, что эмпирическое обобщение не выходит за пределы  собранных фактов, а гипотеза —  выходит). Далее в научном исследовании необходим возврат к эксперименту с тем, чтобы не столько проверить, сколько опровергнуть высказанную  гипотезу и, может быть, заменить ее на другую. На данном этапе познания действует принцип фальсифицируемости научных положений. Так, создатель этого принципа К. Поппер писал: «Нам следует привыкнуть понимать науку не как «совокупность знаний», а как систему гипотез, т. е. догадок и предвосхищений, которые в принципе не могут быть обоснованы, но которые мы используем до тех пор, пока они выдерживают проверки, и о которых мы никогда не можем с полной уверенностью говорить, что они «истинны», «более или менее достоверны» или даже «вероятны»». Прошедшая проверку гипотеза приобретает статус закона (иногда закономерности, правила) природы. Несколько законов из одной области явлений образуют теорию, которая существует до тех пор, пока остается непротиворечивой фактам, несмотря на возрастающий объем все новых экспериментов. Итак, наука — это наблюдения, эксперименты, гипотезы, теории и аргументация в пользу каждого из ее этапов развития.

     Хотя  в методологическом отношении разделение научного исследования на эмпирический и теоретический уровни весьма полезно, практически осуществлять его чрезвычайно  сложно. Оценивая ситуацию в физике первой половины XX века, Альберт Эйнштейн писал: «...с принципиальной точки  зрения желание строить теорию только на наблюдаемых величинах совершенно нелепо. Потому что в действительности все обстоит как раз наоборот. Только теория решает, что именно можно  наблюдать... Подлежащий наблюдению процесс  вызывает определенные изменения в  нашей измерительной аппаратуре...*. Последнее обстоятельство позволило  датскому физику Нильсу Бору и русскому советскому физику Владимиру Фоку сформулировать принцип относительности к средствам  наблюдения, в котором объекту  исследования приписывается реальности не меньше, чем прибору, а его свойства не сводятся к свойствам прибора. Это явилось обобщением старого  принципа относительности Галилея.

     Описанные выше уровни научного познания представляют собой методы эмпирического и  теоретического освоения действительности. Родоначальниками метода и методологии  в науке, как уже отмечалось выше, были Ф. Бэкон и Р. Декарт в XVII веке. «Под методом, — писал Декарт, — я разумею точные и простые правила, строгое соблюдение которых ...без лишней траты умственных сил, но постепенно и непрерывно увеличивая знания, способствует тому, что ум достигает истинного познания всего, что ему доступно». Метод выполняет и другую важную, если не важнейшую роль: делает деятельность исследователей единообразной, уравнивает способности участников исследования, вооружая их единым инструментом.

     Методы  принято подразделять либо по степени  их общности, либо по принадлежности к  тому или иному уровню познания. В первом случае это всеобщие, общенаучные  и конкретно-научные или частные. Во втором — это эмпирические и теоретические методы. Всеобщие методы были порождены античной и средневековой натурфилософией и диалектикой познания, являются общефилософскими и называются метафизическим и диалектическим методами. С середины XIX века метафизический метод, как принято сейчас считать, фактически себя изжил. В диалектическом методе можно выделить такие его виды: анализ, синтез, абстрагирование, аналогия, классификация.

     Сущность  и особенность общенаучных методов  следует связывать с уровнем  познания. На эмпирическом уровне это наблюдение, описание, эксперимент, измерение, на теоретическом уровне — абстрагирование, идеализация, формализация, аксиоматизация, гипотезирование (выдвижение гипотез) или гипотетико-дедуктивный метод.

Гипотезирование — это создание системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах. Кратко о сущности некоторых из методов.

Анализ —  расчленение, разделение объекта на составные части с целью их отдельного изучения.

Синтез —  соединение ранее расчлененных частей объекта (предмета, явления) в единое целое.

Абстрагирование — отвлечение от несущественных признаков, свойств, качеств объекта.

Моделирование — создание образа объекта (явления).

Аналогия, или  подобие — перенесение сходства в одних признаках на сходство и в других признаках.

Классификация — систематизация, описание по группам  признаков.

Особо остановимся  на абстрагировании, моделировании  и модели объекта или явления. Своими корнями абстрагирование  уходит в практическую, чувственно-объектную  деятельность человека по преобразованию окружающей природы. Человек никогда  не имел и не имеет дела с окружающей средой во всей ее полноте сразу: самые  элементарные формы его трудовой деятельности представляют собой практические операции по разделению и соединению элементов объективной действительности. Фактически это было не чем иным, как процессом абстрагирования и конструирования, правда, не мысленным актом, а материальным действием в самой реальной жизни.

     Неотъемлемой  чертой абстрагирования является вычленение и фиксация исследуемых свойств  объекта. Рассматриваемое в этом смысле абстрагирование представляет собой моделирование изучаемого объекта. Изучая свойства и признаки явлений окружающей нас действительности, мы не можем познать их сразу во всем объеме, а подходим к их изучению постепенно, раскрывая шаг за шагом  все новые и новые свойства. Тогда моделирование — это  изучение объекта (оригинала) путем  создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих познание. Модель же всегда должна соответствовать объекту  — оригиналу в тех его свойствах, которые подлежат изучению, но в  то же время отличаться от него заведомым  упрощением по ряду других признаков, что делает модель удобной для  исследования интересующего нас  объекта.

     Модели, применяемые в обыденном и  научном познании, можно разделить  на два больших класса: материальные и идеальные. Первые являются природными объектами, подчиняющимися в своем  функционировании естественным законам. Вторые представляют собой идеальные  образования, зафиксированные в  соответствующей знаковой форме  и функционирующие по законам  созданной нами логики мышления. Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для  прогнозирования процессов, протекающих  в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При  этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.

     Модель  явления не тождественна самому явлению, она только дает некоторое представление  для его понимания, некоторое  приближение к действительности. Но в модели учтены все предполагаемые признаки явления, которые кладутся в основу модели. Эти предположения могут быть весьма грубыми и, тем не менее, давать вполне удовлетворительное приближение к реальности. Конечно, для одного и того же явления можно предложить не одну, а несколько альтернативных моделей. История науки оставила нам в наследство огромное число такого рода примеров. Например, в оптике в течение последних трех столетий рассматривалось несколько моделей света: корпускулярная (Ньютона), волновая (Гюйгенса, Френеля) и электромагнитная (Фарадея, Максвелла). Окончательной моделью на сегодня, согласно великой теории Джеймса Максвелла, стала электромагнитная. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Концепции биологических уровней  организации живой  материи

     Все объекты живой и неживой природы  можно представить в виде определенных систем, обладающих конкретными особенностями  и свойствами, характеризующими их уровень организации. С учетом уровня организации можно рассматривать  иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц, представляющих собой первоначальный уровень организации  материи, и заканчивается живыми организациями и сообществами - высшими  уровнями организации.

     На  разную степень организации живой  материи обращали внимание ученые разных времен. Еще в прошлом столетии немецкий ботаник М. Шлейден утверждал о различном порядке организованности живых тел. К тому времени была создана клеточная теория живой материи. Немецкий биолог-эволюционист Э. Геккель считал прото-плазму клетки неоднородной и состоящей из частиц, названных им пластидулами. По мнению английского философа Г. Спенсера (1820-1903), пластидулы не статичны, а находятся в состоянии постоянной функциональной активности, в связи с чем они были названы физиологическими единицами. Таким образом утверждалась идея дискретности, т. е. делимости живой материи на составные части более низкой организации, которым приписывались вполне определенные функции.

     Концепция структурных уровней живой материи  включает представления системности  и связанной с ней органической целостности живых организмов. Однако история теории систем начиналась с механистического понимания организации живой материи, в соответствии с которым все высшее сводилось к низшему: процессы жизнедеятельности - к совокупности физико-химических реакций, а организация организма - к взаимодействию ее молекул, клеток, тканей, органов и т. п. Качественные особенности живых организмов отрицались. В то время один из представителей физиологического детерминизма, французский физиолог и патолог К. Бернар (1813- 1878), считал, что все структуры и процессы в многоклеточном организме определяются внутренними причинами, природа которых пока не расшифрована.

     Исторически сложилось так, что понятия "структурные  уровни" ввели не биологи, а философы. Концепция структурных уровней  впервые была предложена в 20-х годах  нашего столетия. В соответствии с  данной концепцией структурные уровни различаются не только по классам  сложности, но и по закономерностям  функционирования. Кроме того, концепция  включает иерархию структурных уровней, в которой каждый последующий  уровень входит в предыдущий, образуя таким образом единое целое, где низший уровень содержится в самом высоком. Таким образом понятие уровней организации сливается с органической целостностью.

     Концепция структурных уровней получила дальнейшее развитие. Она наиболее полно отражает объективную реальность, сложившуюся  в ходе исторического развития живой  природы. На рис. 8.1. представлена наглядная  схема иерархии структур живой и  неживой природы. Данная схема наиболее полно отражает целостную картину  природы и уровень развития не только биологии, но и всего естествознания, с развитием которого будут уточняться естественно-научные концепции, а вместе с ними непременно будет совершенствоваться иерархия структур живой и неживой природы. 
 
 
 
 
 
 

3. Задача. В чем состоит  сущность гипотезы «  горячей Вселенной» и кто ее автор?

Гео́ргий Анто́нович Га́мов, также известен как Джордж Гамов —

 советский  и американский физик - теоретик, астрофизик и популяризатор науки.

Его гипотеза о физических процессах во Вселенной, согласно которой в далеком прошлом, в моменты, предшествующие возникновению Вселенной в результате «большого взрыва», Вселенная имела значительно большую, чем сейчас, плотность материи и очень высокую температуру (изображаемую фантастическим числом — единицей с тридцатью двумя нулями). После «большого взрыва» Вселенная начала расширяться, а температура образующихся областей пространства Вселенной снижаться. Решающим подтверждением гипотезы является открытие предсказанного Гамовым реликтового излучения (термин предложен советским астрофизиком Иосифом Шкловским), констатирующим современную температуру открытого космического пространства исключительно маленькой величиной — в 2,73 К. В настоящее время некоторые ученые трактуют реликтовое излучение как мировой эфир.