Концепции современного естествознания

3. Соединенный метод сходства и различия: если два и большее число случаев, когда наступает данное явление, сходны только в одном условии, в то время как два или более случаев, когда данное явление отсутствует, отличаются от первых только тем, что отсутствует это условие, то это условие, вероятно, и есть причина наблюдаемого явления.

4. Метод сопутствующих изменений: если с изменением условий в той же степени меняется некоторое явление, а остальные обстоятельства остаются неизменными, то, вероятно, данное условие является причиной наблюдаемого явления.

5. Метод остатков: если сложные условия производят сложное действие и известно, что часть условий вызывает определенную часть этого действия, то остающаяся часть условий вызывает остающуюся часть действия.

Дедукция - это движение мысли от общих положений к частным или единичным. Дедукция - общенаучный метод, но особенно большое значение дедуктивный метод имеет в математике. В науке Нового времени разрабатывал и пропагандировал дедуктивно-аксиоматический метод познания выдающийся философ и математик Р. Декарт. Его методология была прямой противоположностью эмпирическому индуктивизму Бэкона.

Из общего положения, что все металлы обладают электропроводностью, можно сделать вывод об электропроводности конкретной медной проволоки, зная, что медь - металл. Если исходные общие положения являются истинными, то дедукция всегда будет давать истинный вывод.

Наиболее распространенным видом дедукции является простой категорический силлогизм, в котором устанавливается отношение между двумя крайними терминами S и P на основании их отношения к среднему термину M. Например:

Все металлы (M) проводят электрический ток (P).

Важное место в теории дедуктивных рассуждений занимает также условно-категорическое умозаключение.

Утверждающий модус (modus ponens):

Если у человека повышена температура (a), он болен (b). У этого человека повышена температура (a). Значит, он болен (b).

Как видно, мысль здесь движется от утверждения основания к утверждению следствия: (a --› b,a) --› b.

Отрицающий модус (modus tollens):

Если у человека повышена температура (a), он болен (b). Этот человек не болен (не-b). Значит, у него нет повышенной температуры (не-a).

Как видно, здесь мысль движется от отрицания следствия к отрицанию основания: (a --› b, не-b) --› не-a.

Дедуктивная логика играет важнейшую роль в обосновании научного знания, доказательстве теоретических положений.

Аналогия и моделирование. Оба эти метода основаны на выявлении сходства в предметах или отношениях между предметами. Модель - искусственно созданное человеком устройство, которое в определенном отношении воспроизводит реально существующие предметы, являющиеся объектом научного исследования. Моделирование основано на абстрагировании сходных признаков у разных предметов и установлении между определенного соотношения между ними. С помощью моделирования можно изучать такие свойства и отношения исследуемых явлений, которые могут быть недоступны непосредственному изучению.

В хорошо известной планетарной модели атома его строение уподобляется строению Солнечной системы. Вокруг массивного ядра на разном расстоянии от него движутся по замкнутым траекториям легкие электроны, подобно тому, как вокруг солнца обращаются планеты. В этой аналогии устанавливается, как и обычно, сходство, но не самих предметов, а отношений между ними. Атомное ядро не похоже на Солнце, а электроны - на планеты. Но отношение между ядром и электронами во многом подобно отношению между Солнцем и планетами.

Аналогия между живыми организмами и техническими устройствами лежит в основе бионики. Это направление кибернетики изучает структуры и жизнедеятельность организмов; открытые закономерности и обнаруженные свойства используются затем для решения инженерных задач и построения технических систем, приближающихся по своим характеристикам к живым системам.

Таким образом, аналогия не только позволяет объяснить многие явления и сделать неожиданные и важные открытия, она приводит даже к созданию новых научных направлений или коренному преобразованию старых.

Виды моделирования.

Мысленное (идеальное) моделирование - построение различных мысленных представлений в форме воображаемых моделей. Например, в идеальной модели электромагнитного поля, созданной Максвеллом, силовые линии представлялись в виде трубок различного сечения, по которым течет воображаемая жидкость, не обладающая инерцией и сжимаемостью.

Физическое моделирование - воспроизведение в модели процессов, свойственных оригиналу, на основе их физического подобия. Оно широко используется для разработки и экспериментального изучения различных сооружений (плотин электростанций и т.п.), машин (аэродинамические качества самолетов, например, исследуются на их моделях, обдуваемых воздушным потоком в аэродинамической трубе), для изучения эффективных и безопасных способов ведения горных работ и т.д.

Символическое (знаковое) моделирование связано с представлением в качестве моделей разнообразных схем, графиков, чертежей, формул. Особой разновидностью символического моделирования является математическое моделирование. Символический язык математики позволяет выражать свойства, стороны, отношения объектов самой различной природы. Взаимосвязи между различными величинами, описывающими функционирование изучаемого объекта, выражается соответствующими уравнениями.

Численное моделирование на ЭВМ основывается на математической модели изучаемого объекта и применяется в случаях больших объемов вычислений, необходимых для исследования данной модели, для чего создается специальная программа. В этом случае в качестве модели выступает алгоритм (программа для ЭВМ) функционирования изучаемого объекта.

3. Формы научного знания

Осваивая действительность самыми разнообразными методами, научное познание проходит разные этапы. Каждому из них соответствует определенная форма знаний. Основными из них являются факт, теория, проблема (задача), гипотеза, программа.

Факт. В обычном смысле слова «факт» (от лат. factum - сделанное, совершившееся) является синонимом слова «истина», «событие», «результат». Как логическая форма факт - суждение о единичном. Например, «Земля обращается вокруг Солнца», «Вода при 100С превращается в пар».

Большую роль в выработке и накоплении фактов в естествознании всегда играли наблюдения и эксперименты. Можно утверждать, что наука начинается с фактов. Каждая научная дисциплина проходит длительный период их накопления. Для естественных наук он охватывает ХV-ХVII века, значительную роль в формировании фактической базы естествознания сыграли великие географические открытия.

Теория является логически организованной системой научных знаний, которая дает целостное и всестороннее описание объекта.

Структура научной теории:

исходный эмпирический базис - факты наблюдений и данные экспериментов;

исходный теоретический базис - аксиомы, постулаты, допущения, законы и т.д.

логический аппарат - правила вывода и доказательства;

совокупность выведенных следствий с их доказательствами.

Функции теории: 1) объяснительная; 2) систематизирующая; 3) предсказательная; 4) методологическая.

1) Объяснить факт - значит, подвести его под эмпирический или теоретический закон, если теория носит завершенный характер. Подчинение факта теории носит дедуктивный характер и принимает форму силлогизма.

2) В процессе систематизации факт (в результате объяснения) включается в более широкий контекст знаний, тем самым происходит установление связей факта с другими фактами и, таким образом, факты приобретают определенную целостность.

3) Предсказание реализуется в способности теории к дальним и точным прогнозам. Предсказательная мощь теории зависит главным образом от двух факторов: во-первых, от глубины и полноты познания сущности явлений, во-вторых, теоретическое предсказание находится в обратной зависимости от сложности и нестабильности исследуемого процесса, и чем сложнее и неустойчивее этот процесс, тем рискованнее прогноз. К самым простым системам причисляют, как известно, системы, изучаемые небесной механикой. Даже простые первоначальные обобщения астрономических наблюдений, сделанные древними китайцами более 2000 лет до н. э., позволили им с большой точностью предсказывать солнечные затмения. Геоцентрическая система Птолемея была более мощной в своих предсказаниях и позволяла предвидеть также расположения планет на небосклоне, моменты равноденствий и др. Пользуясь ею, прокладывали пути своих каравелл Колумб, Васко де Гама, Америго Веспуччи. Однако она была беспомощна во многих предсказаниях, в частности, при определениях длительности года, и, в конце концов, привела к созданию гелиоцентрической системы Коперника, где многие трудности тогдашней астрономии были преодолены.

4) Методологическая функция означает, что теория выступает в качестве опоры и средства дальнейшего исследования. Наиболее эффективный научный метод есть истинная теория, направленная на практическое применение, на разрешение определенного множества задач и проблем. Квантовая теория, например, - не только объяснение процессов атомного масштаба, но и действенный метод дальнейшего познания микромира.

Задача и проблема. Под научной задачей понимают решаемый наукой вопрос, имеющий достаточно средств для своего разрешения. Если же их недостаточно, то он называется научной проблемой. В структуре задачи или проблемы выделяются: 1) неизвестное (искомое); 2) известное (условие или предпосылки задачи или проблемы).

Итак, проблема - это такой научный вопрос, на который нельзя ответить, пользуясь имеющимися в наличии знанием и средствами. Осознание такой ситуации, когда невозможно старыми средствами решить данную задачу, означает наличие проблемной ситуации. Она характеризуется:

1) фиксацией существующего пробела в имеющемся знании, противоречия между знанием и незнанием, известным и неизвестным, осознанием невозможности имеющимися средствами объяснить какие-то факты;

2) осознанием материала и средств, имеющихся в распоряжении исследователя для достижения поставленной цели. Лишь на определенной ступени развития общества приходит время для постановки тех или иных проблем. Каждая проблема - это дитя своего времени.

Противоречия между теорией и фактами - главный источник проблем и задач в науке. Наличие этого противоречия и есть проблемная ситуация. Проблема появляется в результате осознания потребности в разрешении противоречия. Конкретный анализ проблемных ситуаций показывает, что далеко не каждая проблема сразу же приобретает характер вопроса. Не всякое исследование начинается с выдвижения проблемы и кончается ее решением. Нередко бывает так, что проблема формулируется одновременно с ее решением. Иногда бывает даже, что она осознается полностью только через некоторое время после решения. Зачастую поиск проблемы сам вырастает в отдельную проблему, решение которой требует особого таланта. «Великая проблема, - писал Ф. Ницше, - подобна драгоценному камню: тысячи проходят мимо, пока, наконец, один не поднимет его».

Сложность процесса созревания и раскрытия проблем хорошо чувствуют сами ученые, постоянно сталкивающиеся с самыми разнообразными проблемами. Альберт Эйнштейн говорил о том, что сформулировать проблему часто важнее и труднее, чем решить ее.

Таким образом, в содержание проблемы входит знание о том, чего можно достичь при имеющихся в наличии предпосылках. В этом смысле проблема есть способ организации научного исследования. Она ориентирует исследование в определенном направлении и указывает на все возможные известные средства, которые необходимо применить для получения нового знания. Поскольку между знанием и незнанием существует некая связь, научная проблема в процессе исследования перерастает в гипотезу.

Гипотеза. В первоначальном значении термин «hypothese» означал недоказанное утверждение, принимаемое с целью доказательства. Отсюда легко делался вывод, что гипотеза опережает всякое доказательство, и значит, гипотеза есть создание ума, предоставленного самому себе. Поэтому знанию, претендующему на объективность, следует избегать гипотез. «Гипотез не измышляю!» - этими словами Ньютона можно выразить негативное отношение к гипотезе как источнику заблуждений, которое сложилось в бурно развивающемся естествознании Нового времени. Ученые XVI-XVIII вв., тем не менее, пользуются гипотезами, выдвигают их, тем самым, доказывая, что научное познание невозможно без гипотез. Дидро, Пристли, Ломоносов - первыми сделали решительный шаг по пути признания роли гипотез в научном исследовании. Теория и эксперимент связаны прочными узами: все в эксперименте делается для того, чтобы открыть какую-нибудь гипотезу, гипотеза, в свою очередь, ведет к новым экспериментам, которые дают новые факты, развивающие знание об объекте.

Гипотеза - это научное предположение, опирающееся на факты, выраженное в форме суждения, или системы взаимосвязанных суждений, о причине, механизме изучаемых явлений. По своей логической структуре гипотеза является вероятностным суждением, т.к. истинность ее не определенна. По своей познавательной функции гипотеза выступает либо как форма развивающегося знания от проблемы к теории, либо как структурный элемент теории. Гипотеза как процесс мышления складывается из двух последовательных этапов: 1) построение гипотезы; 2) обоснование ее логическими методами.

Построение гипотезы начинается с выдвижения предположения о возможной причине интересующего нас явления. Это сложный логический процесс, в котором используются различные методы: индукция, дедукция, аналогия, анализ, синтез. Мышление идет от анализа фактов к заключению о причинах явлений и, следовательно, к объяснению фактов. Опора на факты, их анализ - вот что отличает гипотезу от простой догадки, фантазии или вымысла. Для построения гипотезы, поэтому, следует оперировать как можно большим объемом фактического материала.

Гипотезы возникают не только для объяснения эмпирического материала, но и для разрешения противоречий, появляющихся на теоретическом уровне. Например: 200 лет в физике сосуществовали две теории света: корпускулярная (Ньютона) и волновая (Гюйгенса). Луи де Бройль в 20-е годы ХХ в. выдвинул гипотезу, что любая частица, независимо от ее движения, есть одновременно и волна, и корпускула. В результате этого два обособленных раздела физики - механика и волновая оптика - оказались взаимосвязаны.

Таким образом, гипотеза может возникать как путем индуктивного обобщения опытных данных, так и в результате интуиции и последующей дедукции.

Проверка (доказательство) гипотезы - необходимый этап на пути движения научного познания к достоверному знанию, и, чтобы стать достоверным, оно должно быть обосновано. В процессе проверки гипотеза либо принимается, т.е. входит в качестве элемента в научную теорию или же сама превращается в теорию, либо отвергается. Проверка гипотезы на ее состоятельность проходит последовательно два этапа: из данной гипотезы выводятся логические следствия, и затем проводится их эмпирическая проверка с целью установления соответствия следствий и данных опыта. Если соответствие установлено, то гипотезу можно применять в качестве научного предположения. Дополнительная достоверность гипотезы определяется тем, что следствия, выводимые из нее, предсказывают факты, существование которых подтверждается ходом исследований. В этом состоит эвристическая роль гипотезы. На основе квантово-релятивистской теории Поль Дирак предположил, что существует частица, сходная с электроном, но противоположная по заряду, и предвосхитил открытие позитрона. Состоятельность гипотезы проверяется и путем сопоставления ее следствий с теоретическими положениями, истинность которых доказана. Если нет противоречия, то можно говорить о ее достоверности.

Очень часто ученым приходится безвозвратно отказываться от гипотезы в связи с ее опровержением. Такая судьба, например, оказалась у гипотезы истечения Ньютона, в которой считалось, что скорость распространения света в стекле, воде и т.д. является более высокой, чем в воздухе, у гипотезы вечного двигателя в связи с открытием законов сохранения и др.

Обычно при анализе фактических данных выдвигается несколько гипотез, объясняющих данный класс явлений, - так называемые «конкурирующие гипотезы». В борьбе конкурирующих гипотез большую роль играют «решающие эксперименты». Они проводятся тогда, когда из этих гипотез удается вывести следствия, противоречащие друг другу, но которые можно сопоставить с данными эксперимента. Подтверждение следствий одной гипотезы будет свидетельствовать об опровержении следствий другой. Это значит, что и гипотеза, из которой получены такие следствия, также признается ложной. Гипотеза, альтернативная ей, хотя и не признается пока истинной, но приобретает большую вероятность.

Требования к гипотезе:

Гипотеза должна быть принципиально проверяемой, т.к. ее содержание должно быть сопоставимо с содержанием эмпирических данных.

Гипотеза должна быть обоснована не только эмпирически, но и теоретически (не противоречить установленным наукой законам).

Гипотеза не должна быть внутренне противоречивой.

Простота гипотезы. Из «конкурирующих» гипотез выбирается та, которая является наиболее простым объяснением. Сами ученые называют это требование «бритвой Оккама» по имени философа Уильяма Оккама. Смысл этого правила в том, что более простые объяснения природных явлений с большей вероятностью могут оказаться правильными, чем более сложные. Если мы располагаем двумя гипотезами, объясняющими одни и те же явления, то следует выбирать ту из них, которая включает наименьшее из возможных число допущений или сложных выкладок, отсекая (как бритвой) те, которые содержат избыточные принципы. «Бритва Оккама» оказалась исключительно полезным методологическим правилом, однако в современной науке его применяют с осторожностью, т.к. он не является верным в каждом конкретном случае.

Закон науки. Чаще всего научное познание связано с поиском универсальных общезначимых и достоверных законов, которые могут быть в любой момент экспериментально проверены. Научные дисциплины такого типа называют номологическими (от греч. nomos- закон). К ним относится большая часть научных дисциплин. Закон - устойчивая повторяющаяся связь явлений. Установление законов науки связано с обнаружением повторяемых и воспроизводимых феноменов. Законы науки играют роль важнейших принципов объяснения каких-либо фактов. Поэтому закон является главным структурным элементом научной теории. Противоречие фактов закону, как мы уже видели, означает проблемную ситуацию, разрешением которой является гипотеза. Например, проводившиеся в Х1Х в. наблюдения за движением планеты Уран показали, что оно противоречит предсказаниям, сделанным на основании законов Ньютона. Это влекло за собой предположение о ложности законов Ньютона. Однако вместо того, чтобы опровергать законы Ньютона, Леверье и Адамс выдвинули догадку о том, что вблизи Урана может находиться не обнаруженная до сих пор планета, которая и отвечает за аномальное движение Урана. Галле занялся поисками этой планеты. Так была открыта планета Нептун.

В зависимости от методологии законы науки делятся на эмпирические, полученные с помощью индуктивного обобщения, и теоретические, полученные путем идеализации.

Научная программа. Достижение научных целей невозможно без решения комплексов проблем и задач. Для обозначения этих комплексов в методологию научного познания было введено понятие «научная программа». Научная программа представляет собой систему целей, средств, ценностей. В рамках научной программы формулируются общие теоретические положения, задаются идеалы научного познания и организации научного знания, его оценки.

4. Принципы естествознания. Способы обоснования (модели) естественнонаучного знания

Принципы естествознания:

Формально-логические принципы: обоснованности, однозначности, непротиворечивости, полноты, которые выражаются в основных законах логики:

Закон тождества - в процессе рассуждения всякая мысль должна оставаться равной самой себе ( А=А)

Закон непротиворечия - никакое суждение и его отрицание не могут быть истинными в одно и то же время (неверно, что А и не-А)

Закон исключенного третьего - из двух противоречащих суждений только одно является истинным (либо А, либо не-А)

Закон достаточного основания - каждая мысль должна быть достаточно обоснованной.

А также принцип соответствия: должно быть соответствие между старой и новой теорией, в некотором пределе математический аппарат новой теории должен совпадать с математическим аппаратом старой теории.

Эмпирические принципы (верификация - соответствие фактам): согласованность теоретических утверждений с фактическим материалом, возможность их эмпирического подтверждения и опровержения. От научных положений требуется, чтобы они допускали принципиальную возможность опровержения (фальсификация) и предполагали определенные процедуры своего подтверждения. Если этого нет, то относительно какого-то положения нельзя сказать, какие ситуации и факты несовместимы с ним, а какие - поддерживают его. Например, в начале ХХ века биолог Г. Дриш попытался обосновать наличие у живых существ так называемой «жизненной силы», заставляющей их вести себя определенным образом. Эта сила, названная им «энтелехией», имеет различные виды в зависимости от стадии развития организма. В простейших организмах энтелехия сравнительно проста, у человека она значительно сложнее и отвечает за все, что происходит в его теле. Дриш не определял, чем энтелехия, например, дуба отличается от энтелехии бегемота. Он просто утверждал, что каждый организм имеет собственную энтелехию. Законы биологии он истолковывал как проявление энтелехии. Так, например, если полностью отрезать у морского ежа конечность, он не выживет; если отрезать другим способом, то еж выживет, и у него вырастет неполная конечность; если разрез сделать иначе и на определенной стадии роста ежа, то конечность восстановится полностью. Можно ли было эмпирически проверить наличие энтелехии? Нет, поскольку она ничем себя не проявляла. Гипотеза энтелехии ничего не добавляла к научному объяснению, и вскоре была отброшена как бесполезная.

Прагматические принципы:

принцип простоты - требование использовать при объяснении изучаемого объекта как можно меньше независимых допущений, которые при этом должны быть как можно более простыми;

принцип привычности - требование объяснять, насколько это возможно, новые явления с помощью известных законов;

принцип технологической применимости - требование максимальной эффективности практического применения полученного знания.

В истории естественнонаучного познания сложились три модели построения научного знания (или теории):

Дедуктивно-аксиоматическая модель - способ построения научного знания, при котором в основу кладутся некоторые исходные положения, не требующие доказательства в силу своей очевидности, - аксиомы или постулаты. Все остальные утверждения выводятся из них чисто логическим дедуктивным путем, посредством доказательства. Исходные положения, принимаемые без доказательства, называются постулатами, положения, доказываемые на их основе, - теоремами. Аксиоматический метод зародился в Древней Греции и приобрел известность благодаря «Началам» Эвклида - это было первое аксиоматическое истолкование геометрии.

В настоящее время дедуктивно-аксиоматическая модель стала использовать особый подход - формализацию. В научном исследовании стали применяться формализованные (искусственные) языки. Процесс формализации связан с наличием трех условий: 1) алфавита - определенного набора знаков, имеющих только одно значение; 2) алгоритма - правил перевода научных высказываний на язык формул; 3) правил вывода.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21