Правила и принципы естественнонаучного познания.

Структура естественнонаучного познания

Познание может быть не только научным. Научная методология познания представляет пусть весьма эффективный, но только один из способов освоения мира. Хотя применение научного метода является основой современного отношения к миру его нельзя признать универсальным, хотя бы уже в силу историчности самой науки. Научное естествознание может быть последний, но, тем не менее, - только этап в истории развития самого естествознания. Соответственно, главное, внесённое наукой в естествознание, связано с понятием методологии. Её внедрение привело к радикальной перестройке естественного языка и способствовало возникновению систем понятий, эффективно описывающих действительность.

Принципы научного познания

В своей основе познание - это сложный творческий процесс. Познание многолико. В некоторых процессах познания преобладают инновационные аспекты и, следовательно, в них творчество играет основную роль, а в некоторых - преобладают традиционные или консервативные аспекты и тогда инновационность отходит на второй план. Первый тип познания характерен для науки, а второй - для образования. Итак, естественнонаучное познание неразрывно связано с творчеством. Творчество по определению предполагает «сотворение» нового знания. Поэтому важно понять, как оно творится.

Творчество не подчиняется каким-либо правилам, его нельзя рационализировать. История открытий показывает, насколько велик в них момент случайности, интуиции, вдохновения, прозрения. Их невозможно вместить в рамки каких-то правил и норм. Особенно велико значение творчества в искусстве. Художник, композитор, писатель используют лишь предельно общие рациональные правила неявным образом. Они достигают результатов, если талантливы. Талант объединяет в себе все трудноуловимые элементы творчества, без которых нет ни таланта, ни самого творчества.

Но естественнонаучное познание отличается от художественного аналога. Разумеется, и в нём без таланта и творчества немногого можно достичь. Но, тем не менее, хотя бы немногого достичь можно. В то же время это утверждение неприменимо к искусству. В чём же дело? Оно в том, что процессы познания в естествознании рационализируются в гораздо большей степени, чем в искусстве. В естествознании можно выделить систему общих правил. Они являются общей основой научного мышления. Дифференциация и спецификация норм естественнонаучного познания становится возможной благодаря наличию общей рациональной основы познания.

Это значит, что можно выделить нормы рационального научного познания общие для всей науки и нормы рационального научного познания для каждой дисциплины. В первом случае мы имеем дело с принципами научного познания, а во втором - с методологией и методикой познания отдельных дисциплин.

В качестве примера общих правил познания приведём метод Декарта:

1. Ничего не принимать за истинное, что не представляется ясным и отчётливым.

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

3. Останавливаться на всех подробностях, на всё обращать внимание, чтобы быть уверенным, что ничего не упущено.

Очевидно, что эти правила познания могут быть применены в любой сфере. Однако в областях не связанных с применением строгих рациональных норм мышления эти правила не рефлексируются и исполняются неявно, интуитивно, поскольку, по сути, они являются обобщением повседневного опыта и здравого смысла.

В качестве примера принципов научного познания приведём следующие:

· Причинность: выражает один из моментов всеобщего взаимодействия - генетическую связь явлений. Суть причинности в порождении причиной следствия.

· Критерий истины: если под истиной понимается соответствие человеческих знаний действительности, совпадение человеческой мысли и объекта, то под критерием естественнонаучной истины понимается практическая её проверка наблюдениями, опытом, экспериментами.

· Относительность научного знания: научное знание (понятия, идеи, концепции, модели, теории...) относительно и ограничено. Главное - установить границы соответствия знания действительности: установить интервал адекватности.

Общие методы познания

Если продолжить процесс конкретизации познавательных форм, то от принципов следует перейти к общим методам естественнонаучного познания. Это именно общие методы, то есть они пригодны и желательны для применения в естественнонаучных дисциплинах.

Индуктивный метод. Разработка индуктивного метода традиционно связывается с именем английского мыслителя Фрэнсиса Бэкона. Считается, что он и Галилео Галилей сделали революционный гносеологический вклад в виде развитого ими эмпирического метода. Но, если быть точным, то эмпирический или индуктивный метод не являлся, конечно, только их изобретением. Основы его были заложены Аристотелем и его комментаторами; в XII и XIII вв. мастера логики подняли его на неизмеримо более высокий уровень, а период католической контрреформации совпал с триумфом метода, предложившего рациональное знание в обстановке расцвета скептицизма, астрологии и магии эпохи Возрождения.

Итак, Ф. Бэкон, если выразить это в предельно общей форме, следующим образом сформулировал суть индуктивного метода:

1. Производить наблюдения и регистрировать факты.

2. Проводить возможно большее количество экспериментов и сводить результаты в таблицы.

3. Извлекать правила и законы методом индукции.

Современную интерпретацию индуктивного метода можно представить следующим образом:

1. Производить наблюдения и эксперименты для извлечения из них правил и законов

2. Формулировать гипотезы.

3. Выводить следствия из гипотезы и уже известных законов.

4. Производить эксперименты для проверки этих следствий.

Дедуктивный метод. Другой общий метод естественнонаучного познания называется дедуктивным. Суть его заключается в следующем: мы исходим из каких-то общих правил или представлений, а затем путём логических рассуждений выводим из них частные следствия или предсказания. Если эксперимент подтверждает предсказания, то мы продолжаем развивать свою схему. Если же результаты эксперимента расходятся с нашими выводами, мы подвергаем сомнению первоначальные предположения и пытаемся видоизменить их. Например, мы могли бы предположить, что затмения Луны вызываются тем, что Земля оказывается на пути солнечных лучей и отбрасывает тень на Луну; затем мы делаем предположение о характере движения Солнца и Луны и затем путём дедукции приходим к выводу, что затмение снова должно произойти через промежуток времени достаточный для того, чтобы Солнце и Луна вернулись в то же самое положение. Так комбинируя простые наблюдения и разумные предположения, мы могли бы сделать дедуктивный вывод о восемнадцатилетнем цикле повторения затмений. Хороший пример использования дедуктивного метода в науке даёт исследовательская деятельность И. Ньютона. Он начинал исследование с того, что обращался к какой-то идее, но сразу же отбрасывал её, если её положения приходили в противоречие с наблюдаемыми фактами.

Не следует отдавать предпочтения какому-то одному методу. Каждый вид поиска по своему полезен и лучшим исследователем является тот, кто сочетает оба метода, руководствуясь своей идеей для проверки гипотез и одновременно будучи готов к появлению новых фактов. Выдающийся американский физик П. Бриджмен так выразил общую для многих исследователей точку зрения по вопросу использования правил исследования: «Я бы сказал, что не существует научного метода как такового, и самая существенная особенность методики научной работы состоит просто в том, что учёный должен действовать во всю силу своего ума, не гнушаясь ничем, за что можно было бы ухватиться».

Основные формы естествознания

В чём смысл существования всех этих принципов, правил, методов научного естествознания? Ответ очевиден: для получения знания. Но в естествознании существующее знание имеет смысл только в том случае, если оно воспроизводит не только самое себя, но и все возможные следствия собственного существования. Такой способ существования естественнонаучного знания реализуется в теории. Её общее определение выглядит так: это мысленные схемы с допущениями, которые подбираются так, чтобы получалось согласие с экспериментальными данными; они содержат умозрительные идеи и общий подход к решению различных проблем. Теория - это конечный результат процесса познания, естественно, познание начинается не с формулирования её конечных положений. Познание начинается с фактов.

Факты - эмпирический базис естествознания. Независимо от наших философских представлений о том, что представляет собой действительность, в естественнонаучном познании мы всё же исходим из «чувственных восприятий» или из «отсчётов на шкале приборов», как из реальных фактов. Мы верим таким фактам, потому что они согласуются между собой, несмотря на то, что их получают независимо друг от друга различные наблюдатели.

Например, в физике факты представляют собой определённые измерения, результаты эксперимента: ускорение свободно падающего тела равно 9.81 м/сек.²; атом имеет размеры равные нескольким ангстремам и т. д. Понятно, что для достижения полной ясности каждый из этих фактов нуждается в некоторых комментариях: определение терминов, степень точности, пределы применимости. По мере накопления фактов мы всё дальше и дальше уходим от непосредственных ощущений и наши факты всё в большей степени начинают зависеть от выбора теории, в рамках которой они рассматриваются. Факты, чтобы быть надёжными, должны быть независимы от того, когда в каких лабораториях и какими наблюдателями они получены. «Можете ли вы повторить ваши результаты?» один из главных вопросов, задаваемых исследователю.

Законы. Мы пытаемся собрать факты в отдельные группы и определить общие свойства, характеризующие их. Например, все металлы хорошо проводят электрический ток; натяжение пружины меняется при изменении веса растягивающего её груза. В итоге проводимых обобщений фактов, мы получаем определённые соотношения, которые называем правилами, принципами или законом. Закон - это конструирование явлений природы, а не приказ, который она получает. Когда мы пытаемся установить некий закон, мы обычно сосредотачиваем внимание на особенностях рассматриваемых явлений. Почти все законы можно выразить с помощью слова «постоянный» как их существенной характеристики. Мы стараемся найти законы, потому что стремимся привести в систему закономерности в поведении природы.

Концепции. В обычном смысле слова концепция - это идея или же общее понятие. В научных дискуссиях ей придаются различные значения. В естествознании концепции обобщают универсальные свойства и отношения. Это научные идеи общего характера, вокруг которых концентрируется научная мысль, например:

1. Теплота как форма молекулярного движения;

2. Теплота как форма энергии;

3. Законы движения Ньютона;

4. Сохранение энергии;

5. Сохранение количества движения.

Математические концепции - полезные понятия, характеризующие предельно общие соотношения, например: понятие о прямой пропорциональности (растяжение - груз); понятие о пределе (давление в данной точке) и т. д.

Научные концепции - полезные понятия, получаемые из эксперимента, например:

1. Векторы складываются;

2. Теплота - причина повышения температуры тел;

3. Молекула как основная частица.

Большинство научных концепций рождается из эксперимента или до некоторой степени связано с экспериментом. Другие области научного мышления - чисто умозрительные. Однако в естествознании они полезны и необходимы в получении нового знания. Гипотезы - это отдельные предположения или догадки, к которым прибегают при построении теории или при постановке эксперимента, имеющего целью непосредственную проверку какой-либо теории в том случае, когда это представляется возможным.

Таково восхождение естественнонаучного познания от фактов до теории. Однако путь, пройденный познанием от факта до теории, сам по себе не может быть гарантией качества теории. Сформулированная теория развивается и доказывает своё право на существование. Далеко не все теории выдерживают испытание временем. Лишь по мере того как теория постепенно превращается в некую общую форму знания, которая может удовлетворительно объяснить многие наблюдаемые явления, мы начинаем всё больше и больше ей доверять. Так возникают теории, которые называются «хорошими». Они определяются последовательностью своих положений, простотой оснований, малочисленностью принятых аксиом, полезностью, способностью предсказывать, наконец, той глубиной чувства уверенности, которую она даёт.

Непостижимая эффективность математики

Роль математики в «упорядочении» окружающего мира и овладении природой начиная, с 30 годов XIX века, возрастала невероятно быстрыми темпами. Кроме того, со времён Ньютона существенно увеличилась также точность, с которой математики могли описывать и предсказывать явления природы. Сегодня мы имеем прекрасно согласующуюся с повседневным опытом евклидову геометрию, необычайно точную гелиоцентрическую теорию Коперника и Кеплера, всеохватывающую механику Галилея, Ньютона, Лагранжа и Лапласа, физически необъяснимую, но имеющую широкую сферу приложений теорию электромагнетизма Максвелла, теорию относительности Эйнштейна с её тонкими и глубокими выводами, многое понимаем в строении атома. Всё это опирается на математические идеи и математические рассуждения.

В то же время нельзя не признать, что полного соответствия между математикой и физической реальностью не существует. Однако немалые успехи математики в описании физически реальных явлений – будь то электромагнитные волны, эффекты, предсказанные теорией относительности и сотни других достижений, - требуют какого-то объяснения. «Почему математика работает?».Этим вопросом задавался в своё время А. Эйнштейн: «В этой связи возникает вопрос, который волновал исследователей всех времён. Почему возможно такое превосходное соответствие математики с реальными предметами, если сама она является произведением только человеческой мысли, не связанной ни с каким опытом? Может ли человеческий разум без всякого опыта, путём только одного размышления понять свойства реальных вещей? (Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 2. Работы по теории относительности 1921-1925 гг. – М., 1966. – с. 83).

Ответа на этот вопрос нет по сей день. Мы должны констатировать, что математика была и остаётся превосходным методом исследования открытия и описания физических явлений. Даже если математические структуры сами по себе не отражают реальности физического мира, их тем не менее можно считать важнейшим способом познания реальности. Многие математики с готовностью соглашаются, что их наука находит необычайно широкое применение, но признают свою несостоятельность в объяснении этого феномена. Например, группа выдающихся французских математиков, известная под коллективным псевдонимом Никола Бурбаки, утверждала, что между экспериментальными явлениями и математическими структурами существует близкая взаимосвязь. Однако абсолютно неизвестно, какими причинами эта взаимосвязь обусловлена.

Роль математики в современном естествознании и прежде всего в физике несравненно шире, чем просто удобного инструмента исследования. Под этой ролью часто понимают обобщение и систематизацию (в символах и формулах) явлений, наблюдаемых и устанавливаемых с помощью физического эксперимента. Но такое толкование значения математики является неполным. Математика составляет сущность естественнонаучных теорий, и её приложения в XIX-XX вв. на основе только математических конструкций представляются ещё более удивительными, чем все её прежние успехи, основанные на непосредственных физических явлениях. Сегодня есть основания утверждать, что, например, новая физика – наука не столько механическая, сколько математическая.

Поскольку математика – творение человека и с её помощью мы открываем совершенно новые физические явления, люди «создают» части окружающего их мира: тяготение, электромагнитные волны, кванты энергии и т. д. Наше знание зависит от разума ничуть не меньше, чем от реальностей окружающего мира. Граница между математическим и эмпирическим знанием не абсолютна. Цель усилий, предпринимаемых как в развитии теории, так и в совершенствовании эксперимента – всестороннее и непротиворечивое описание физического мира. Математика служит своего рода посредником между человеком и природой, между внутренним миром человека и окружающим его внешним миром.

Математика – поскольку она говорит нам о составляющих физического мира и поскольку наше знание этого мира может быть выражено только в математических понятиях – столь же реальна, как столы и стулья. Вполне возможно, что человек, введя некоторые ограниченные и даже искусственные понятия, только таким способом сумел «навести порядок» в природе. Созданная нами математика может оказаться не более чем приблизительной рабочей схемой. Не исключено, что природа в действительности устроена гораздо сложнее и в основе её нет никакого «плана». Но и тогда математика как метод исследования, описания и познания природы не знает себе равных. В некоторых областях ею исчерпывается всё, что мы знаем.

Как это ни парадоксально, но именно столь далёкие от реальности математические абстракции дали возможность человеку достичь многого. Математическое описание, наверное, всегда будет порождать удивление, основанное на том, что природа проявляет столь высокую степень соответствия математическим формулам. Заложены ли регулярные зависимости, выражаемые физическими законами, в самой природе и мы лишь открываем их, или их изобретает и применяет к природе разум учёного - остаётся загадкой.

Дата добавления: 2015-07-08