2. Логика науки и закономерности ее развития.

Первый и, безусловно, важнейший этап в создании методологии научного познания относится к периоду, с которым можно связывать возникновение науки в античной Греции. Заслуга античных натурфилософов, в первую очередь Аристотеля, состоит в том, что благодаря пристальному вниманию к содержанию самого процесса мышления они научились доказывать посредством логического выведения нового знания из уже известного по определенным правилам.

Следует особо подчеркнуть, что второе, сопоставимое с первым по масштабу и значимости, завоевание методологии относится уже к новому времени, когда в ХVII в. стали широко применяться экспериментально-математические методы, положившие начало становлению классического естествознания.

Принципиальное значение имеет то обстоятельство, что объектом изучения теории доказательств – аристотелевой логики – явились мыслительные аналоги предметов и явлений, а именно: абстракции, понятия, числа и, наконец, законы. Знание приобрело важнейший признак научности, сформировав особую, изолированную от материального мира, сферу теории.

Во многом благодаря указанному методологическому прорыву античная наука за весьма короткий в историческом отношении срок на все времена обогатила человечество такой совершенной системой теоретических знаний, как геометрия Евклида, такими поистине гениальными предвосхищениями открытий далекого будущего, как гелиоцентрическая космологическая модель Аристарха Самосского, атомистическая концепция Левкиппа и Демокрита.

Для понимания логики естествознания и закономерностей его развития, в частности феномена научных революций (см. ниже), необходимо привлечение общефилософских законов, которые, в сущности, составляют философскую базу естественных наук. Это:

– закон единства и борьбы противоположностей;

– закон перехода количественных изменений в качественные;

– закон отрицания отрицания.

Совместное действие этих универсальных законов задает алгоритм (порядок) эволюционного развития систем любой природы. У любой характеристики материальной системы имеется взаимодействующая с ней противоположность. Накопление количественных изменений в системе рано или поздно приводит ее в противоречивое, неупорядоченное состояние, выход из которого возможен только посредством скачкообразного перехода системы в качественно новое состояние. Такой качественный скачок сопровождается отрицанием ранее принятых (имевшихся) характеристик и заменой их (самопроизвольно или сознательно) соответствующими противоположностями. Следующий качественный скачок реализует операцию отрицания ранее состоявшегося отрицания, и система возвращается к первоначальным характеристикам, но непременно на качественно новом уровне. Именно это мы и имеем в виду, говоря, что развитие идет «по спирали».

Теория самоорганизации систем, концепции которой подробно будут рассмотрены ниже, раскрывает естественные механизмы эволюционных процессов в живой и неживой природе. В протекании этих процессов существенную роль играет фактор случайности – на уровне как количественных изменений (флуктуации), так и качественных скачков (случайный и неоднозначный выход системы из точки (бифуркации).

Подпадает ли под действие подобного алгоритма развитие науки, которое принято характеризовать понятием научно-технического прогресса? Ведь под прогрессом, как правило, понимается сознательная реализация определенных планов и программ, когда фактор случайности, казалось бы, исключается. Следует, однако, принимать во внимание то обстоятельство, что в научном творчестве случайные процессы объективно неизбежны. Никогда невозможно, например, однозначно предсказать, какой будет гипотеза, способная вывести теорию на новый уровень обобщения. Науку делают живые люди, поэтому субъективный фактор никак нельзя сбрасывать со счетов. Кроме того, концентрация ресурсов на тех или иных направлениях исследования нередко определяется «социальным заказом» на разных этапах развития общества, в котором экономика и политика то и дело пересматривают критерии прогресса.

Таким образом, имеются достаточные основания рассматривать развитие естествознания как процесс эволюции системы научного знания.

В рамках определения философской базы современного естествознания нельзя не коснуться основного вопроса философии – вопроса о взаимодействии материи и сознания. Наука исходит из признания первичности материи, тем более что появление в природе носителя сознания – человека – рассматривается как результат восходящей эволюции материи. Однако, продвигаясь в глубины микромира и мегамира (космоса), познание все в большей степени лишается образной наглядности, адекватной человеческому ассоциативному мышлению. Математические гипотезы, лежащие в основе современных физических теорий, диктуют выработку представлений о материальных объектах, недоступных чувственному восприятию человека-наблюдателя.

Творческая мысль, идея формирует абстрактный образ элементарных частиц, кварков, квазаров, черных дыр и множества других материальных структур.

Говоря о закономерностях развития естествознания, следует вернуться к принципу соответствия Бора (см. выше). Новая теория, обладающая большей общностью по сравнению с предшествующей, утверждается после надежного эмпирического подтверждения продуктивной гипотезы, устраняющей противоречия в интерпретации всей совокупности установленных фактов. Однако и прежняя теория имела обширный эмпирический базис. Возникает вопрос: не была ли она ошибочной? На самом деле речь идет не об ошибочности, а об ограниченности области применения. Научные, т. е. достоверно подтвержденные, теории не выводятся из арсенала науки, их средства широко применяются в тех случаях, когда нецелесообразно привлекать теорию более общую, а значит, и более сложную в математическом отношении

3. Наука как процесс познания.

За два с половиной века своего развития наука стала чрезвычайно сложным и разветвленным образованием, в котором, однако, явно прослеживается системная организация и внутренняя структура. В иерархическом порядке основные элементы структуры научного знания располагаются следующим образом:

– достоверно установленные факты;

– закономерности, обобщающие совокупности фактов;

– теоретические построения, отражающие системы закономерностей, которые в совокупности описывают некоторые области реального мира;

– научные картины мира, создающие обобщенные образы реальности, объединяющие в системное единство все не противоречащие друг другу теории.

Достоверно установленные факты (т. е. факты, подтвержденные многочисленными наблюдениями, результатами экспериментов, их проверок и перепроверок) составляют эмпирический базис науки. Накапливаемые в процессе исследований факты по определенным правилам систематизируются и обобщаются. В случае достоверного обнаружения общности фактов, повторяющегося их единообразия и причинно-следственных связей можно говорить о том, что найден эмпирический закон – общее правило, которому подчиняются наблюдаемые явления.

Однако закономерности, устанавливаемые на эмпирическом уровне, особенно если речь идет о непосредственном наблюдении явлений, а не о специальным образом организованном эксперименте, зачастую мало что объясняют, поскольку не вскрывают движущие силы, первопричины этих явлений. Поэтому эмпирические закономерности, как правило, малоэвристичны. Для выяснения природы тех или иных явлений, а также для определения направления дальнейших исследований необходимо рассмотрение вопроса на другом – теоретическом – уровне познания.

Цель научного познания, как уже отмечалось, состоит в установлении законов – существенных, устойчивых связей между явлениями, т. е. в выявлении общего для определенной области действительности. Для установления такой общности наука прибегает к абстрагированию, оперируя общими, повторяющимися характеристиками идеализированных объектов и не принимая во внимание все другие характеристики реальных объектов, несущественные с точки зрения решаемой задачи.

Возникает естественный вопрос: как определить, какие характеристики объекта являются существенными, а какие таковыми не являются? Дело в том, что любой процесс исследования начинается не с накопления фактов, а с выдвижения проблемы, или, по крайней мере, задачи. Необходима некая начальная идея, предположение – что же именно мы намерены выяснить. В противном случае множество разрозненных фактов, фиксируемых в процессе наблюдения, создадут столь интенсивный «информационный шум», что из-под него практически невозможно будет выделить ускользающий «сигнал» той или иной закономерности.

На эмпирическом уровне, таким образом, фиксируются внешние общие характеристики (признаки) реальных предметов и явлений. Что же касается вычленения существенных с точки зрения задачи исследования внутренних признаков, то здесь-то и проявляется феномен научного творчества – предвидение, догадка, озарение, наконец. Далее следует объяснение и обоснование идеи на теоретическом уровне познания.

Теория оперирует в основном идеализированными объектами, такими как материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ и множество других. Такого рода абстракции совершенно необходимы для построения математических моделей (ведь современная теория – это продукт глобальной математизации науки). Более того, принцип абстрагирования заложен в процедуру современного эксперимента, который еще со времен Г. Галилея составляет неотъемлемую часть двуединого экспериментально-математического метода.

По сути дела, любой эксперимент организуется и проводится таким образом, чтобы исследовать тот или иной процесс при возможно минимальном воздействии посторонних с точки зрения поставленной задачи факторов. Конечно же, эксперименты проводятся с реальными объектами, но и сами объекты исследования подбираются и готовятся специальным образом, и процедура (методика) эксперимента, как правило, строится так, чтобы можно было проследить зависимость хода изучаемого процесса от управляемого изменения одного определенного параметра, когда все остальные параметры остаются неизменными (фиксируются). Поэтому результаты проведенного таким образом эксперимента оказываются пригодными для их математической обработки. Этим эксперимент качественно отличается от наблюдения в натурфилософском смысле, оставаясь, тем не менее, методом исследования на эмпирическом уровне.

В настоящее время экспериментальные исследования связаны с изучением сложных и тонких процессов, поэтому для их проведения требуются серьезное техническое оснащение, значительные энергозатраты, а также трудозатраты на обработку больших объемов информации. Усложняется также взаимодействие эксперимента с теорией, что нашло свое отражение в развитии теории планирования эксперимента и методов статистической обработки его результатов.

4. Основные критерии научности знания.

Итак, теоретический уровень познания позволяет получить наиболее общее, целостное представление о связях и закономерностях, объективно действующих в определенной области реального мира. Эмпирическая же проверка обеспечивает достоверность установленного теоретического объяснения, т. е. возможность надежного прогнозирования поведения материальных систем. Однако нередки случаи, когда принятая теория, удовлетворяя критерию достоверности, что проявляется в правильном предсказании ранее не известных явлений, тем не менее, оказывается неадекватной природе. Это означает, что принятая теоретическая модель реального объекта неполно отражает его внутреннюю структуру и свойства. Со временем она оказывается не в состоянии непротиворечиво объяснить более широкий круг явлений. Возникает необходимость создания новой теоретической модели, которая отвечала бы критерию адекватности природе.

История естествознания знает немало примеров того, как исчерпывался эвристический потенциал казавшихся незыблемыми теорий именно по причине выявления на достигнутом уровне развития их неадекватности природе реальных явлений и процессов. Ярким примером такого рода может служить развитие представлений о природе света: от концепии упругих продольных волн к представлению об поперечных электромагнитных волнах и далее – к концепции корпускулярно-волнового дуализма света.

Следует отметить, что при разработке современных теорий вводятся понятия, которым соответствуют недоступные непосредственному наблюдению характеристики изучаемой реальности. Это приводит к определенной независимости теоретического знания от его эмпирической основы. Поэтому проблема обеспечения научности знания, его соответствия критериям и нормам научности приобретает всё большее значение, особенно если принимать во внимание активизацию всевозможных псевдонаучных идей и направлений.

Что же касается научной методологии, то она сформулировала ряд принципов для установления научности знания. Одного из них, получившего название принципа верификации, мы уже касались: любое суждение имеет смысл, только если оно эмпирически проверяемо.

Принцип верификации эффективно действует в сфере естественных наук, причем нередко на уровне косвенной верификации, когда понятия, введенные теорией, нельзя наблюдать непосредственно. Так, например, в физике элементарных частиц широко используется понятие кварков – гипотетических частиц, из которых, согласно теории, состоят участвующие в сильном взаимодействии экспериментально наблюдаемые частицы – адроны. Обнаружить свободные кварки в экспериментах не удается, чему имеется ряд объяснений. Однако достоверно зафиксированы физические явления, предсказанные кварковой теорией, что является свидетельством ее косвенной верификации.

Однако более надежное подтверждение концепций и базирующихся на них теорий обеспечивает применение принципа фальсификации, который гласит: научным может быть только то знание, которое в принципе опровержимо. Формулируя этот принцип, крупный философ ХХ в. Карл Поппер отталкивался от существенного различия весомости фактов в процедурах подтверждения и опровержения научного знания. Действительно, повторение множества подтверждающих фактов не дает окончательной уверенности в истинности того или иного закона, но достаточно одного явно опровергающего факта, чтобы признать этот закон ошибочным. В качестве примера часто приводится закон всемирного тяготения: любое количество падающих яблок не станет непреложным подтверждением его истинности, но достаточно одного яблока, полетевшего прочь от Земли, чтобы он мог считаться опровергнутым. Именно поэтому каждая неудачная попытка фальсифицировать (опровергнуть) теорию дает новое подтверждение ее научности.

Последовательное проведение в жизнь принципа фальсификации лишает научное знание законченности, неизменности. Здесь принцип фальсификации переходит в концепцию перманентной научной революции, согласно которой предполагаемая опровержимость теорий со временем становится реальной, что приводит к их крушению, возникновению новых проблем, требующих объяснения, а в этом и состоит залог прогресса науки.

5. Научные революции и становление научных парадигм.

Последние годы характеризуются расширением функций науки: наряду с описанием и объяснением объектов и явлений она стала выполнять функцию производительной силы в том, конечно, смысле, что сегодня научные исследования и разработки лежат в основе любого производства. Результаты научной деятельности в виде научной информации являются своеобразной продукцией, непосредственно используемой в производстве материальных ценностей. Объем научной информации, производимой мировой наукой, постоянно возрастает. Как показывают количественные оценки, объем научной продукции возрастает по экспоненциальному закону, т. е. каждые 15 лет он увеличивается в е раз (где е = 2,72 – основание натурального логарифма).

Развиваясь в среднем экспоненциально, наука, однако, время от времени резко меняет темпы накопления и систематизации знаний. Периоды плавного, кропотливого накопления сведений внезапно сменяются лавинообразным возникновением принципиально новых идей, гипотез и теорий, которые кардинальным образом изменяют, казалось бы, незыблемые представления об окружающей реальности. Картина мира переписывается заново.

Такова внутренняя логика развития научного знания, логика, сочетающая эволюционные и революционные процессы. В рамках методологии обсуждаются различные модели, отражающие подобную логику развития науки. Наибольшую популярность в среде ученых приобрела концепция развития американского философа Томаса Куна, который ввел в методологию науки понятие парадигмы, в переводе с греческого означающее: образец, пример.

По Т. Куну, парадигма объединяет «...общепризнанные научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу». Таким образом, парадигма на длительный период времени определяет научную картину мира, служит образцом, общепринятым стандартом подхода к решению научных проблем, находит отражение в учебниках, фундаментальной и популярной научной литературе и, наконец, ее основные положения овладевают массовым сознанием. В основе парадигмы лежит, как правило, определенная теория, сама же парадигма как таковая теорией не является, поскольку она не выполняет функции объяснения, а задает общее направление построения всевозможных теорий (в течение срока своего действия).

В истории естествознания заняли свое место парадигмы, базирующиеся на аристотелевой динамике, ньютоновской механике, максвелловской электромагнитной теории, эйнштейновской теории относительности. Развитие научного знания в рамках парадигмы стало называться нормальным; с появлением новой парадигмы связан экстраординарный этап приращения такого знания, знаменующий собой научную революцию.

Следует подчеркнуть, что возникновение новой парадигмы логически необъяснимо, ведь она никоим образом не вытекает из предыдущего знания. Здесь мы имеем непредсказуемый скачок, скорее, даже взлет познания, иррациональное событие, к тому же не являющееся однозначно детерминированным. Дело в том, что в критический момент перехода от одного состояния к другому существует несколько возможных продолжений и реализация какого-то одного из них определяется стечением обстоятельств. Так выглядит логика эволюционного развития науки, в котором преемственность научного знания (принцип соответствия) демонстрирует сочетание наследственности и изменчивости системы, а естественный отбор сохраняет только адекватные природе гипотезы, способные развиваться во все более общие теории, обладающие высокой информативностью. Высокий уровень энтропии, характерный для противоречивых, критических ситуаций, скачкообразно сменяется полностью упорядоченным состоянием системы знаний.

Отметим также, что утверждение новой парадигмы – событие вовсе не одномоментное. Оно происходит с преодолением активного противодействия сторонников прежней парадигмы, поэтому процесс оценки, критического анализа, осмысления и принятия парадигмы происходит уже на нормальном этапе развития науки.

Альтернативная модель, выдвинутая английским философом Имре Лакатосом и базирующаяся на методологии научно-исследовательских программ, принципиально отличается от куновской положением о том, что выбор одной из конкурирующих программ должен производиться на рациональной основе. Исследовательская программа рассматривается не как основополагающая теория, а как последовательность трансформирующихся теорий, исходящих из единых принципов. Научная революция при таком подходе состоит в смене одной программы другой, конкурирующей, программой, превосходящей первую по эвристической силе. Следовательно, по И. Лакатосу, движущей силой развития науки выступает рациональная конкуренция программ, имеющих каждая свой потенциал позитивной эвристики.

Нетрудно убедиться, что, отличаясь друг от друга, две эти наиболее авторитетные модели логики науки сходятся в главном – в опоре на феномен научных революций.

При определении смысла и содержания понятия «научная революция» во главу угла выносится радикальная смена (переворот) всей иерархической структуры науки, всех ее элементов, а именно: способов интерпретации наблюдаемых фактов, закономерностей, теорий, наконец, всей научной картины мира, которая в обобщенном виде сосредоточивает все остальные элементы научного знания.

Одно, пусть даже крупнейшее, научное открытие не в состоянии изменить научную картину мира. Однако такое открытие способно стимулировать серию других открытий, которые в совокупности обеспечат необходимые условия для такой смены. Речь идет в первую очередь об открытиях в таких фундаментальных науках, как физика и космология. Совершенно очевидно, что смена научной картины мира неизбежно влечет за собой такую же радикальную перестройку самих методов исследования, а также норм и критериев научности знания.

Существует общепринятое мнение о том, что в истории науки однозначно зафиксированы три научные революции, т. е. три случая кардинальной смены научной картины мира.

Первая научная революция пришлась на VI–IV в. до н. э., когда собственно наука выделилась из всего массива знаний об окружающем мире, создав вполне определенные нормы и правила обеспечения научности знания и образцы его построения. Возникшая в результате этой революции так называемая античная научная картина мира, ядро которой составляла геоцентрическая система мировых сфер, стала определяющим фактором мировоззрения на последующие 20 веков.

Вторая научная революция произошла в ХVI–ХVIII вв. Ее отправным пунктом стал переход от геоцентрической к гелиоцентрической модели мира. Одновременно в науке произошли глубочайшие перемены, приведшие к становлению классического естествознания. Итогом этой революции стала механистическая научная картина мира на базе естествознания, вооруженного экспериментально-математическим методом. При этом сложился стереотип научного знания – представление о раз и навсегда установленной абсолютно истинной картине природы.

Однако уже на рубеже ХIХ и ХХ в. поистине «грянула» третья научная революция, сокрушившая претензии классической механики на исчерпывающее описание и объяснение всех явлений природы. По сути, квинтэссенция произошедшего переворота состояла в решительном отказе от выделения в модели мира какого бы то ни было «главного» центра. Все системы отсчета равноправны, следовательно, наши представления зависят от «привязки» к конкретной системе отсчета, а потому являются относительными, как и сама научная картина мира.

Новая естественно-научная картина мира стала результатом глубокого переосмысления таких фундаментальных исходных понятий, как пространство, время, непрерывность, причинность, приведшего к несоответствию новых представлений критериям так называемого здравого смысла.

Существенно изменились общие представления о мире: стало очевидным, что абсолютно завершенная, истинная картина не будет создана никогда, ибо знание относительно, а абсолютная истина недостижима.