Методология естественнонаучного познания

Лекция 1: «Основные положения методологии естественнонаучного познания.

Научное познание окружающего мира представляет собой систему теорий, получивших на определенном историческом этапе и экспериментальное подтверждение; современных методов теоретического и экспериментального исследования; гипотез, предполагающих перспективное развитие научных представлений.

Благодаря своей точности и объективности именно научное познание стало методологическим фундаментом естествознания в современном эволюционирующем мире.

Основа современного научного познания - естественнонаучный подход, основанный на последних достижениях науки. В нем объединены современные достижения физики, химии, биологии, медицины и смежных с ними дисциплин, прежде всего, в философском, концептуальном, понятийном плане.

Важнейшим инструментом естественнонаучного подхода является метод научного познания – многократно отработанная, постоянно совершенствующаяся, благодаря полученным новым знаниям, система действий, приводящая к новым, возможно теоретически предсказанным результатам.

Например, человек одевается, используя при этом навыки, полученные им еще в детстве, но новые формы одежды требуют от него использования этого опыта для освоения новых форм одежды. Применение телескопа, как метода исследования, позволяет изучать различные участки Вселенной, как уже известные, так и новые, с совершенно новыми свойствами. Микроскопия – метод, открывающий ученым двери в микромир: мир изученных и совершено новых микрочастиц и организмов.

Краеугольным камнем представления о методе научного познания является методология - наука о его структуре, оптимизации применения, учение о принципах, формах и способах (методах) организации научной деятельности: теоретических и экспериментальных исследований.

Впервые основные черты метода научного познания были сформулированы Рене Декартом (1596 - 1650).

В их основе представления об истине, как о предмете познания: обязательной достоверности научных знаний; научном факте, как объекте изучения и единстве теоретического, и эмпирического подхода в исследовании.

Мы должны понимать, что абсолютная истина недостижима. Ее поиск вечен и каждый раз, устанавливая какой-либо уровень истинности того или иного факта, цивилизация на шаг продвигается вперед по бесконечному пути познания природы. Поэтому, правильно говорить об истинности данного научного факта при существующем уровне познания: развитии науки, технологическом обеспечении.

Аналогично можно представить себе достоверность научных знаний. Достоверность, т.е. «полная» проверяемость научных фактов осуществляется с точностью до чувствительности исследовательских приборов, существующих методов изучения, признанных, на данном этапе, научных теорий.

Нужно ли, понимая все это, стремиться к максимальной достоверности научных данных? Конечно да. Ведь только максимальная достоверность сегодня, обеспечивает прочную теоретическую базу исследования завтра, с которой, в свою очередь, будет сделан рывок на очередной уровень достоверности.

Научный факт – событие, существующее независимо от наших ощущений и возможностей его изучения. Главной проблемой является его выявление, понимание, интерпретация в рамках существующей научной базы и, если последнее невозможно, доказательная корректировка научных знаний по данному вопросу.

Но есть действительно непреложная истина в научном познании. Это единство теоретического и эмпирического подхода в исследовании. Интересно, что эти подходы очень редко могут быть применены одновременно.

Экспериментальное обнаружение того или иного явления ведет за собой его теоретическое осмысление. Например, экспериментальное обнаружение сверхтекучести гелия дало толчок к созданию теории сверхтекучести. Наоборот, теоретическое предсказание существования неизвестных химических элементов с определенными свойствами Д.И. Менделеевым позволило, в результате направленных экспериментов получить их.

По признаку применения выделяют две группы методов: экспериментальные (эмпирические) и теоретические. Возможна и комбинация этих двух групп методов.

К экспериментальным методам относят непосредственное получение информации об объекте исследования, например наблюдение – восприятие событий окружающего нас мира: мы видим (наблюдаем) смену дня и ночи, появление снега зимой и зелени весной; эксперимент – целенаправленное изучение объектов или явлений окружающего нас мира, искусственно переводя их, с помощью произвольного внешнего воздействия, в необходимые для исследования условия. Например, получение электрокардиограммы человека, изучение структурных свойств минералов, металлов, строения вещества с применением современного экспериментального оборудования. Измерение – экспериментальное определение тех или иных количественных характеристик объекта или явления окружающего нас мира с помощью измерительных приборов. Простейшим измерительным прибором является деревянный метр для измерения ткани. В современной науке не существует инструментальных методов, не использующих количественных характеристик объекта исследования. Описание – метод, позволяющий фиксировать результаты наблюдения или эксперимента, как констатацию фактов с их подробным описанием.

Однако, этого не достаточно. Важность науки состоит в умении анализировать, планировать и предсказывать дальнейшее развитие событий. Поэтому экспериментальные методы тесно связаны с теоретическими.

К теоретическим методам относятся: формализация – отображение результатов экспериментов или наблюдений в виде системы обобщающих определений, утверждений или выводов;

аксиоматизация – формирование теоретических построений на основе аксиом – утверждений, не требующих доказательств. Например, изучаемая в средней школе, геометрия Евклида основана на нескольких аксиомах; гипотетико-дедуктивный подход, состоящий в выдвижении каких-либо гипотез и их последующей логической и эмпирической проверки. Например, гипотеза о том, что причины возникновения ветров кроются в большой разности температур на границах атмосферных фронтов и они тем сильнее, чем больше это различие находит свое подтверждение в многочисленных теоретических построениях и результатах эмпирических исследований.

В практической науке широко применяются и взаимно дополняют друг друга все эти методы.

Различают всеобщие, общедоступные и конкретно-научные методы. Наиболее распространены и универсальны всеобщие методы. На них мы остановимся:

анализ и синтез – процессы мысленного или фактического разложения целого на составные части и формирование целого из составных частей;

индукция и дедукция – движение от частного к общему и от общего к частному;

абстрагирование – пренебрежение рядом второстепенных, на взгляд исследователя, особенностей при разработке гипотезы, построении модели и т.д.;

обобщение – выявление наиболее общих признаков у объектов или явлений, позволяющих сопоставить их с чем-либо уже известным;

аналогия – метод позволяющий предсказывать новые свойства объекта или явления, сопоставляя их с уже известными образцами;

моделирование – формирование условного представления (модели) об объекте или явлении на основе знания ряда основных черт или признаков;

классификация – разделение изучаемых объектов или явлений по группам, в соответствии с характеристическими признаками.

Функционально, методы, применяемые для изучения данной дисциплины, делятся на две группы: экспериментально-мониторинговые и теоретико-аналитические.

Сущность первой группы методов состоит в мониторинге экспериментальных данных в различных областях естественных наук, их статистической обработке, систематизации и обобщении.

Вторая группа призвана анализировать полученные обобщенные результаты экспериментов, формировать единые теоретические представления на уровне гипотез, теорий, законов позволяющих не только описывать существующие факты, но и предсказывать новые процессы и явления природы.

Владение методологией науки позволяет правильно, в соответствии с существующей парадигмой или, наоборот, вопреки ней, грамотно, последовательно построить исследование.

Без знания методологии и использования ее принципов исследование приобретает характер запутанного, беспорядочного набора фактов и гипотез. При этом невозможно достичь главной цели научного исследования – формирования обобщенной теории, основанной на результатах системных экспериментов.

Лекция 2: «Классические методологические концепции теории познания»

Не менее важным является изучение методологических концепций научного познания, позволяющих планомерно сформировать научное исследование. Действительно, именно порядок применения научных методов, их структура и взаимосвязь определяет успех научного поиска.

Особенности выбора и применения той или иной методологической концепции научного познания определяются спецификой объекта (объектов) исследования, подходом исследователя к данной проблеме и условиями проведения изучения в зависимости от направления его научных интересов и возможностей оборудования.

Например, изучение какого-либо небесного тела может быть связано с исследованием самых различных проблем: траектории его движения, относительной светимости, поля тяготения и т.д. В каждом случае применяются специализированные методологические схемы и методы исследования.

Значит, важнейшей, первоначальной целью исследователя является выбор методологических подходов, методологических систем познания, позволяющих наиболее эффективно интерпретировать конкретные, научные результаты.

К наиболее известным концепциям методологии научного исследования относятся теория "научных революций" американского историка науки Т.Куна (1922-1996), научно-исследовательские программы И. Лакатоша (1922-1974), концепция "внешнего функционирования" Карла Поппера (1902 – 1994) и концепция физической исследовательской программы М.Д. Ахундова и С.В. Илларионова.

Вообще говоря, научная теория (по К. Попперу) представляет собой своеобразную научную машину, систему, созданную гениальным индивидом. Перед ней поставлены определенные задачи, она снабжена необходимыми (на взгляд автора) методами ее решения, принципами выбора объекта изучения. По сути, научная теория представляет собой рационально обсуждаемое и критически анализируемое изобретение. Внешнее функционирование теории состоит в постоянных столкновениях с другими теориями. Результат этих столкновений определяется критериями верификации (проверяемости) и фальсифицируемости (возможной опровергаемости) избранных теорий. Наиболее устойчивая по этим критериям теория признается наиболее верной на данном этапе исследования.

В основу теории "научных революций" Т. Куна положено учение о "парадигме" - системе концептуальных мировоззренческих представлений общепринятых в современной науке. Примерами таких парадигм могут быть гелиоцентрические представления Н. Коперника, механика И. Ньютона, принципы относительности А. Эйнштейна, системные представления И. Пригожина.

Структурно (по Т. Куну), выделяются два основных этапа в теории познания: период "нормальной" науки – относительно спокойный период накопления новых научных фактов, подтверждающих или опровергающих существующие представления (парадигму). Например, геоцентрическая картина мира Клавдия Птолемея (90 – 160), господствовала почти полторы тысячи лет, вплоть до конца пятнадцатого века. Основное количество научных фактов не противоречило этой теории, но были такие, объяснить которые с этих позиций было сложно. Прежде всего, по Птолемею, орбиты небесных тел имели сложную петлеобразную конфигурацию, что не всегда соответствовало, например, очень точным, для своего времени, астрономическим наблюдениям датского астронома Тихо Браге (1546 – 1601).

Еще одним, хронологически более поздним примером накопления фактов периода "нормальной" науки являются результаты опыта Майкельсона – Морли по определению зависимости скорости света от направления движения "мирового эфира", основы Вселенной, заполняющей пространство между небесными телами. Содержание самого опыта будет описано ниже, но его результаты никак не вписывались в господствовавшую в то время парадигму мироустройства, основанную на механистических представлениях И. Ньютона. Ожидалось, что по ходу движения "мирового эфира" скорость света будет больше, чем против него.

Но Майкельсон и Морли экспериментального установили постоянство скорости света, не зависимо от направления движения "мирового эфира" или, что, то же самое, скорости источника излучения или приемника!

Новые научные факты, даже не совпадающие с общепринятыми представлениями, не могут сразу изменить общую картину мира, т.е. существующую на тот момент "парадигму", до тех пор, пока количество противоречий не становится критическим. Часто это сопровождается технологическим прорывом в определенных областях науки и техники, позволяющим получить новые научные данные.

Если количество противоречий велико, возникает необходимость смены парадигмы. Изменение содержания парадигмы по Т. Куну называется "научная революция", сопровождается сменой основных научных приоритетов, конкуренцией гипотез, частных теорий. Ей сопутствует кардинальное изменение базовых концепций, представлений об окружающем нас мире. Формируется новая парадигма. После ее воцарения наступает очередной период "нормальной" науки.

Примером применения концепции Т. Куна в качестве методологической системы исследования может быть выявление механизма перехода от классических представлений И. Ньютона, парадигмы сформулированной им в 1687 г. в трехтомном труде "Математические начала натуральной философии" к релятивистским представлениям А.Эйнштейна об относительности пространственно - временного континуума.

Появлению "научной революции" и новой парадигмы Эйнштейна предшествовал период накопления фактов (период "нормальной" науки), Многие новые факты, например поведение элементарных частиц, искривление проходящего света в поле тяготения Солнца невозможно было объяснить с позиции прежней парадигмы классической науки.

Применение представлений Т. Куна позволяет, в процессе исследования, опереться на уже существующую парадигму, сопоставляя с ней установленные новые научные факты, определить степень их соответствия и возможность постановки вопроса о необходимости ее замены или наоборот, ее подтверждения. Устойчивая тенденция к росту противоречий между новыми научными фактами и прежней парадигмой ведет к постановке вопроса об изменении последней (научной революции).

После воцарения новой парадигмы, вновь наступает период "нормальной" науки, который закончился, в нашем примере, с появлением квантовой механики, рассмотревшей Вселенную и ее элементы как вероятностные волновые образования.

Методологические трудности применения концепции Т. Куна состоят в отсутствии описания механизмов изменения парадигмы под воздействием новых накопленных экспериментальных фактов.

Для решения этой проблемы была разработана концепция научно-исследовательских программ Имре Локатоша, представляющая собой структуированный метод познания. В ее основе "жесткое ядро" сформированное из фундаментальных достаточно обоснованных теоретических концепций, принципиальных подходов, формирующих общепризнанную систему мировоззрения в данной научной области. "Жесткое ядро" дополнено "защитным поясом" вспомогательных гипотез, изменение которых не ведет к изменению структуры важнейших концепций "жесткого ядра". Важными регулирующими элементами являются "негативная эвристика", призванная исключать любые попытки объяснения новых явлений, не согласующиеся с "жестким ядром и "позитивная эвристика" позволяющая определить направления исследований, в рамках существующего "жесткого ядра". (Кстати, эвристика означает познание).

До тех пор, пока существующие фундаментальные концепции позволяют хоть немного продвигаться вперед, инструменты "позитивной и негативной эвристики будут защищать существующую теоретическую структуру. Однако при возникновении и последующем накоплении большого количества систематизированных аномальных фактов происходит смена прежней научно-исследовательской программы на новую, объясняющую эти явления. Применение исследовательской программы И. Локатоша рассмотрим на примере парадигмы квантовой механики, важнейшие положения которой: концепции Э. Шредингера, В. Гейзенберга и Луи де Бройля, вековые уравнения сформировали "жесткое ядро" исследования.

Квантово – механические методы расчетов структуры микрочастиц и течения процессов сформировали "защитный пояс" вспомогательных гипотез, основанный на негативной и позитивной эвристике.

Накопление большого количества противоречивых фактов ("негативной эвристики") привело к последовательному изменению "защитного пояса" (период "нормальной" науки по Т. Куну), а затем и "жесткого ядра" квантовой механики (научная революция по Т. Куну). Возникла новая парадигма: "концепция самоорганизации систем" Ильи Пригожина (1917 – 2003).

Сложностью концепции И. Локатоша является формирование "жесткого ядра", как совокупности неизменных фундаментальных теорий данного направления науки, что не позволяло динамично применять эту структуру для открытия новых научных областей.

Использование структурных построений методологии для динамичного создания новых концепций было дополнено концепцией физической исследовательской программы (М.Д. Ахундов и С.В. Илларионов). Она состоит в возможности изменения содержания "жесткого ядра": фундаментальные (важнейшие, основные) принципы по И. Локатошу, заменены на базисные – более обобщенные, универсальные, гибкие и изменяемые, позволяющие создавать новые научные дисциплины, направления исследования, планировать возможные открытия.

Важную роль в формировании базисных принципов "жесткого ядра" в рамках концепции физической исследовательской программы играют так называемые "затравочные образы" (С.Н. Жаров) – исходные модельные представления, формирующие первоначальную базисную структуру. В качестве "затравочных образов" (первоначальных мировоззренческих представлений) И. Ньютон использовал понятие корпускул, пустоты, абсолютного пространства и абсолютного времени, сформировавших базис его научно-исследовательской программы.

Дальнейшее развитие этих представлений привело к созданию механики материальной точки (Л. Эйлер), механики твердого тела, гидродинамики, теории машин. Эти преобразования прошли через предварительное постепенное изменение "защитного пояса" гипотез и вспомогательных теорий к новой парадигме (обновленному "жесткому ядру"), сформированному обновленными базисными теориями. Причем превращение фундаментальных представлений в базисные проходит постепенно, по мере их развития и универсализации.

При формировании методологической схемы исследования одновременно используются практически все указанные концепции. Прежде всего, определяется существующая парадигма в избранном направлении науки, формирующие ее фундаментальные принципы ("жесткое ядро"), теоретические представления, оказывающие влияние на фундаментальные теории составляющие "жесткое ядро". На основе новых научных данных, формируется его базисность, возникают новые направления исследований, новые научные методы, что, в конечном счете, приведет к очередной научной революции, изменению парадигмы, "жесткого ядра" фундаментальных и базисных теорий, "защитного пояса", оснащенного положительной и отрицательной эвристикой.

Классические представления о движении тел, основанные на трудах И. Ньютона, сформировали парадигму исследования: "жесткое ядро" фундаментальных теорий, состоящее из законов механики И. Ньютона и закона Всемирного тяготения. На этой базе формируется "защитный пояс" вспомогательных гипотез, теорий, методов, например исследования движения точки в пустоте, среде с сопротивлением (вода, воздух и т.д.). Решение этих задач обеспечило превращение фундаментальных принципов "жесткого ядра" в базисные через изменение структуры "защитного пояса". Базисность позволила применить общие принципы "жесткого ядра" к созданию механики небесных тел, гидродинамики, аэродинамики, механики твердых тел, теории упругости и т.д. Но в период "нормальной" науки произошло накопление данных, приведших к возникновению термодинамики и электродинамики, интерпретация которых в рамках механистической парадигмы оказалась невозможна.

Иначе говоря, возникли условия для новой научной революции.

Обобщая, отметим, что в научно-практической деятельности целесообразно сформировать "жесткое ядро" существующих по данной проблематике принципов, теорий, концепций; сформулировать его как парадигму, в виде обобщенного учения. Выявить более частные гипотезы, теории, принципы, сформировав "защитный пояс", применяя для уточнения методологической структуры "позитивную и негативную эвристику".

Выводы по разделу «Методология естественнонаучного познания»

Научный метод - основа естественнонаучного познания. Наука об его построении и применении называется методология. Знание основных методологических принципов позволяет всесторонне сформировать метод исследования той или иной научной проблемы.

Важную роль в создании метода исследования играет его логическое построение, основанное на классических концепциях Т. Куна, И. Локатоша, К. Поппера, М.Д. Ахундова и С.В. Илларионова.

Метод научного познания представляет собой стройную систему последовательного изучения и теоретического осмысления неизвестного явления природы.