Философия науки и техники. Учебное пособие

По способу получения результатов различают измерения прямые и косвенные. В прямых измерениях искомое значение величины находится путем непосредственного сравнения ее с эталоном или выдается измерительным прибором. При косвенном измерении искомую величину определяют на основании известной математической зависимости между этой и другими величинами, получаемыми путем прямых измерений (например, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения). Косвенные измерения широко используются в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат.

3. Наблюдение позволяет получить первичную информацию об объектах. Оно пассивно, так как нет деятельности, направленной на преобразование и изменение объектов познания. Это может быть обусловлено такими обстоятельствами, как недоступность этих объектов для практического воздействия (например, наблюдение за удаленными космическими объектами), невозможность вмешательства в наблюдаемый процесс (фенологические, психологические), а также отсутствие технических, энергетических, финансовых и иных возможностей постановки экспериментальных исследований.

По способу проведения наблюдения могут быть непосредственными и опосредованными. При непосредственных наблюдениях свойства объекта воспринимаются органами чувств человека. Такого рода наблюдения дали немало полезного в истории науки. Например, Тихо Браге, следя невооруженным глазом за положением планет и звезд на небе, смог составить астрономические таблицы, которые явились эмпирической основой для открытия Кеплером его знаменитых законов.

В современной науке наблюдение бывает чаще всего опосредованным, т. е. проводится с использованием тех или иных технических средств. Это определило расширение возможностей метода наблюдений, которое произошло за последние четыре столетия.

Если, например, до начала XVII в. астрономы наблюдали за небесными телами невооруженным глазом, то изобретение Галилеем

в1608 г. оптического телескопа подняло астрономические наблюдения на новую, гораздо более высокую ступень развития. А создание

внаши дни рентгеновских телескопов и вывод их в космическое пространство на борту орбитальной станции (рентгеновские телескопы

31

могут работать только за пределами земной атмосферы) позволило проводить наблюдения за такими объектами Вселенной как пульсары

иквазары, которые другим путем изучать было бы невозможно.

4.Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект для выявления и изучения тех или иных сторон, свойств, связей.

В эксперименте также можно обнаружить взаимосвязь эмпирического и теоретического. Он может быть спланирован на основе либо существующего опыта, либо теории. Его целью зачастую является подтверждение или опровержение научной теории или гипотезы. Но сами результаты эксперимента нуждаются в теоретической интерпретации.

Эксперимент обладает рядом важных, присущих только ему особенностей. Во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в «очищенном» виде, т. е. устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования. Во-вторых, в ходе эксперимента объект может быть поставлен в искусственные, в частности, экстремальные условия, т. е. он может изучаться при сверхнизких температурах, при чрезвычайно высоких давлениях или, наоборот,

в вакууме, при огромных напряженностях электромагнитного поля. В искусственно созданных условиях удается обнаруживать удивительные неожиданные свойства объектов и тем самым глубже постигать их сущность. В-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в него, активно влиять на его протекание. В-четвертых, важным достоинством многих экспериментов является их воспроизводимость. Это означает, что условия эксперимента и проводимые при этом наблюдения, измерения могут быть повторены столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных результатов.

Эксперименты подразделяются на исследовательские и проверочные. Исследовательские эксперименты дают возможность обнаружить у объекта новые, неизвестные свойства. Результатом такого эксперимента могут стать выводы, не вытекающие из имевшихся ранее знаний об объекте исследования. Примером могут служить эксперименты, поставленные в лаборатории Э. Резерфорда и приведшие к обнаружению ядра атома, а тем самым и к рождению ядерной физики.

32

Проверочные эксперименты служат для проверки, подтверждения тех или иных теоретических построений. Так, существование целого ряда элементарных частиц (позитрона, нейтрино) было вначале предсказано теоретически и лишь позднее было доказано экспериментальным путем.

Исходя из методики проведения и получения результатов, эксперименты можно разделить на качественные и количественные. Качественные эксперименты носят поисковый характер и не приводят к получению каких-либо количественных соотношений. Они позволяют лишь выявить действие тех или иных факторов на изучаемое явление. Количественные эксперименты направлены на установление точных количественных зависимостей в исследуемом явлении. В реальной практике экспериментального исследования оба указанных типа реализуются, как правило, в виде последовательных этапов развития познания.

Как известно, связь между электрическими и магнитными явлениями была впервые открыта датским физиком Эрстедом в результате чисто качественного эксперимента (поместив магнитную стрелку компаса рядом с проводником, через который пропускался электрический ток, он обнаружил, что стрелка отклоняется от первоначального положения). За публикацией Эрстедом своего открытия последовали количественные эксперименты французских ученых Био и Савара, а также опыты Ампера, на основе которых была выведена соответствующая математическая формула. Все эти качественные и количественные эмпирические исследования заложили основы учения об электромагнетизме.

4.3. Эмпирические зависимости, законы и модели в химии

В химии существует система эмпирических соотношений. Она развивает общие приемы построения эмпирических функций и таблиц эмпирических формул, которые появляются в справочниках.

К эмпирическим зависимостям в экспериментальной химии относят различные корреляционные уравнения, которые выражают количественные связи между физико-химическими свойствами объекта (например, связь между молекулярной рефракцией и показателем преломления, плотностью и молекулярной массой), между структурными фрагментами химического соединения и их физико-химическими

33

свойствами (например, расчеты теплоемкостей и теплот образования на основе фрагментарного деления молекулы с выделением различных связей) и между отдельным физико-химическим свойством химического соединения и его структурой (например, связь парамагнитных свойств металлалкилов и длиной их цепи).

Граница между теоретической и эмпирической зависимостью условна. Она зависит от контекста употребления: одну и туже зависимость можно назвать как эмпирической, так и теоретической. Вопрос состоит в том, что называть наблюдаемой величиной, а что – теоретически выведенной.

Что мы наблюдаем? Ответ напрашивается самый простой – явление, которое фиксируется органами чувств. Но современный исследователь редко ведет непосредственные наблюдения, поскольку они для него малоинформативны. Исчез способ идентификации веществ по вкусу, тактильным ощущениям и запаху. При наблюдениях используют приборы и сводятся их к отсчетам данных по шкалам или записям на самописце. Считается, что только зрительные и графические образы дают удобную форму для количественной интерпретации.

Наблюдаемая зависимость тесно связана с техникой эксперимента. Так, в одних приборах можно наблюдать «темп» нагревания, а в других – нельзя. В первом случае можно построить более полную и адекватную наблюдаемому явлению эмпирическую зависимость по сравнению со вторым случаем. Теоретическое мышление, создающее измерительную технику, все сильнее расширяет границу между теоретическими интерпретациями явлений и теоретическими понятиями. Отсюда появляется масса эмпирических зависимостей в химии. Соответственно, химия остается наукой больше экспериментальной, чем теоретической.

Теоретическая интерпретация становится понятием тогда, когда она осмысливается с помощью общих принципов химии, таких, как законы термодинамики и статистической механики, квантовая теория строения молекул, законы химической кинетики. Чем сильнее эмпирическая закономерность связана с этим ядром знания, тем больше она претендует на звание теоретической. Например, в области квантовой химии полностью теоретическим будет расчет свойств молекулярной системы с помощью методов квантовой механики. Введение в этот расчет каких-либо величин, кроме универсальных мировых постоянных, означает уступку эмпиризму.

34

Эмпирические законы представляют собой знаковые модели, выступающие в виде математических функций или таблиц. Они могут быть обоснованы с помощью фундаментальных законов физики или химии. Теоретическое обоснование получили такие понятия химии, как химическая связь, ионность, ковалентность, электроотрицательность, валентность. Они не едины и распадаются на частные понятия.

Математическая модель основана на сходстве между реальным химическим объектом (например, химическим соединением) и идеальным объектом, представляющим собой модель. Модель сохраняет содержательность моделируемого явления, выражает важнейшие его особенности, но значительно упрощает явление путем отвлечения от ряда его особенностей.

Математические модели могут быть построены без знания физической сущности изучаемого объекта путем варьирования условий измерения и сопоставления соответствующих «откликов» системы. Модель имеет вид уравнения в виде многочлена с переменными, соответствующими измеряемым характеристикам. Дальше вводятся теоретические допущения, чтобы появилась возможность дополнительного введения простейших функций и параметров. Так возникает в химии целая система эмпирических закономерностей, образующих ряд непрерывных переходов от удобной и простой эмпирической функции до фундаментальной теоретической зависимости.

35

5. СТРУКТУРА НАУЧНОГО ЗНАНИЯ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ПОЗНАНИЯ

5.1. Теоретический уровень познания, формы и методы конструирования теории и законов

Теоретический уровень познания характеризуется преобладанием рационального момента – понятий, теорий, гипотез, законов. Чувственное здесь не устраняется, но имеет подчиненное значение. На основе эмпирических данных происходит мысленное объединение объектов, постижение их сущности. При этом используется арсенал теоретических методов познания, позволяющий конструировать идеальные объекты науки. Среди теоретических можно выделить фор- мально-логические методы (анализ, синтез, индукция, дедукция и абстрагирование) и методы самой науки (идеализация, аналогия, моделирование, формализация, логико-аксиоматический метод и гипотети- ко-дедуктивный).

Характеристикой теоретического познания являются операции с идеальными объектами. К формам теоретического познания относятся проблема, гипотеза, теория, закон.

Проблема – это знание о незнании, вопрос, возникший в ходе познания и требующий ответа. Умение верно поставить проблему – необходимая предпосылка для ее решения. Постановка и решение научных проблем предполагают: 1) систему понятий для описания открытых явлений, 2) методы познания для решения проблем, 3) опору на научную традицию. К. Поппер считал, что решающую роль в науке играют наблюдения и эксперименты, но им всегда предшествуют проблемы как нечто теоретическое. Для решения проблемы необходимы два условия: ее ясная формулировка и критическое исследование вариантов ее решения.

Научная проблема выражается в наличии противоречивой ситуации, которая выступает в виде противоположных позиций.

Развитие науки означает переход от менее глубоких проблем к более глубоким. Проблемы возникают в трех случаях: как следствие противоречия в отдельной теории; 2) как столкновение двух различных теорий; 3) как столкновение теории с наблюдениями (К. Поппер). На постановку проблемы и ее решение оказывают влияние стиль мышления эпохи и уровень знания об объектах, которые решает проблема.

36

Гипотеза (предположение). Этот термин употребляется в двух смыслах. Он означает либо форму теоретического знания, либо метод развития научного знания. Как форма теоретического знания гипотеза должна удовлетворять следующим требованиям: 1) соответствие установленным в науке законам; 2) согласование с опытным материалом; 3) отсутствие противоречий; 4) простота; 5) возможность ее опытной проверки; 6) описание широкого круга явлений.

Как метод развития научного знания гипотеза должна объяснять явление на основе изученных фактов, законов, теорий, если такая попытка не удается, то делается еще один шаг – выдвигается догадка о причинах данного явления. На этом этапе гипотеза представляет собой вероятностное знание. Дальше логически обосновывается. Сначала оценивается ее эффективность, основательность и происходит отбор наименее вероятностного знания. Затем гипотеза обосновывается математически: с помощью дедукции выводятся следствия, которые проверяются на опыте. Гипотеза, многократно проверенная опытом, может стать теорией.

Теория. Представляет собой систематизированное и обобщенное знание о законах и закономерностях некоторого класса объектов. Признак теории – логическая связность всех ее утверждений. Она основывается на совокупности эмпирических фактов, которые образуют ее базис. Главные требования, которые предъявляются к теории: 1) адекватность своему объекту, т. е. эмпирическому базису; 2) одинаковый способ описания всех объектов, которые попадают в сферу ее применимости; 3) системность знания; 4) проверяемость на опыте. Функции теории: 1) объяснительная; 2) предсказательная; 3) описательная; 4) методологическая.

Для построения развитой естественнонаучной теории используется генерализация, формализация и аксиоматизация. Генерализация теории – это логическое обобщение широкого спектра свойств изучаемых объектов. В генерализации применяются формализация и аксиоматизация. Формализация использует знаковые средства. В точном естествознании она совпадает с математизацией теории, но не исчерпывается введением знаковых средств. Главная задача формализации – уточнение вводимых в теорию понятий, придание им логичной формы. В процессе уточнения смысла понятий происходит переход от неявного к явному смыслу. Все понятия приводятся к иерархической системе, что означает выводимость одних понятий из других.

37

Основная задача аксиоматизации состоит в поиске и формулировке исходных аксиом теории, т. е. минимума базисных положений, из которых можно вывести все ее содержание. Аксиомы должны удовлетворять следующим требованиям: 1) независимость друг от друга; 2) непротиворечивость; 3) система аксиом должна быть полна, что означает ее достаточность для выведения или опровержения любого утверждения, сформулированного на языке теории.

Главную роль в формировании теории играют абстрактные идеализированные объекты. Они содержат в себе не только мысленные модели определенного фрагмента реальности, но и конкретную программу исследования.

Закон. Как философская категория выражает объективные, существенные, необходимые, повторяющиеся, общие, устойчивые связи между явлениями или объектами в природе.

Законы отличаются от рецептурного знания, которое вырабатывается в процессе эмпирического познания. Эти правила выражают следование явлений друг за другом. В них не фиксируется внутренняя необходимая связь явлений. Методы конструирования законов основаны на различных видах абстракций: абстракции отождествления, изолирующей абстракции, абстракции актуальной бесконечности, методах идеализации и экстраполяции.

Суть абстракции отождествления состоит в обнаружении общего признака у различных явлений и отождествлении их по этому признаку. Так устанавливаются классы предметов, что избавляет от необходимости изучать их бесконечное множество. С помощью абстракции отождествления был открыт закон всемирного тяготения. Так, люди сначала имели дело с падением брошенного вверх камня, горными обвалами, морскими приливами и отливами. В XVII в. Ньютон за этими явлениями обнаружил всеобщее свойство тел притягивать друг друга

исформулировал закон всемирного тяготения.

Визолирующей абстракции отвлекаются от некоторых несущественных признаков предметов, что дает возможность рассмотреть их как самостоятельные и сформулировать о них абстрактные понятия. С помощью этого метода был сформулирован закон сохранения энергии.

На основе абстракции актуальной бесконечности сформулирован ряд допущений в математике.

38

Главная роль в формулировке законов принадлежит методу идеализации. Идеализированные объекты не существуют в опыте и действительности, их с помощью абстракции создало наше воображение. К идеализированным объектам относятся: материальная точка, идеальный газ, абсолютно черное тело.

Существует несколько способов формирования идеальных объектов:

–абстрагирование от одних свойств с удержанием в мысли других. Например, материальная точка, обладающая лишь гравитационной массой;

–абстрагирование от отношений между объектами. Например,

впонятии идеального газа абстрагируются от взаимодействия между молекулами;

–приписывание реальным объектам отсутствующего у них свойства или мысленное доведение этого свойства до предельного значения. Например, абсолютно черное тело;

–мысленное помещение реальных объектов в несуществующие, идеальные условия. Например, инерция;

–комбинация способов 1–4.

Суть метода экстраполяции состоит в распространении теоретических выводов относительно изученных фактов на все факты данного рода. Например, биологические идеи Дарвина о естественном отборе, наследственности и изменчивости экстраполируются на развитие общества.

Требования к закону:

–адекватность и полнота описания реальности;

–интерпретируемость. Это значит, что должна быть связь между понятиями и символами в языке закона и эмпирическими показаниями

вязыке наблюдений;

– проверяемость закона на опыте. Интерпретируемость ведет

кпроверяемости;

–информативность и простота. Под информативностью понимают возможность получения новых знаний о предметах на основе закона. Простота обозначает такие исходные абстракции и идеализации, которые давали бы возможность охватывать как можно больше связей между явлениями. Закон будет проще, если он при меньшем количестве параметров охватит как можно больший круг явлений;

–истинность или достоверность.

39

Классификация законов. По признаку всеобщности законы делятся на всеобщие, общие и частные. Всеобщие законы действуют во всех без исключения явлениях – в природе, обществе и мышлении. Таковы законы диалектики: закон единства и борьбы противоположностей, закон перехода количественных изменений в качественные, закон отрицания – отрицания. Общими называются те законы, которые относятся либо ко всем явлениям определенной формы движения материи, либо к группе явлений различных форм, которые можно рассматривать как аналогичные. Такими законами являются, например, законы сохранения массы, заряда, энергии. Частные законы действуют в явлениях определенного порядка, которые относятся к определенным формам движения материи. Например, законы электричества, оптики, гидравлики. Специфическими законами называют такие, которые присущи определенным ступеням развития системы, в отличие от общих, которые характерны для ряда таких ступеней. Например, законы микромира являются специфическими.

Законы науки такие делятся на динамические (причинноследственные) и статистические (вероятностные). Динамические законы описывают системы, в которых имеет место жесткая обусловленность (детерминация) одного элемента другим по принципу причины – следствия. Динамическими законами являются некоторые законы классической физики: закон тяготения, законы механики Ньютона, электродинамики Максвелла.

Статистические законы – это законы массовых явлений. Они проявляются в результате взаимодействия большого числа единичных и случайных объектов или явлений. Получаемое среднее отклонение численных свойств объектов выражает то общее, что в специфической форме присуще каждому из них. Статистические закономерности выражают усредненный результат в действии целого ансамбля элементов. Эти элементы не находятся в причинно-следственной зависимости. Они могут предшествовать друг другу в пространстве и во времени, а могут взаимодействовать одновременно. Взаимодействие проявляется случайным образом. К статистическим законам относятся многие законы науки: законы распределения Максвелла, Больцмана, Гиббса, законы квантовой механики, а также многие законы социальногуманитарных наук.

40