Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естественно-научная картина мира. Учебник
.pdf
71
считать пропорциональными результатам взаимодействия реальных тел.
Но и модельный эксперимент не является последним из
возможных. Может иметь место мысленный эксперимент. Для
этого понадобится представить себе тела, которых вообще не
существует в реальности, и провести над ними эксперимент в
уме. Значение представления, связанного с проведением мысленного, или идеального, эксперимента, хорошо объясняют в
своей книге «Эволюция физики» А. Эйнштейн и Л. Инфельд.
Дело в том, что все понятия, т.е. слова, имеющие определенное
значение, которыми пользуются ученые, являются не эмпирическими, а рациональными, т.е. они не берутся нами из чувственного опыта, а являются творческими произведениями человеческого разума. Для того чтобы ввести их в расчеты, необходимы
идеальные представления, например, представления об идеально гладкой поверхности, идеально круглом шаре и т.п. Такие
представления называются идеализациями.
В современной физике надо быть готовым к идеализированным экспериментам, т.е. мысленным экспериментам с применением идеализации, с которых (а именно, экспериментов
Галилея) и началась физика Нового времени. Представление и
воображение (создание и использование образов) имеет в науке
большое значение, но в отличие от искусства — это не конечная, а промежуточная цель исследования. Главная цель науки —
выдвижение гипотез, и теория как эмпирически подтвержденная
гипотеза.
Понятия играют в науке особую роль. Еще Аристотель
считал, что, описывая сущность, на которую указывает термин,
мы объясняем его значение. А его имя — знак вещи. Таким образом, объяснение термина (а это и представляет собой определение понятия) позволяет нам понять данную вещь в ее глубочайшей сущности («понятие» и «понять» — однокоренные слова). По мнению К. Поппера, если в обычном словоупотреблении
мы сначала ставим термин, а затем определяем его (например:
«щенок— это молодой пес»), то в науке имеет место обратный
процесс. Научную запись следует читать справа налево, отвечая
72
на вопрос: как мы будем называть молодого пса, а не что такое щенок.
Формирование понятий относится к следующему уровню
исследований, который является не эмпирическим, а теоретическим. Но прежде мы должны записать результаты эмпирических
исследований, с тем, чтобы каждый желающий мог их проверить и убедиться в их правильности.
Ученые должны, пишут А. Эйнштейн и Л. Инфельд, собирать неупорядоченные факты и своим творческим мышлением
делать их связанными и понятными. Поэтому их можно сравнить с детективами. Но в отличие от детектива, который только
расследует дело, «ученый должен, по крайней мере, отчасти,
сам совершить преступление, затем довести до конца исследование. Более того, его задача состоит в том, чтобы объяснить не
один только данный случай, а все связанные с ним явления, которые происходили или могут еще произойти» [94, с. 64].
На основании эмпирических исследований могут быть
сделаны эмпирические обобщения, которые имеют значение
сами по себе. В науках, которые называют эмпирическими, или
описательными, как, скажем, геология, эмпирические обобщения завершают исследование, в экспериментальных, теоретических науках это только начало. Чтобы двинуться дальше, нужно
придумать удовлетворительную гипотезу, объясняющую
(в нашем примере) падение тел. Самих по себе эмпирических
фактов для этого недостаточно. Необходимо все предшествующее знание, касающееся данной проблемы, прежде всего,
в нашем случае, знание принципов механики, например, представление о связи движения тела с приложением к нему силы,
действующей в направлении движения (в данном случае, к Земле), т.е. знание трех законов механики, которые сформулировал
тот же Ньютон до закона всемирного тяготения.
На теоретическом уровне помимо эмпирических фактов
требуются понятия, которые создаются заново или берутся из
других (преимущественно ближайших) разделов науки. В данном случае это понятия массы и силы, которые были для Ньютона основными при выведении законов механики. Эти понятия
должны быть определены и представлены в краткой форме в
73
виде слов (называемых в науке терминами) или знаков (в том
числе математических), которые имеют каждый строго фиксированное значение.
«Эмпирическое обобщение опирается на факты, индуктивным путем собранные, не выходя за их пределы и не заботясь о согласии или несогласии полученного вывода с другими
существующими представлениями о природе… При гипотезе
принимается во внимание какой-нибудь один или несколько
важных признаков явления, и на основании только их строится
представление о явлении, без внимания к другим его сторонам.
Научная гипотеза всегда выходит за пределы фактов, послуживших основой для ее построения» [14].
При выдвижении какой-либо гипотезы принимается во
внимание не только ее соответствие эмпирическим данным, но и
некоторые методологические принципы, получившие название
критериев простоты, красоты, экономии мышления и т.п.
«Я считаю, как и Вы, — говорил Гейзенберг Эйнштейну, — что
простота природных законов носит объективный характер, что
дело не только в экономии мышления. Когда сама природа подсказывает математические формы большой красоты и простоты, — под формами я подразумеваю здесь замкнутые системы
основополагающих постулатов, аксиом и т.п., — формы, о существовании которых никто еще не подозревал, то поневоле
начинаешь верить, что они «истинны», т.е. что они выражают
реальные черты природы» [20, с. 196].
После выдвижения определенной гипотезы (научного
предположения, объясняющего причины данной совокупности
явлений) исследование опять возвращается на эмпирический
уровень для ее проверки. При проверке научной гипотезы
должны проводиться новые эксперименты, задающие природе
новые вопросы, исходя из сформулированной гипотезы. Цель —
проверка следствий из этой гипотезы, о которых ничего не было
известно до ее выдвижения.
Если гипотеза выдерживает эмпирическую проверку, то
она приобретает статус закона (или, в более слабой форме, закономерности) природы. Если нет — считается опровергнутой, и
поиски иной, более приемлемой, продолжаются. Научное пред-
74
положение остается, таким образом, гипотезой до тех пор, пока
еще не ясно, подтверждается она эмпирически или нет. Стадия
гипотезы не может быть в науке окончательной, поскольку все
научные положения в принципе эмпирически опровергаемы, и
гипотеза рано или поздно или становится законом, или отвергается.
Закон — необходимая, существенная, повторяющаяся, устойчивая связь между явлениями, предметами или их свойствами. Вскрываемые наукой законы природы представляют собой
объективные характеристики изучаемой реальности. В то же
время формулировки законов выражают достигнутый на настоящий момент уровень знаний.
Принцип фальсифицируемости научных положений, т.е.
их свойство быть опровергаемыми на практике, остается в науке
непререкаемым. «В той степени, в которой научное высказывание говорит о реальности, оно должно быть фальсифицируемо, а
в той степени, в которой оно не фальсифицируемо, оно не говорит о реальности» [66, с. 21]. Отсюда можно сделать вывод, что
главное в науке — сам процесс духовного роста, а не результат
его, который более важен в технике.
Нам следует привыкнуть понимать науку не как «совокупность знаний», а как систему гипотез, т.е. догадок и предвосхищений, которые в принципе не могут быть обоснованы, но которые мы используем до тех пор, пока они выдерживают проверки, и о которых мы никогда не можем с полной
уверенностью говорить, что они «истинны», «более или менее
достоверны» или даже «вероятны» [66, с. 335].
Проверочные эксперименты ставятся таким образом, чтобы не столько подтвердить, сколько опровергнуть данную гипотезу. «Итак, если установлено какое-нибудь правило, то, прежде
всего, мы должны исследовать те случаи, в которых это правило
имеет больше всего шансов оказаться неверным» [66, с. 291].
Эксперимент, который направлен на опровержение данной гипотезы, носит название решающего эксперимента. Именно он
наиболее важен для принятия или отклонения гипотезы, так как
одного его достаточно для признания гипотезы ложной.
Совокупность нескольких законов, относящихся к одной
области познания, называется теорией.
75
В случае, если теория в целом не получает убедительного
эмпирического подтверждения, она может быть дополнена новыми гипотезами, которых, однако, не должно быть слишком
много, так как это подрывает доверие к теории. Подтвержденная
на практике теория считается истинной вплоть до того момента,
когда будет предложена новая теория, лучше объясняющая известные эмпирические факты, а также новые эмпирические факты, которые стали известны уже после принятия данной теории
и оказались противоречащими ей.
Итак: наука строится из наблюдений, экспериментов, гипотез, теорий и аргументации. Наука в содержательном плане —
это совокупность эмпирических обобщений и теорий, подтверждаемых наблюдением и экспериментом. Причем творческий
процесс создания теорий и аргументации в их поддержку играет
в науке не меньшую роль, чем наблюдение и эксперимент.
Схематично структуру научного познания можно представить следующим образом:
Эмпирический факт → научный факт → наблюдение →
реальный эксперимент → модельный эксперимент → мысленный эксперимент → фиксация результатов эмпирического уровня исследований → эмпирическое обобщение → использование
имеющегося теоретического знания → образ → формулирование гипотезы → проверка ее на опыте → формулирование новых понятий → введение терминов и знаков → определение их
значения → выведение закона → создание теории → проверка
ее на опыте → принятие в случае необходимости дополнительных гипотез.
Метод — это совокупность действий, призванных помочь
достижению желаемого результата.
Ф. Бэкон сравнил метод познания с циркулем. Способности людей различны, и для того, чтобы всегда добиваться успеха, требуется инструмент, который уравнивал бы шансы и давал
возможность каждому получить нужный результат. Таким инструментом и является научный метод.
Выделяют три основные группы методов: эмпирические
(опытные); теоретические (аналитические); всеобщие (логические).
К эмпирическим методам относятся:
76
• наблюдение — целенаправленное восприятие явлений
объективной действительности;
• описание — фиксация средствами естественного или
искусственного языка сведений об объектах;
• измерение — сравнение объектов по каким-либо сход-
ным свойствам или сторонам;
• эксперимент — наблюдение в специально создаваемых
и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход
явления при повторении условий.
Основные теоретические методы — это:
• формализация — построение абстрактно-математи-
ческих моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов
действительности;
• аксиоматизация — построение теорий на основе акси-
ом — утверждений, доказательства истинности которых
не требуется;
• гипотетико-дедуктивный метод — создание системы
дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.
Всеобщие методы:
• анализ — расчленение целостного предмета
на составные части с целью их всестороннего изучения;
• синтез — соединение ранее выделенных частей предме-
та в единое целое;
• абстрагирование — отвлечение от ряда несуществен-
ных для данного исследования свойств и отношений изучаемого
явления с одновременным выделением интересующих нас
свойств и отношений;
• обобщение — прием мышления, в результате которого
устанавливаются общие свойства и признаки объектов;
• индукция — метод исследования и способ рассуждения,
в котором общий вывод строится на основе частных посылок;
• дедукция — способ рассуждения, посредством которого
из общих посылок с необходимостью следует заключение част-
ного характера;
77
• аналогия — прием познания, при котором на основе
сходства объектов в одних признаках заключают об их сходстве
и в других признаках;
• моделирование — изучение объекта (оригинала) путем
создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя;
• классификация — разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным
для исследователя признаком.
Большое значение в современной науке приобрели стати-
стические методы, позволяющие определять средние значения,
характеризующие всю совокупность изучаемых предметов.
«Применяя статистический метод, мы не можем предсказать поведение отдельного индивидуума совокупности. Мы можем только предсказать вероятность того, что он будет вести
себя некоторым определенным образом… Статистические законы можно применять только к большим совокупностям, но не к
отдельным индивидуумам, образующим эти совокупности»
[94, с. 231].
Характерной особенностью современного естествознания
является также то, что методы исследования все в большей степени влияют на его результат (так называемая «проблема прибора» в квантовой механике).
78
4. ПРИНЦИПЫ
СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
4.1. Принципы познания,
лежащие в основании естествознания
Способы научного познания обычно называют методами
познания, которые могут быть поняты как особые типы деятельности, осуществляющие определенные цели, адекватные
своему предмету. Р. Декарт в 1637 г. в «Правилах для руководства ума» и в «Рассуждении о методе» [27] выделил в научном
познании несколько основных правил. Кратко эти правила сводятся к следующему.
1. Необходимо считать истинным только то, что представ-
ляется уму столь ясным и отчетливым, что не дает повода подвергать его сомнению.
Это правило самое важное, делающее акцент на очевидности, которое сам Декарт сформулировал следующим образом:
«Никогда не принимай ничего на веру, в чем с очевидностью не
уверен; иными словами, необходимо старательно избегать поспешности и предубеждения и включать в свои суждения только
то, что представляется моему уму столь ясно и отчетливо, что
никоим образом не сможет дать повод к сомнению».
2. Встречающиеся затруднения необходимо делить на ча-
сти с целью их преодоления.
В «Правилах» Декарт уточняет: «Мы называем простым
только то, знание о чем столь ясно и отчетливо, что никоим образом не сможет дать повод к сомнению».
3. Следует начинать с наиболее простых предметов и
постепенно восходить к познанию сложного, предполагая
порядок даже там, где объекты мышления не даны в их
естественной связи.
В «Рассуждениях о методе» Декарт определяет это правило так: «Третье правило заключается в том, чтобы располагать
свои мысли в определенном порядке, начиная с предметов простейших и легко познаваемых, и восходить мало-помалу, как по
ступеням, до познания наиболее сложных, допуская существо-
79
вание порядка даже среди тех, которые в естественном ходе вещей не предшествуют друг другу».
4. Следует составлять возможно полные перечни и обзоры
исследуемых предметов.
Декарт формулирует данное правило так: «Последнее
правило — делать всюду перечни настолько полные и обзоры
столь высокоохватывающие, чтобы быть уверенным, что ничего
не пропущено».
И. Ньютон в 1686 г. в своих «Началах» сформулировал
четыре правила умозаключения в физике следующим образом:
1. Не должно принимать иных причин сверх тех, которые
истинны и достаточны для объяснения явлений.
2. Следует предписывать те же причины одним и тем же
явлениям природы.
3. Критерий общности свойств коренится в их постоян-
стве, или, как бы мы сказали теперь, в их инвариантности.
4. Индуктивные умозаключения, несмотря на их вероят-
ностный характер, могут рассматриваться в теоретической системе в качестве достоверных до тех пор, пока они не будут
опровергнуты новыми явлениями.
Сопоставление «правил для руководства ума» Декарта с
«правилами умозаключений в физике» Ньютона показывает их
удивительную общность, даже несмотря на видимые различия.
Критерий ясности и отчетливости мышления, составляющий
основной мотив всех четырех правил Декарта, имеет основание
в простоте самой природы. Ньютон в разъяснениях к своим правилам сам подчеркивает их связь с особенностями природы.
«Природа проста и не роскошествует излишними причинами» ~
это знаменитое изречение Ньютона прямо указывает на объективное основание его первого и второго правил.
Естественно-научное мировоззрение опирается, прежде
всего, на основные принципы физики. Физика несет в себе
единство мысли, метода и объединяет вокруг себя значительную
часть точного знания. Методы физики позволили многие частные вопросы специальных наук (химии, астрономии, биологии)
сделать частью более общих подходов.
80
Понятие «физический принцип» имеет глубокое научное
значение. Оно подразумевает фундаментальное утверждение о
физическом мире, основанное либо на многочисленных экспериментах, либо на концептуальном понимании природы явлений, а в идеальном случае и на том и на другом. В отличие от
математических аксиом, которые могут вводиться произвольно,
для физических принципов важно экспериментальное и логическое обоснование. Примечательно, что набор фундаментальных
физических принципов может сильно зависеть от сложившейся
физической парадигмы. Так, исходя из общего понимания природы вещей, одни физические закономерности могут рассматриваться как фундаментальные принципы, а другие — как их
следствия или частные случаи. Однако в рамках другой физической парадигмы все может быть наоборот, хотя она может приводить к тем же формулам и в равной мере соответствовать эксперименту.
Принципов физики можно выделить довольно много.
Большинство из них «перекрываются», дополняют друг друга.
По степени общности можно в первую очередь выделить принципы инвариантности, относительности, дополнительности, вариационные принципы. Затем следует выделить принципы сохранения энергии, необратимости, симметрии, инерции, дальнодействия, близкодействия и некоторые другие.
4.2. Принцип инвариантности
Один из виднейших физиков-теоретиков XX столетия
Ю. Вигнер сформулировал концепцию трех уровней познания
в физике, которая может быть распространена и на другие
науки [15].
1. Первый уровень познания — установление отдельных
фактов (событий).
2. Второй уровень познания — выведение общих физиче-
ских законов посредством обобщения фактов или событий. По
формулировке Вигнера, «законы природы позволяют нам предсказывать события на основании знания других событий», или,
короче говоря, устанавливать корреляции между событиями.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]