ФПНиТ / Лекция Структура научного познания - динамика

1.5. Динамика науки как процесс порождения нового знания

Историческая изменчивость механизмов порождения научного знания. Взаимодействие

оснований науки и опыта как начальный этап становления новой дисциплины. Проблема

классификации. Обратное воздействие эмпирических фактов на основания науки.

Формирование первичных теоретических моделей и законов. Роль аналогий в теоретическим поиске. Процедуры обоснования теоретических знаний. Взаимосвязь логики

открытия и логики обоснования. Механизмы развития научных понятий.

Становление развитой научной теории. Классический и неклассический варианты

формирования теории. Генезис образцов решения задач.

Проблемные ситуации в науке. Перерастание частных задач в проблемы. Развитие оснований науки под влиянием новых

теорий.

Проблема включения новых теоретических представлений в культуру.

Литература

Кун Т. Структура научных революций. М.,

1975.

Поппер К. Логика и рост научного знания. М.,

1983.

Степин В.С. Становление научной теории.

Минск, 1976.

Структура и развитие науки (из Бостонских

исследований по философии науки). М., 1978.,

Фейерабенд П. Избранные труды по методологии

науки. М., 1986.

Albert H. Die Wissenschaft und die

Fehlbarkeit der Vernunft. Tubingen, 1982.

Формирование научной картины мира

отдельные личности, занимающиеся наукой — академические структуры (академии наук, университеты) — глобальные научные корпорации (20 век)

• натурфилософская – до 16-17-го веков;

• механистическая – 17 век до второй половины 19-го века.;

• термодинамическая (в рамках механистической теории) в 19-м веке;

• электромагнитная – конец 19-го – начало 20 века;

• квантово-механическая – 20-й век.

НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА – целостный образ предмета научного исследования в его главных системно-структурных характеристиках, формируемый посредством фундаментальных понятий, представлений и принципов науки на каждом этапе ее исторического развития.

Различают основные разновидности (формы) научной картины мира: 1) общенаучную как обобщенное представление о Вселенной, живой природе, обществе и человеке, формируемое на основе синтеза знаний, полученных в различных научных дисциплинах; 2) социальную и естественнонаучную картины мира как представления об обществе и природе, обобщающие достижения соответственно социально-гуманитарных и естественных наук; 3) специальные научные картины мира (дисциплинарные онтологии) – представления о предметах отдельных наук (физическая, химическая, биологическая и т.п. картины мира). В последнем случае термин «мир» применяется в специфическом смысле, обозначая не мир в целом, а предметную область отдельной науки (физический мир, биологический мир, мир химических процессов). Чтобы избежать терминологических проблем, для обозначения дисциплинарных онтологии применяют также термин «картина исследуемой реальности». Наиболее изученным ее образцом является физическая картина мира. Но подобные картины есть в любой науке, как только она конституируется в качестве самостоятельной отрасли научного знания. Обобщенный системно-структурный образ предмета исследования вводится в специальной научной картине мира посредством представлений 1) о фундаментальных объектах, из которых полагаются построенными все другие объекты, изучаемые соответствующей наукой; 2) о типологии изучаемых объектов; 3) об общих особенностях их взаимодействия; 4) о пространственно-временной структуре реальности. Все эти представления могут быть описаны в системе онтологических принципов, которые выступают основанием научных теорий соответствующей дисциплины.

Напр., принципы – мир состоит из неделимых корпускул; их взаимодействие строго детерминировано и осуществляется как мгновенная передача сил по прямой; корпускулы и образованные из них тела перемещаются в абсолютном пространстве с течением абсолютного времени – описывают картину физического мира, сложившуюся во 2-й пол. 17 в. и получившую впоследствии название механической картины мира.

Научные картины мира выполняют три основные взаимосвязанные функции в процессе исследования: 1) систематизируют научные знания, объединяя их в сложные целостности; 2) выступают в качестве исследовательских программ, определяющих стратегию научного познания; 3) обеспечивают объективацию научных знаний, их отнесение к исследуемому объекту и их включение в культуру.

Согласно одной точке зрения, картина мира, явившаяся результатом научной революции XVI-XVII вв. и нашедшая законченное выражение в работах Ньютона, является первой научной картиной мира. Мы уже можем говорить о процессе формирования первой научной картины мира в выше отмеченных трудах Коперника, Кеплера, Галилея, Декарта, Бойля, завершившегося «системой мира» Ньютона.

Говоря о становлении науки XVII в. нельзя не отметить формирование в тот период механической картины мира и роль Реформации в процессе становления новой картины мира. В культурно-историческом плане механизация картины мира –чрезвычайно интересное явление, возникшее в лоне европейской культуры и не имеющее аналогов в других культурах. Под механизацией картины мира, происходящей в XVII в. мы понимаем вытеснение схоластического представления о материальном мире как иерархически упорядоченном организме, как материи, одушевляемой «изнутри» субстанциональными качествами, иным представлением о мире как об однородном, неодушевленном, мертвом веществе, частицы которого взаимодействуют по чисто механическим законам.

Становление механистической картины мира справедливо связывают с именем Галилео Галилея, который установил законы движения свободно падающих тел и сформулировал механический принцип относительности. Но главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработкой результатов измерений. Если эксперименты спорадически ставились и раньше, то математический их анализ впервые систематически стал применять именно он.

Подход Галилея к изучению природы принципиально отличался от ранее существовавшего натурфилософского способа, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные, не связанные с опытом и наблюдениями, чисто умозрительные схемы.

Натурфилософия, что следует из ее названия, представляет собой попытку использовать общие философские принципы для объяснения природы. Такие попытки предпринимались еще с античной эпохи, когда недостаток конкретных данных философы стремились компенсировать общими философскими рассуждениями. Иногда при этом высказывались гениальные догадки, которые на многие столетия опережали результаты конкретных исследований. Достаточно напомнить хотя бы об атомистической гипотезе строения вещества, которая была выдвинута древнегреческим философом Левкиппом (V до н.э.) и более детально обоснована его учеником Демокритом (ок. 460 до н.э.—год смерти не изв.), а также об идее эволюции, высказанной Эмпедоклом (ок. 490—ок. 430 до н.э.) и его последователями. Однако после того, как постепенно возникали и отделялись от нерасчлененного философского знания конкретные науки, натурфилософские объяснения стали тормозом для развития науки.

Таким образом, новое экспериментальное естествознание в  отличие от натурфилософских догадок и умозрений прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое предположение систематически проверяются опытом и измерениями. Именно благодаря этому Галилею удалось опровергнуть прежнее предположение, высказанное еще Аристотелем, что путь падающего тела пропорционален его скорости.

Новый крупный шаг в развитии естествознания ознаменовался открытием законов движения планет. Если Галилей имел дело с изучением движения земных тел, то немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571—1630) осмелился исследовать движения небесных тел, вторгся в область, которая раньше считалась запретной для науки. Кроме того, для своего исследования он не мог обратиться к эксперименту и поэтому вынужден был воспользоваться многолетними систематическими наблюдениями за движениями планеты Марс, проведенными датским астрономом Тихо Браге (1546—1601). Перепробовав множество вариантов, Кеплер остановился на гипотезе, что траекторией Марса, как и других планет, является не окружность, а эллипс. Результаты наблюдений Тихо Браге соответствовали этой гипотезе и тем самым подтверждали ее.

Формирование классической механики и основанной на ней механистической картины мира происходило по двум направлениям:

1) обобщение полученных ранее результатов и, прежде всего, законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;

2) создание методов количественного анализа механического движения в целом.

Известно, что Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения и ускорения как производной от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря этому, ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. В наши дни количественный подход к описанию движения кажется чем-то само собой разумеющимся, но в XVIII в. это было крупнейшим завоеванием научной мысли. Для сравнения достаточно отметить, что китайская наука, несмотря на ее несомненные достижения в эмпирических областях (изобретение пороха, бумаги, компаса и другие открытия), так и не смогла подняться до установления количественных закономерностей движения.

Ньютон, как и его предшественники, придавал большое значение наблюдениям и эксперименту, видя в них важнейший критерий для отделения ложных гипотез от истинных. Поэтому он резко выступал против допущения так называемых скрытых качеств, с помощью которых последователи Аристотеля пытались объяснить многие явления и процессы природы.

Он выдвигает совершенно новый принцип исследования природы, согласно которому вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, — было бы очень важным шагом в философии, хотя причины этих начал и не были еще открыты.

Эти начала движения и представляют собой основные законы механики, которые Ньютон точно формулирует в своем главном труде «Математические начала натуральной философии», опубликованном в 1687 г.

При разработке своего метода принципов Ньютон ориентировался на аксиоматический метод, блестяще примененный Евклидом при построении элементарной геометрии. Однако вместо аксиом он опирался на принципы, а математические доказательства отличал от экспериментальных, поскольку последние имеют не строго достоверный, а лишь вероятностный характер. Важно также обратить внимание на то, что знание принципов или законов, управляющих явлениями, не предполагает раскрытия их причин. В этом можно убедиться из оценки Ньютоном закона всемирного тяготения. Он всегда подчеркивал, что этот закон устанавливает лишь количественную зависимость силы тяготения от тяготеющих масс и квадрата расстояния между ними.

Что же касается причины тяготения, то он считал ее раскрытие делом дальнейших исследований.

ИДЕАЛЫ И НОРМЫ НАУКИ – регулятивные идеи и принципы, выражающие представления о ценностях научной деятельности, ее целях и путях их достижения. Соответственно двум аспектам функционирования науки – как познавательной деятельности и как социального института – различают: а) познавательные идеалы и нормы, которые регулируют процесс воспроизведения объекта в различных формах научного знания; б) социальные нормативы, которые фиксируют роль науки и ее ценность для общественной жизни на определенном этапе исторического развития, управляют процессом коммуникации исследователей, отношениями научных сообществ и учреждений друг с другом и с обществом в целом и т.д.

Познавательные идеалы и нормы реализуются в следующих основных формах: идеалы и нормы 1) объяснения и описания, 2) доказательности и обоснованности знания, 3) построения и организации знаний. В совокупности они образуют своеобразную схему метода исследовательской деятельности, обеспечивающую освоение объектов определенного типа. На базе познавательных идеалов и норм формируются специфические для каждой науки конкретные методы эмпирического и теоретического исследования ее объектов. Идеалы и нормы науки исторически развиваются. В их содержании можно выделить три взаимосвязанных уровня смыслов, выражающих: 1) общие характеристики научной рациональности, 2) их модификацию в различных исторических типах науки, 3) их конкретизацию применительно к специфике объектов той или иной научной дисциплины.

Идеи: эволюция, историзм, развитие,

Идеал: эксперимент,

Принципы: наблюдаемости, соответствия, инвариантности

Для каждой картины мира свои идеалы, принципы, идеи.

Для примера — проблема вкусов. Что вкуснее: пепси или кола?

Характерные признаки архитектуры Ле Корбюзье — объёмы-блоки, поднятые над землёй; свободно стоящие колонны под ними; плоские используемые крыши-террасы («сады на крыше»); «прозрачные», просматриваемые насквозь фасады («свободный фасад»); шероховатые неотделанные поверхности бетона; свободные пространства этажей («свободный план»).

_____________

Выдвижение гпипотезы. Предпосылки.

Целенаправляющая функция картины мира при выдвижении гипотез может быть прослежена на примере становления планетарной модели атома.

Эту модель обычно связывают с именем Резерфорда и часто излагают историю ее формирования таким образом, что она возникала как непосредственное обобщение опытов Резерфорда по рассеянию р-частиц на атомах. Однако действительная история науки далека от этой легенды. Резерфорд осуществил свои опыты в 1912 г., а планетарная модель атома впервые была выдвинута в качестве гипотезы физиком японского происхождения Нагаока значительно раньше, в 1904 г.

Здесь отчетливо проявляется логика формирования гипотетических вариантов теоретической модели, которая создается "сверху" по отношению к опыту. Эскизно эта логика применительно к ситуации с планетарной моделью атома может быть представлена следующим образом.

Первым импульсом к ее построению, равно как и к выдвижению целого ряда других гипотетических моделей (например, модели Томсона), послужили изменения в физической картине мира, которые произошли благодаря открытию электронов и разработке Лоренцом теории электронов. В электродинамическую картину мира был введен, наряду с эфиром и атомами вещества, новый элемент "атомы электричества". В свою очередь, это поставило вопрос об их соотношении с атомами вещества. Обсуждение этого вопроса привело к постановке проблемы: не входят ли электроны в состав атома.

Последующее развитие физики подкрепило эту идею новыми экспериментальными и теоретическими открытиями. После открытия радиоактивности и ее объяснения как процесса спонтанного распада атомов в картине мира утвердилось представление о сложном строении атома. Теперь уже эфир и "атомы электричества" стали рассматриваться как формы материи, взаимодействие которых формирует все остальные объекты и процессы природы. В итоге возникла задача - построить "атом вещества" из положительно и отрицательно заряженных "атомов электричества", взаимодействующих через эфир.

В этот период (конец XIX - начало XX века) эфир рассматривался как единая основа сил тяготения и электромагнитных сил, что делало естественной аналогию между взаимодействием тяготеющих масс и взаимодействием зарядов.

Когда Нагаока предложил свою модель, то он исходил из того, что аналогом строения атома может служить вращение спутников и колец вокруг Сатурна: электроны должны вращаться вокруг положительно заряженного ядра, наподобие того как в небесной механике спутники вращаются вокруг центрального тела.

Использование аналоговой модели было способом переноса из небесной механики структуры, которая была соединена с новыми элементами (зарядами). Подстановка зарядов на место тяготеющих масс в аналоговую модель привела к построению планетарной модели атома.

В стандартной модели развития теории, которая разрабатывалась в рамках позитивистской традиции, логика открытия и логика обоснования резко разделялись и противопоставлялись друг другу. Отголоски этого противопоставления можно найти и в современных постпозитивистских концепциях философии науки.

Это связано со свободой творческого поиска и генерации открытия, мысли.

Формиорвание электромагнитной картины мира. Связано с внедрние гипотетических построений и последующим их экспериментальным подтвреждением, а так же философским обоснованием.

Особенность гипотезы — постоянная перепроверка ее самой и постоянная модификация.

_____________ _

Форморвание научной теории.

В науке классического периода развитые теории создавались путем последовательного обобщения и синтеза частных теоретических схем и законов.

Таким путем были построены фундаментальные теории классической физики - ньютоновская механика, термодинамика, электродинамика. Основные особенности этого процесса можно проследить на примере истории максвелловской электродинамики.

Создавая теорию электромагнитного поля Максвелл опирался на предшествующие знания об электричестве и магнетизме, которые были представлены теоретическими моделями и законами, выражавшими существенные характеристики отдельных аспектов электромасштабных взаимодействий (теоретические модели и законы Кулона, Ампера, Фарадея, Био и Савара и т.д.).

По отношению к основаниям будущей теории электромагнитного поля это были частные теоретические схемы и частные теоретические законы.

Синтез, предпринятый Максвеллом, был основан на использовании уже известной нам операции применения аналоговых моделей. Эти модели заимствовались из механики сплошных сред и служили средством для переноса соответствующих гидродинамических уравнений в создаваемую теорию электромагнитного поля. Применение аналогий является универсальной операцией построения новой теории как при формировании частных теоретических схем, так и при их обобщении в развитую теорию. Научные теории не являются изолированными друг от друга, они развиваются как система, где одни теории поставляют для других строительный материал.

Аналоговые модели, которые использовал Максвелл - трубки тока несжимаемой жидкости, вихри в упругой среде, - были теоретическими схемами механики сплошных сред.

_______________ _

Прадигмы.

Взаимодействие операций выдвижения гипотезы и ее конструктивного обоснования является тем ключевым моментом, который позволяет получить ответ на вопрос о путях появления в составе теории парадигмальных образцов решения задач.

Поставив проблему образцов, западная философия науки не смогла найти соответствующих средств ее решения, поскольку не выявила и не проанализировала даже в первом приближении процедуры конструктивного обоснования гипотез.

При обсуждении проблемы образцов Т.Кун и его последователи акцентируют внимание только на одной стороне вопроса - роли аналогий как основы решения задач.

В его исследованиях поиск математических структур, описывающих электромагнитные взаимодействия, постоянно подкреплялся экспликацией и обоснованием вводимых теоретических схем.

Если проследить под этим углом зрения становление классической теории электромагнитного поля, то обнаруживается следующая логика максвелловского исследования. Максвелл поэтапно обобщал полученные его предшественниками теоретические знания об отдельных областях электромагнитных взаимодействий. Теоретический материал, который он обобщал, группировался в следующие блоки: знания электростатики, магнитостатики, стационарного тока, электромагнитной индукции, силового и магнитного действия токов.

Используя аналоговые модели, Максвелл получал обобщающие уравнения вначале для некоторого отдельного блока знаний. В этом же процессе он формировал обобщающую гипотетическую модель, которая должна была обеспечить интерпретацию уравнений и ассимилировать теоретические схемы соответствующего блока знаний.

После конструктивного обоснования и превращения этой модели в теоретическую схему Максвелл подключал к обобщению новый блок знаний. Он использовал уже примененную ранее гидродинамическую или механическую аналогию, но усложнял и модернизировал ее так, чтобы обеспечить ассимиляцию нового физического материала. После этого уже известная нам процедура обоснования повторялась: внутри новой аналоговой модели выявлялось конструктивное содержание, что было эквивалентно экспликации новой обобщающей теоретической схемы. Доказывалось, что с помощью этой схемы ассимилируются частные теоретические модели нового блока, а из нового обобщающего уравнения выводятся соответствующие частные теоретические законы. Но и на этом обоснование не заканчивалось.

Исследователю нужно было убедиться, что он не разрушил при новом обобщении прежнего конструктивного содержания. Для этого Максвелл заново выводил из полученных обобщающих уравнений все частные законы ранее синтезированных блоков. Показательно, что в процессе такого вывода осуществлялась редукция каждой новой обобщающей теоретической схемы к частным теоретическим схемам, эквивалентным ранее ассимилированным.

На заключительной стадии теоретического синтеза, когда были получены основные уравнения теории и завершено формирование фундаментальной теоретической модели, исследователь произвел последнее доказательство правомерности вводимых уравнений и их интерпретаций: на основе фундаментальной теоретической схемы он сконструировал соответствующие частные теоретические схемы, а из основных уравнений получил в новой форме все обобщенные в них частные теоретические законы. На этой заключительной стадии формирования максвелловской теории электромагнитного поля было доказано, что на основе теоретической модели электромагнитного поля можно получить в качестве частного случая теоретические схемы электростатики, постоянного тока, электромагнитной индукции и т.д., а из уравнений электромагнитного поля можно вывести законы Кулона, Ампера, Био-Савара, законы электростатической и электромагнитной индукции, открытые Фарадеем, и т.д.

Эта заключительная стадия одновременно предстает как изложение "готовой" теории.

Содержательные операции построения теоретических схем, выступающие как необходимый аспект обоснования теории, теперь приобретают новую функцию - они становятся образцами операций, ориентируясь на которые исследователь может решать новые теоретические задачи. Таким образом, образцы решения задач автоматически включаются в теорию в процессе ее генезиса.

После того как теория построена, ее дальнейшая судьба связана с ее развитием в процессе расширения области приложения теории.

ПАРАДИГМА (от греч. παράδειγμα – пример, образец), 1) понятие, используемое в античной и средневек. философии для характеристики взаимоотношения духовного и реального миров; 2) теория (или модель постановки проблем), принятая в качестве образца решения исследовательских задач. Платон усматривал в идеях реально существующие прообразы вещей, их идеальные образцы, обладающие подлинным существованием: демиург создает все существующее, взирая на неизмененно сущее как на образец, или первообраз (Тимей 28а, 37cd и др.). Эта линия в трактовке идеи как парадигмы, образца, нашла свое продолжение в неоплатонизме; в ср.-век. философии она выразилась в учении о творении Богом мира по своему образу и подобию.

В немецком классическом идеализме учение о парадигме развертывается в плане анализа принципов внешнего и внутреннего единства различных формообразований, в учении о первообразе или прообразе системной организации всех тел. Согласно Шеллингу и Гегелю, принципы упорядочивания и целостной организации природных тел характеризует духовный, идеальный прообраз.

В философию науки понятие парадигмы было введено позитивистом Г.Бергманом для характеристики нормативности методологии, однако широкое распространение приобрело после работ амер. историка физики Куна. Стремясь построить теорию научных революций, Кун предложил систему понятий, среди которых важное место принадлежит понятию парадигмы, т.е. «...признанным всеми научным достижениям, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу» (Кун Т. Структура научных революций, пер. с англ. М., 1975, с. 11). Смена парадигмы представляет собой научную революцию. Трактовка Куном понятия парадигмы вызвала дискуссию, в ходе которой отмечалась неоднозначность этого понятия (К.Поппер, И.Лакатос, М.Мастерман и др.). Неоднозначность понятия парадигмы, под которой у Куна понимается и теория, признанная научным сообществом, и правила и стандарты научной практики, и стандартная система методов и т.п., потребовала от него пересмотра и конкретизации этого понятия, что было осуществлено в понятии «дисциплинарная матрица» и ее компонентов (символического обобщения, метафизической части парадигмы, ценности и собственно образцов решения исследовательских задач). Вместе с тем понятие парадигмы используется в теории и истории науки для характеристики формирования научной дисциплины, описания различных этапов научного знания (допарадигмального, т.е. периода, когда не существует теория, признанная научным сообществом, и парадигмального), для анализа научных революций. Оно применяется также в методологическом анализе различных научных дисциплин (психологии, социологии, химии, языкознании и др.).

В марксистской литературе понятие парадигмы используется при анализе процессов художеств. и научного творчества (художеств. канонов, стилей в искусстве и стилей мысли в науке и пр.). К.Маркс и Ф.Энгельс обратили внимание на то, что различные науки принимались в качестве образцов и выдвигались на первый план в концепциях науки: если Ф.Бэкон видел в качественной физике основу естеств. наук, то Гоббс провозглашал геометрию «главной наукой» (см. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 2, с. 142–43). А.Грамши, критикуя позитивистский сциентизм, отмечал, что длительное время наука отождествлялась с естественными науками. «Экспериментальные и естественные науки являлись в определенную эпоху «моделью», «образцом», и поскольку общественные науки (политика и история) стремились найти объективную основу, которая в научном отношении была бы пригодной для того, чтобы придать им такую же точность и силу, какими обладали естественные науки, то понятно, что к этим последним обращались при создании языка общественных наук» (Грамши А. Избр. произв. М., 1980, с. 305). Признавая общие принципы деятельности ученых, определенные культурные стандарты, эталоны и методологические регулятивы, выступающие в качестве образцов при решении исследовательских задач внутри отдельной научной дисциплины, методология науки отвергает абсолютную унификацию реального методологического и предметного многообразия научных дисциплин.