Тема 3. Структура и методы научного познания

Классификация наук.

Известны десятки классификаций наук (например /Кедров/). Для наших целей упомянем классификации Декарта, Гегеля, Энгельса, Дильтея и классификацию по уровням общности знания.

Р.Декарт.

Отец рационализма вводит красивую аналогию: наука подобна цветущему древу. Его корни – это метафизика (философия) – учение о первопричинах. Ствол – физика. Крона – медицина, механика, этика. Относительно корней Декарт продолжает древних греков. Так, Аристотель называл философию матерью наук. Интересно, что Декарт видел в физике источник этики - науки о нравственности.

Г.Гегель.

Великий онтолог видел в действительности развитие абсолютной идеи, проходящей стадии логики, природы, культуры (тезис, антитезис, синтез). На уровне природы, изучаемой естествознанием, он выделял стадии эволюции: механизм, химизм, организм (биологизм).

У Гегеля без труда можно видеть аналогию с классификацией форм бытия Аристотеля (материя, камень, растение, животное, человек, Бог).

Прямым заимствованием из гегелевской систематизации является классификация Ф.Энгельса (друга К.Маркса и продолжателя его идей). Для Энгельса основанием всего существующего является материя. В процессе развития она прогрессирует от простого к сложному, восходит по формам, ступенькам движения. Основными формами движения материи являются механическая, физическая, химическая, биологическая /Энгельс/. Советские последователи марксистской философии добавили ещё и социальную форму движения материи.

В.Дильтей.

Разделил науки на науки о природе и о духе. Предмет наук о природе – внешний по отношению к человеку, наук о духе – внутренний. Основной метод естествознания – наблюдение. Наук о духе – переживание, экспрессия, а главное - понимание.

Мы можем добавить к перечисленным систематизациям и классификацию по критерию «степень общности знаний».

Исходя из такого критерия можно разделить науки на 2 больших класса: опытные науки и метанауки.

Опытные, эмпирические науки основаны на восприятии чувственной информации и дальнейшем её обобщении с помощью интуиции, языка, математики и логики. Это естественные, технические и гуманитарные науки.

Естественные науки (о природе) – физика, химия, биология, геология. Гуманитарные (о человеке и обществе) – антропология, филология, юриспруденция, социология, история, психология, педагогика и другие. Между этими классами наук – технические науки – сельскохозяйственные, машиностроение, экономические и т.п. Все они используют наблюдение, эксперимент, базируются на фактах и языке.

Метанауки (от греческого μετά - после) получают первичную информацию в основном из эмпирических наук, а затем обобщают её до собственных проблем, гипотез, теорий. Метанауки – это математика, логика и в какой-то степени философия (в тех формах и в той мере, в какой она “похожа” на математику, логику и им подобные науки, более общие, чем эмпирические, – кибернетику, теорию информации, теорию систем, синергетику и т.п.).

Философия

↑

Математика

Логика

↑

Кибернетика, теория информации,

теория систем, синергетика

____________↑____________

Естествознание Техникознание Гуманознание

↑ ↑ ↑

______________________________

______________________________

Наблюдаемая реальность

Рис. 1. Классификация знания и наук по критерию «степень общности знания».

Помимо описанных «базовых» наук создано множество и других наук и теорий, соединяющих и комбинирующих базисные знания. На эмпирическом уровне таковы медицина, НЛП, физическая химия, история химии, история права, т.н. “социальная технология” (в частности, теория PR), астробиология, генная инженерия и множество других.

Аналогично на метауровне происходит комбинирование различных метанаук. Например, теория управления соединяет кибернетику, теорию информации, логику, математику. Философ обобщает теории, законы физики, биологии, истории, социологии, психологии, математические знания и т.д.

Большинство теорий, концепций, гипотез соединяет знания многих наук и эмпирического, и метауровня. В любой науке можно найти философские принципы, правила логики, идеи теории информации и теории систем, Во многих науках используется математика. Если же не используется, то ряд философов сомневаются, можно ли назвать такое знание научным.

Таким образом, существуют различные классификации наук, по разным критериям – по аналогии с древом или биовидом, по проблемам, по стадиям эволюции Абсолюта (абсолютной идеи, Творца и т.п.), по стадиям эволюции материи, по природе знания, по степени общности знания и другие.

Уровни, формы, методы исследования

Обычно различают 2 уровня исследования объекта в эмпирических, опытных науках: эмпирический и теоретический.

Эмпирический уровень.

Это получение информации об объекте на основе чувств человека (зрения, слуха, осязания, обоняния и т.п.) и её обобщение с помощью логики, математики, языковых средств. К эмпирическим методам относят наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент.

Наблюдение – это восприятие свойств объекта. Например, астроном смотрит на планету, видит что-то интересное. Затем он фиксирует зрительную информацию. Когда-то записывал её, зарисовывал по памяти, потом запечатлевал на фотографии. Так, Левенгук создал микроскоп и увидел в капле воды множество маленьких существ.

Сравнение – это сопоставление двух и более объектов: изучаемого объекта и объекта-образца. Например, многие столетия назад астрономы, рассматривая Луну, видели тёмные и светлые области на её поверхности. Предполагая, что Луна похожа на Землю, они назвали тёмные области морями, а светлые – равнинами, поднятиями. Более точные сравнения – это измерения, т.е. количественное сравнение объекта с эталонным образцом. В акте измерения проявляется фундаментальное число физической реальности: 4. Действительно, сопоставляются 2 крайние точки изучаемого объекта (A и L) с 2 точками линейки. На это обратил внимание английский астроном А.Эддингтон.

Объект ABCDEFGРHIKL

│ │

Линейка 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Длина объекта = 9.

В результате измерений устанавливаются факты. Факт – это многократно проверенное измерение одного из свойств объекта. Измерение, выраженное на языке одной из теорий, признанных научным сообществом, и зафиксированное в виде утверждения. Факт является первичным знанием об объекте /Мелков/. Пример факта: утверждение «В данной аудитории 12-го сентября 20… года в период с 11 ч. 21 м. до 11 ч. 25 м. температура воздуха равна 20 ±0,5 градуса Цельсия». Для установления данного утверждения необходимо: поставить задачу измерения, принести термометр, провести акт измерения, записать результат, повторить измерение несколько раз, вывести средний результат. При этом учёный (наблюдатель, измеритель) должен знать арифметику, теорию вероятностей, термодинамику, русский язык и т.п.

Обобщение эмпирических данных (фактов) проводится обычно логическим методом - индукцией. На основе многих фактов устанавливается индуктивная закономерность. Это вероятное, предположительное знание. Помимо индукции используется аналогия, также дающая вероятное знание. Примерами индуктивных закономерностей являются закон Кулона и даже более сложный закон Менделеева-Клапейрона PV=RT.

В результате эмпирических обобщений устанавливаются частные теоретические схемы /В.С. Стёпин/. Другое название их – феноменологические теории (схемы). Конечно, для философии науки – это не настоящие теории, т.к. при их создании не используются конструкты (идеализированные объекты). Пример феноменологической теории – теория газов.

Теоретический уровень.

Теоретическое исследование использует результаты эмпирического уровня исследования (факты, индуктивные закономерности, феноменологические схемы),

логику, математику и языковые средства для построения теории.

Важнейшее понятие науки – теория. Известно несколько определений теории.

С логической точки зрения теория – это система понятий, замкнутых относительно правила вывода. Пример: планиметрия Евклида. Это наиболее строгое, но довольно бедное понятие теории.

С общенаучной точки зрения (или с позиций философии науки) теория – это система, элементами которой являются:

• понятия,

• принципы, выражающие свойства и отношения понятий,

• формальный аппарат, включающий в себя логическую и математическую структуры,

• множество следствий, дедуктивно выведенных из понятий и принципов с помощью формального аппарата,

• интерпретации, связывающие эти понятия с эмпирической базой (фактами) и с другими теориями.

Пример из физики – теория электромагнитного поля ( с частичным использованием /Бунге. С. 58/).

• Главное понятие (конструкт, или идеализированный объект, введённый Максвеллом) – поле. Вспомогательные, выражающие свойства поля, – Е (напряжённость электрического поля), В (магнитная индукция), D (электрическая индукция), H (напряжённость магнитного поля), с (скорость света в вакууме), а также пространство, время.

• Принципы: закон Фарадея для электромагнитной индукции в его дифференциальной версии

▼ x E = - (1/c) ∂B/∂t

Здесь связывается Е с В (электрическая часть поля с магнитной).

Остальные 3 принципа связывают H c D, E c B, H c D. Максвелл связал 4 понятия (E, B, D, H), выражающие свойства поля, 4 уравнениями. Уравнения формально выражают принципы.

• Формальный аппарат – аристотелева логика, векторное исчисление, дифференциальное исчисление (уравнения в частных производных).

• Множество следствий, выведенных из понятий и принципов с помощью логики и математики, разделяется на 2 части – 1) старые, известные следствия и 2) новые, которые необходимо проверить, - свойства диэлектриков, оптическая плотность, ток смещения, наличие волн поля и т.п.

• Интерпретации - понятия E, B, D, H объясняются через ток, текущий по проводу, магнитные опилки, электромагнитную индукцию, поляризацию, волна поля как свет и т.п.

Многие из современных философов науки (например, Бунге М.) под теорией понимают гипотетико-дедуктивную систему, т.е. множество формул, порождаемых с помощью логики и математики группой начальных предложений /Бунге. С. 52/.

Выражение «гипотетико-дедуктивная система» означает, что в эмпирических науках знание носит относительный характер, зависит от эмпирических данных, от исторически преходящих убеждений научного сообщества, от культуры того времени. Первым это понял Лейбниц. Он же показал, что математические, логические, философские, теологические знания имеют другую природу. Они наиболее устойчивы – исходят из врождённых идей, прямо не связаны с эмпирией, мало зависят от мнения физиков или биологов данного времени, слабо связаны с динамикой культуры. Отсюда деление знаний на относительные и абсолютные.

Большинство учёных разделяют научное исследование на 2 уровня: эмпирический и теоретический.

Но ряд авторов критикуют дуалистический подход к столь сложному явлению как научное познание и считают, что важнейшие уровни и этапы исследования не описываются схемой «Эмпирия - теория».

Например, В.П. Бранский вводит умозрительное исследование – уровень, находящийся между эмпирическим и теоретическим. Иногда его называют интуитивным, спекулятивным. Он проявляется, если формируется фундаментальная теория, в которой впервые вводится конструкт, (идеализированный объект) – принципиально новое понятие /Бранский/. Учёный вынужден обратиться к фантазии, интуитивному прозрению, чтобы породить образ-представление, который объединит разрозненные, противоречивые эмпирические данные (факты, закономерности, тенденции). Все великие учёные, совершавшие открытия, писали о прозрении, разрешающем задачу. В истории науки известно множество примеров. На Архимеда снизошло прозрение, когда он решал задачу о короне, лёжа в ванной. Ньютон, вероятно, придумал легенду о яблоке, свалившемся на голову, когда физик думал о силе, притягивающей тела друг к другу. Химик Кекуле, решая задачу о строении бензола, увидел в зоопарке обезьян, сцепившихся руками и ногами. Его озарило: он увидел в фигуре обезьян искомую форму соединения молекул C и H – кольцевую! Пуанкаре, безуспешно, много месяцев решал задачу. Поставив ногу на ступеньку омнибуса. Он почувствовал толчок – снизошло! Озарение разрешило задачу /Пуанкаре/. В наиболее трудных случаях учёный вынужден вводить новое понятие (образ, представление), чтобы дать языковую форму решению.

Бранский проводит параллель между возникновением нового понятия и диалектическим процессом развития любой вещи, описанным Гегелем. У Гегеля этот процесс можно формально представить как цепочку:

Т → ┐T→Σ(T& ┐T),

что означает «Тезис, антитезис, синтез».

У Бранского Т – это эмпирический уровень, его прямая противоположность ┐T (не Т) – умозрительный, а их синтез Σ(T& ┐T) – теоретический.

Почему недостаточно схемы «Эмпирия - теория»? Действительно, как объяснить выдвижение принципиально новых понятий? Старых понятий, обобщающих эмпирические данные, недостаточно. Ведь как новое не сводится к старому, так и новое понятие не сводится к старому знанию. Именно поэтому существует прогресс в познании. Расхожая поговорка «Всё новое сводится к старому» неверна. Она отрицает творчество. А творчество существует.

Характерными примерами умозрительного исследования являются в физике: выдвижение понятия «материальная точка» Ньютоном, «поле» Максвеллом, «квант» Планком.

В математике конструктами являются «иррациональное число», «дифференциал и интеграл», «группа», «действительное число», «кардинальное число», «множество», «категория»…

Именно на стадии умозрительного исследования проявляется гений, способный на создание того, чего «не было».

Далее мы будем использовать понятие умозрительного исследования при выдвижении принципиально новых понятий (конструктов, идеализированных объектов).

В качестве ведущих форм познания выступают проблема, гипотеза, факт, теория.

Проблема – это глубокий, фундаментальный вопрос относящийся к исследуемой предметной области. С неё начинается исследование.

Так, когда в 17 веке Иоганн Кеплер открыл законы движения планет в Солнечной системе, в научном сообществе возник вопрос: по какой причине, почему планеты движутся именно по эллипсам вокруг Солнца? Различные ученые выдвигали множество гипотез о причинах именно таких орбит планет. Англичане Гук и Ньютон выдвинули догадку о том, что существует всеобщая сила притяжения тел друг к другу, которая действует и среди звезд, планет. Гук развивал качественную «теорию» и не смог математически обосновать свою умозрительную догадку. Ньютон же написал «Математические начала натуральной философии» (1666 год). В них он заложил принципы классической механики и физики, в том числе и закон гравитации. Ньютон также разработал дифференциальное и интегральное исчисления – математическую теорию, с помощью которой он доказал, что тела, подчиняющиеся закону гравитации, движутся в пустом пространстве по коническим сечениям, т.е. по кругу, эллипсу, параболе, гиперболе. Так Ньютон догадку превратил в гипотезу. Затем гипотеза была проверена и подтверждена астрономами путем наблюдений за движением планет, их спутников, а также комет. То же самое (правда, менее точно) сделали и физики по наблюдениям за движением тел, падающих в гравитационном поле Земли. Так, проблема породила гипотезу, а гипотеза после эмпирической проверки превратилась в истинную теорию.

Отсюда видно, что гипотеза – это обоснованное, развернутое, вероятное предположение о реальных явлениях (о причинах и следствиях, о существовании тех или иных вещей и т.п.). Гипотеза имеет следующие функции – описательную, объяснительную и предсказательную. Описательная функция означает, что гипотеза описывает, раскрывает существенные взаимосвязи, закономерности изучаемой предметной области. Объяснительная функция означает, что гипотеза объясняет все известные факты, закономерности данной предметной области. Предсказательная функция означает, что из гипотезы следуют также новые факты, закономерности, которые не были ранее известны. Предсказания проверяются эмпирически – наблюдением и экспериментом. Если хотя бы одно предсказание не подтверждается опытом, входит в противоречие с ним, то такая гипотеза отбрасывается, либо, в лучшем случае дорабатывается с целью согласовать все предсказания с миром фактов. Гипотеза, признанная логически непротиворечивой и эмпирически подтверждаемой, становится истинной теорией.

Факт. Проверка гипотезы проводится путём её сравнения с наблюдаемой реальностью, т.е. сопоставления с фактами. Факт – это чувственная информация, выраженная языком какой-либо теории /Штофф; Стёпин; Мелков/. Пример факта: суждение «В аудитории № 314 20 сентября 2010 года в 11ч. 4 м. температура воздуха равна 20 градусам Цельсия». Для написания данного суждения (протокольного предложения) необходимы: 1) человек, знающий термодинамику и математику. 2) прибор – термометр, 3) объект для эмпирического действия – аудитория, 4) акт наблюдения, 5) запись результатов акта в виде протокольного предложения.

Вокруг понятия «факт» накопилось множество неверных и искажённых представлений. Так, на обыденном, дорефлексивном уровне мышления используют такие выражения как «Это не факт!» в смысле «Неубедительное утверждение». При этом подразумевается, что 1) наиболее истинное знание – факт (как чувственная информация, свободная от теории), 2) теория – вероятное знание, менее истинное, чем чувственная информация.

Для философии науки ложность суждений 1 и 2 стала ясна ещё в 17 - 18-м столетиях. Тогда шла дискуссия о природе знания между сенсуалистами и рационалистами. Победили рационалисты. Декарт, Лейбниц, а затем Кант показали, что у людей существуют врождённые формы познания, данные нам до всякого чувственного опыта. Они и помогают нам ориентироваться в хаосе неорганизованной чувственной информации, т.е. они упорядочивают и организуют её. Поэтому всякий факт теоретически нагружен. Не существует «чистых» фактов, фактов вне какой-либо теории (хотя бы мировоззренческого учения). Заблуждения относительно «голых» фактов и вообще преувеличение значения чувственной информации для науки характерны для англо-саксонского менталитета.

Об этом много дискутировали известные учёные и философы конца 19 – начала 20-го столетий: Мах, Пуанкаре, Эйнштейн, Шлик и другие. Рассел несколько пафосно писал: «факт в общем и целом независим от опыта» /Рассел. С. 11/.

Теория – это гипотеза, которая подтверждена опытом. Более полное определение: теория – это непротиворечивая система понятий, которая описывает, объясняет и предсказывает явления данной предметной области. Примерами теорий в эмпирических науках являются: в физике – теория гравитации Ньютона, теория движения Луны, которую в 18-м веке разработал Л. Эйлер, также оптика (корпускулярная и волновая), теория возникновения Солнечной системы Канта – Лапласа, теория твердого тела, гидродинамика и т.п.; в химии – органическая химия, неорганическая химия; в лингвистике - теория порождающих грамматик Р. Якобсона и т.п.

Какие методы используют в науке? Их можно разделить на частнонаучные, общенаучные, мировоззренческие (философские).

К частнонаучным относятся те, которые используются при разработке теорий только в данной науке или только в рамках определённой теории. Например, метод изучения строения лягушки путём её препарирования (разрезания) в биологии или в ядерной физике - метод ЯМР (ядерно-магнитного резонанса), метод полюсов Редже в теории элементарных частиц.

Общенаучные методы – это содержательные методы, а также формальные - логические, математические,. Среди методов выделяют эмпирические и теоретические. Эмпирические – это наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент. Теоретические – это анализ и синтез, индукция и дедукция, формализация и интерпретация, моделирование и другие. В них соединяются формы познания и собственно методы. Например, есть метод математической гипотезы, в котором выдвигается догадка, имеющая формальную, математическую схему, а затем она интерпретируется и становится содержательной гипотезой. Именно так поступил Максвелл, создавший теорию электромагнитного поля. В качестве формальной схемы он использовал только что открытое векторное исчисление, благодаря которому объединил десятки весьма частных уравнений в 4 векторных. Интеграция знания в теорию позволила сделать «обозримым» и понятным гигантское количество фактов.

Даже понятия, принципы наиболее фундаментальных теорий эмпирических наук используют как методы. Например, идея эволюции стала общепринятой и из биологии перешла в другие науки. Она применяется в астрофизике, филологии, машиностроении, юриспруденции и даже в логике, в философии – в онтологии и гносеологии (появилась эволюционная эпистемология).

Особое значение имеют общенаучные методы построения (и развития) теорий – аксиоматический и генетический.

Аксиоматический метод ввёл Евклид в «Началах» в 3 в. до РХ. Вводятся термины (тезаурус теории), определения терминов, аксиомы (принципы), правила вывода, теоремы. С тех пор «Начала» стали образцом научно строго стиля изложения. Ещё Декарт, прочитав, эту книгу в 13 лет, вывел заключение: «Абсолютная истина есть!». Поэтому подражание Евклиду стало хорошим тоном в науке. Если теорию можно изложить аксиоматически, то истина в ней есть. Так, методом, схожим с аксиоматическим, Ньютон излагал свои «Математические начала натуральной философии» (1687 г.). Философ Б. Спиноза написал свою «Этику» (1677). Д.Гильберт изложил основания геометрии, а затем и математики. Коллективный автор Н.Бурбаки в середине 20-го столетия изложил значительную часть математики тем же методом.

Разновидностью аксиоматического метода является гипотетико-дедуктивный метод, состоящий в выдвижении гипотез и выведении из них следствий. Его считают основным в эмпирических науках. Философские основания аксиоматического метода изложены в работе /Садовский/.

Генетический метод известен с ещё более древних времён. Его современное название созвучно генетике – науке о наследственности, заложенной в 19 столетии монахом и биологом Менделем. В биологии развитие организма представляют так: первичная клетка (носитель наследственного материала) шаг за шагом делится, растёт, превращается в целостный организм, который расцветает, живёт, и т.д. Аналогично генетический метод состоит в том, что на 0-м шаге постулируется О - главный объект теории и правила его преобразования; на 1-м шаге проводится преобразование, получается О1; на 2-м опять применяются правила преобразования, получается О2 и т.д. На каждом из шагов мы получаем новый объект-родственник предыдущих объектов и всё новые и новые теоремы. Совокупность ( О, О1, О2, О3 … ) - и есть генетическая теория.

Любую теорию можно изложить как аксиоматическим, так и генетическим методами. И планиметрию Евклида, и теорию электромагнитного поля Максвелла можно изложить генетически, но удобнее аксиоматически. В то же время космологические, биологические или гуманитарные теории естественнее излагать генетически, т.к. в них проявляются движение, эволюция и время (физическое, биологическое, психическое), которое позволяет вводить шаги преобразований исходного объекта (шаги создают подобие алгоритма).

Разновидностями генетического метода являются конструктивный и алгоритмический, широко используемые в математике и информатике. Философские основания генетического метода изложены в работе /Смирнов/.

Мировоззренческие (в первую очередь философские) методы – это философские учения и понятия (категории), применяемые в науке. Наиболее известные учения – пифагореизм, диалектика, атомизм, платонизм, аристотелизм, герменевтика и другие. Они широко используются в науке, хотя часто сами учёные не знают о том, что в данный момент он использует такой-то философский приём.

Итак, методы исследования делят по степени общности на частнонаучные, общенаучные и философские.

Стили научного мышления

Стиль – это принятый в данной науке образ мышления. Он соединяет в себе и объективные, и субъективные моменты познания, т.к. стиль, с одной стороны, связан с целями, идеалами, нормами научного познания в данной области, а с другой стороны, также и с особенностями человеческого мышления, иногда даже с культурной или национальной спецификой той или иной научной школы, задающей тон в данную историческую эпоху (например, русской школой по теории вероятности в 19 веке или французской лингвистической школой в 20 веке).

Выделяют обычно математический, естественнонаучный, гуманитарный, технический стили мышления.

Математический стиль означает логичность, т.е. главное – что он опирается на логическое доказательство. Отсюда всеобщность и аподиктичность (строгость, безусловность, неопровержимость) математического знания и его доказательства. Известен афоризм: в науке столько науки, сколько математики (Леонардо да Винчи, И. Кант, К. Маркс). Правда, идеал полной математизации знания недостижим, также как полной формализации в самой математике. Это доказал К. Гедель.

Естественнонаучный стиль обычно отождествляется с физическим стилем, т.к. с 17-го столетия физика была лидером научного познания в целом и задавала образцы мышления для химии, биологии, геологии, иногда даже для гуманитарных и общественных наук. Естественные науки требуют истинности знания (как объективности, независимости от ученого) и экспериментальной апробации. В естественных науках структура познания (в период классической науки)

S  O .