Основные науки о природе (физика, химия, биология), их сходство и отличия. Методы естественнонаучного познания

Метод есть совокупность правил, приемов познавательной и практической деятельности, обусловленных природой и закономерностями исследуемого объекта.

Современная система методов познания отличается высокой сложностью и дифференцированностью. Наиболее простая классификация методов познания предполагает их разделение на всеобщие, общенаучные, конкретно-научные.

1. Всеобщие методы характеризуют приемы и способы иссле­дования на всех уровнях научного познания. К ним относятся методы анализа, синтеза, ин­дукции, дедукции, сравнения, идеализации и т.д. Эти методы настолько универсальны, что работают даже на уровне обыденного сознания.

Анализ представляет собой процедуру мысленного (или реального) расчленения, разложения объекта на составные элементы в целях выявления их сис­темных свойств и отношений.

Синтез - операция соединения выделенных в анализе элементов изучаемого объекта в единое целое.

Индукция - способ рассуждения или метод получения знания, при котором общий вывод делается на основе обобщения частных посылок. Индукция может быть полной и неполной. Пол­ная индукция возможна тогда, когда посылки охватывают все яв­ления того или иного класса. Однако такие случаи встречаются редко. Невозможность учесть все явления данного класса заставля­ет использовать неполную индукцию, конечные выводы которой, не имеют строго однозначного характера.

Дедукция - способ рассуждения или метод движения знания от общего к частному, т.е. процесс логического перехода от об­щих посылок к заключениям о частных случаях. Дедуктивный метод может давать строгое, досто­верное знание при условии истинности общих посылок и соблю­дении правил логического вывода.

Аналогия - прием познания, при котором наличие сходства признаков нетождественных объектов, позволяет предположить их сходство и в других признаках. Так, обнаруженные при изучении света явления интерференции и дифракции позво­лили сделать вывод о его волновой природе, поскольку раньше те же свойства были зафиксированы у звука, волновой характер которого был уже точно установлен. Аналогия - незаменимое средство наглядности, изобразительности мышления. Но еще Аристотель предупреждал, что «аналогия не есть доказательство»! Она может давать лишь предположительное знание.

Абстрагирование - прием мышления, заключающийся в от­влечении от несущественных, незначимых для субъекта познания свойств и отношений исследуемого объекта с одновременным выде­лением тех его свойств, которые представляются важными и суще­ственными в контексте исследования.

Идеализация – процесс мысленного создания понятий об идеализированных объектах, которые в реальном мире не существуют, но имеют прообраз. Примеры: идеальный газ, абсолютно черное тело.

2. Общенаучные методы – моделирование, наблюдение, эксперимент.

Исходным методом научного познания считается наблюдение , т.е. преднамеренное и целенаправленное изучение объектов, опи­рающееся на чувственные способности человека - ощущения и восприятия. В ходе наблюдения возможно получение информации лишь о внешних, поверхностных сторонах, качествах и признаках изучаемых объектов.

Итогом научных наблюдений всегда является описание иссле­дуемого объекта, фиксируемое в виде текстов, рисунков, схем, графиков, диаграмм и т.д. С развитием науки наблюдение стано­вится все более сложным и опосредованным путем использова­ния различных технических устройств, приборов, измерительных инструментов.

Еще одним важнейшим методом естественнонаучного позна­ния является эксперимент . Эксперимент - способ активного, целенаправленного исследования объектов в контро­лируемых и управляемых условиях. Эксперимент включает про­цедуры наблюдения и измерения, однако не сводится к ним. Ведь экспериментатор имеет возможность подбирать необходимые ус­ловия наблюдения, комбинировать и варьировать их, добиваясь «чистоты» проявления изучаемых свойств, а также вмешиваться в «естественное» течение исследуемых процессов и даже искусст­венно их воспроизводить.

Главной задачей эксперимента, как правило, является предсказание теории. Подобные эксперименты называют исследовательскими . Другой тип эксперимента - проверочный - предназначен для подтвержде­ния тех или иных теоретических предположений.

Моделирование - метод замещения изучаемого объекта по­добным ему по ряду интересующих исследователя свойств и ха­рактеристик. Данные, полученные при изучении модели, затем с некоторыми поправками переносятся на реальный объект. Моде­лирование применяется в основном тогда, когда прямое изучение объекта либо невозможно (очевидно, что феномен «ядерной зи­мы» в результате массированного применения ядерного оружия кроме как на модели лучше не испытывать), либо связано с не­померными усилиями и затратами. Последствия крупных вмеша­тельств в природные процессы (поворот рек, например) целесообразно сначала изучить на гидродинамических моделях, а потом уже экспериментировать с реальными природными объектами.

Моделирование - метод фактически универсальный. Он может использоваться в системах самых различных уровней. Обычно выделяют такие типы моделирования, как предметное, математическое, логическое, физическое, химическое и проч. Широчайшее распространение в современных условиях получи­ло компьютерное моделирование.

3. Конкретно-научные методы представляют собой системы сформулированных принципов конкретных научных теорий. Н: психоаналитический метод в психологии, метод морфофизиологических индикаторов в биологии и т.д.

Научное познание иначе называют научное исследование. Наука не только результат научного исследования, но и само исследование

Сложность научного познания определяется наличием в нем уровней, методов и форм познания.

Уровни познания:

1. эмпирический
2. теоретический.

Эмпирическое исследование (от греч. empeiria - опыт) - это опытное познание. Эмпирический уровень научного познания характеризуется непосредственным исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов. На эмпирическом структурном уровне знания являются результатом непосредственного контакта с «живой» реальностью в наблюдении и эксперименте.

Теоретическое исследование (от греч. theoria - рассматриваю, исследую) представляет собой систему логических высказываний, включающих в себя математические формулы, схемы, графики и др., образованные для установления законов природных, технических и социальных явлений. К теоретическому уровню относятся все те формы и методы познания, которые обеспечивают создание, построение и разработку научной теории.

На теоретическом уровне прибегают к образованию понятий, абстракциям, идеализациям и мысленным моделям, строят гипотезы и теории, открывают законы науки.

Основные формы научного познания

• факты,
• проблемы,
• эмпирические законы,
• гипотезы,
• теории.

Их значение - раскрывать динамику процесса познания в ходе исследования и изучения какого-либо объекта.

То есть фактически познание осуществляется в три этапа:

1) поиск, накопление научных фактов в круге исследуемых явлений;

2) осмысление накопленной информации, высказывание научных гипотез, построение теории;

3) экспериментальная проверка теории, наблюдения неизвестных ранее явлений, предсказываемых теорией и подтверждающих ее состоятельность.

На эмпирическом уровне с помощью наблюдения и эксперимента субъект получает научное знание прежде всего в форме эмпирических фактов.

Факт - достоверное знание, констатирующее, что произошло определенное событие, обнаружено определенное явление и т.п., но не объясняющее, почему это произошло (пример факта: ускорение свободно падающего тела равно 9.81 м/сек²)

Проблема возникает, когда вновь обнаруженные факты не удается объяснить и понять с помощью старых теорий

Эмпирический закон (устойчивое, повторяющееся в явлении) - результат обобщения, группировки, систематизации фактов.

Пример: все металлы хорошо проводят электрический ток;

На основе эмпирических обобщений формируется гипотеза.

Гипотеза - это предположение, позволяющее объяснить и количественно описать наблюдаемое явление. Гипотеза относится к теоретическому уровню познания.

Если гипотеза подтверждается, то она превращается из вероятностного знания в достоверное, т.е. в теорию.

Создание теории – высшая и конечная цель фундаментальной науки

Теория представляет собой систему истинного, уже доказанного, подтвержденного знания о сущности явлений, высшую форму научного знания.

Важнейшие функции теории: объяснение и предсказание.

Эксперимент является критерием истинности гипотез и научных теорий.

Методы научного познания.

Большую роль в научном познании играет научный метод.

Рссмотрим сначала, что такое метод вообще.

Метод (греч. - «путь», «способ»)

В самом широком смысле слова под методом понимают путь, способ достижения какой-либо цели.

Метод – это форма практического и теоретического освоения действительности, исходящая из закономерностей поведения изучаемого объекта.

Любая форма деятельности опирается на некоторые методы, от выбора которых существенно зависит ее результат. Метод оптимизирует деятельность человека, вооружает человека наиболее рациональными способами организации его деятельности.

Научный метод - это организация средств познания (приборов, инструментов, приемов, операций и др.) для достижения научной истины.

Классификация методов по уровням познания:

К эмпирическому уровню познания относятся методы: наблюдение, эксперимент, предметное моделирование, измерение, описание полученных результатов, сравнение и др.

Наблюдение представляет собой чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Главное в наблюдении не вносить при исследовании какие-либо изменения в изучаемую реальность.

Наблюдение предполагает наличие определенного плана исследования, предположение, подвергаемое анализу и проверке. Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Описание должно быть максимально полным, точным и объективным. На их основе создаются эмпирические обобщения, систематизация и классификация.

Эксперимент – целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий объект или явление для изучения его различных сторон, связей и отношений. При этом объект или явление ставятся в особые специфические и варьируемые условия. Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде

К теоретическому уровню познания относятся методы: формализация, абстрагирование, идеализация, аксиоматизация, гипотетико-дедуктивный, и т.д.

Классификация методов по сфере использования:

1. всеобщие - применение во всех отраслях человеческой деятельности

• метафизический
• диалектический

2. общенаучные - применение во всех областях науки:

• Индукция – способ рассуждения или метод получения знания, при котором общий вывод делается на основе обобщения частных ссылок (Фрэнсис Бэкон).

· Дедукция - форма умозаключения от общего к частному и единичному (Рене Декарт).

· Анализ - метод научного познания, в основе которого лежит процедура мысленного или реального разделения объекта на составляющие его части и их отдельное изучение.

· Синтез - метод научного познания, в основе которого лежит объединение выделенных анализом элементов.

· Сравнение - метод научного познания, позволяющий установить сходство и различие изучаемых объектов

· Классификация - метод научного познания, который объединяет в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках.

· Аналогия – прием познания, при котором наличие сходства, совпадение признаков нетождественных объектов позволяет предположить их сходство и в других признаках.

· Абстрагирование – прием мышления, заключающийся в отвлечении от несущественных, незначимых для субъекта познания свойств и отношений исследуемого объекта с одновременным выделением тех его свойств, которые представляются важными и существенными в контексте исследования.

· Моделирование – метод замещения изучаемого объекта подобным ему по ряду интересующих исследователя свойств и характеристик. В современных исследованиях используют различные виды моделирования: предметное, мысленное, символическое, компьютерное.

3. Конкретно-научные методы - применение в отдельных разделах науки.

Разнообразие методов научного познания создает трудности в их применении и понимании их роли. Эти проблемы решаются особой областью знания - методологией.

Методология - учение о методах. Ее задачи - изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

Методология научного познания - учение о принципах построения, формах и способах научно-познавательной деятельности.

Она дает характеристику компонентов научного исследования - его объекта, предмета анализа, задачи исследования (или проблемы), совокупности исследовательских средств, необходимых для решения задачи данного типа, а также формирует представление о последовательности действий исследователя в процессе решения задачи.

Эволюционные и революционные периоды развития естествознания. Определение научной революции, ее этапы и виды.

Развитие естествознания не является лишь монотонным процессом количественного накопления знаний об окружающем природном мире (эволюционный этап).

В развитии науки наблюдаются переломные этапы (научные революции), радикально меняющие прежнее видение мира.

Само понятие «революция» свидетельствует о коренной ломке существующих представлений о природе в целом; возникновении кризисных ситуаций в объяснении фактов.

Научная революция - это закономерный и периодически повторяющийся в истории процесс качественного перехода от одного способа познания к другому, отражающему более глубинные связи и отношения природы.

Научные революции по своей значимости могут выходить далеко за рамки той конкретной области, где они произошли.

Различают общенаучные и частнонаучные революции.

Общенаучные: гелиоцентрическая система мира Н. Коперника, классическая механика Ньютона, теория эволюции Дарвина, возникновение квантовой механики и др.

Частнонаучные:- появление микроскопа в биологии, телескопа в астрономии.

Научная революция имеет свою структуру, основные этапы развития.

1. формирование непосредственных предпосылок (эмпирических, теоретических, ценностных) нового способа познания в недрах старого.
2. непосредственное развитие нового способа познания.
3. утверждение качественно нового способа познания.

Научная картина мира (нкм) - одно из основополагающих понятий в естествознании.

По своей сути научная картина мира - это особая форма систематизации знаний, качественное обобщение и мировоззренческий синтез различных научных теорий . Это целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях природы.

Научная картина мира включает в себя важнейшие достижения науки, создающие определен-ное понимание мира и места человека в нем.

Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная картина мира:

О материи

О движении

О взаимодействии

О пространстве и времени

О причинности, закономерности и случайности

О космологии (общем устройстве и происхождении мира

Будучи целостной системой представлений об общих свойствах и закономерностях объективного мира, научная картина мира существует как сложная структура, включающая в себя в качестве составных частей общенаучную картину мира, естественнонаучную картину мира и картины мира отдельных наук (физическая, биологическая, геологическая и т.п.).

Основой современной научной картины мира являются фундаментальные знания, полученные, прежде всего, в области физики. Однако в последние десятилетия прошлого века все больше утверждалось мнение, что в современной научной картине мира лидирующее положение занимает биология. Идеи биологии постепенно приобретают универсальный характер и становятся фундаментальными принципами других наук. В частности, в современной науке такой универсальной идеей является идея развития, проникновение которой в космологию, физику, химию, антропологию, социологию и т.д. привело к существенному изменению взглядов человека на мир.

ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ ПОЗНАНИЯ ПРИРОДЫ

По мнению историков науки в развитии естествознания различают 4 этапа:

1. Натурфилософский (доклассический) – 6 в. до н.э-2 в.н.э.

2. аналитический (классический)–16-19 в.в.)

3. синтетический (неклассический) – конец 19 века - 20 век

4. интегрально - дифференциальный (постнеклассический) - конец 20 века - начало 21 века.

В первобытную эпоху происходило накопление стихийно-эмпирических знаний о природе.

Сознание человека этой эпохи было двухуровневым:

· уровень обыденного повседневного знания;

· уровень мифотворчества как формы систематизации повседневного знания.

Формирование первой научной картины мира происходит в древнегреческой культуре - натурфилософская картина мира.

К наиболее значительным открытиям Эпохи Возрождения относятся: экспериментальное изучение законов движения планет, создание гелиоцентрической системы мира Н. Коперника, изучение законов падения тел, закон инерции и принцип относительности Галилея.

Вторая половина 17 века - законы механики и закон всемирного тяготения Ньютона.

Идеалом научного познания в XVII-XIX веках была механика.

В 17-18 в.в. в математике разрабатывается теория бесконечно малых величин (Ньютон, Лейбниц), Р. Декарт создает аналитическую геометрию, М.В. Ломоносов – молекулярно-кинетическое учение. Широкую популярность завоевывает космогоническая теория Канта-Лапласа, что способствует внедрению идеи развития в естественные, а затем и в общественные науки.

К рубежу XVIII - XIX вв . частично прояснилась природа электричества (закон Кулона).

В конце 18- первой половине 19 в. в геологии возникает теория развития Земли (Ч. Лайель), в биологии зарождается эволюционная теория Ж.Б. Ламарка, развиваются такие науки, как палеонтология (Ж.Кювье) и эмбриология (К.М. Бэро).

В 19 в . были созданы клеточная теория Шванна и Шлейдена, эволюционное учение Дарвина, Периодическая система элементов Д.И. Менделеева, электромагнитная теория Максвелла.

К выдающимся экспериментальным открытиям в физике в конце 19 века относятся: открытие электрона, делимости атома, экспериментальное обнаружение электромагнитных волн, открытие рентгеновских лучей, катодных лучей и др.

ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Слово "физика" появилось еще в древние времена. В переводе с греческого оно означает "природа".

Физика является основой всех естественных наук.

Физика - наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира.

В современном представлении:

• самое простое - так называемые первичные элементы: элементарные частицы, поля, атомы, молекулы, и т.п.
• наиболее общие свойства материи - движение, пространство и время, масса, энергия и др.

Конечно, физика изучает и очень сложные явления и объекты. Но при изучении сложное сводится к простому, конкретное - к общему.

К наиболее общим, важным фундаментальным концепциям физического описания природы относится материя, движение, пространство и время.

Материя (лат. Materia – вещество) это философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них”. (Ленин В.И. Полное собрание сочинений. Т.18. С.131.)

Одно из современных определений материи:

Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств и связей, отношений и форм движения.

В основе современных научных представлений о строении материи лежит идея ее сложной системной организации.

На современном этапе развития естествознания исследователи различают следующие

виды материи : вещество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество – основной вид материи, обладающий массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и то, что из них построено);

Физическое поле - особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем (электромагнитное, гравитационное).

Физический вакуум – не пустота, а особое состояние материи , это низшее энергетическое состояние квантового поля. В нем постоянно происходят сложные процессы, связанные с непрерывным появлением и исчезновением так называемых "виртуальных " частиц.

Различие вещества и поля не является абсолютным и при переходе к микрообъектам ярко обнаруживается его относительность

Современная наука выделяет в мире три структурных уровня .

Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы, мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10 -8 до 10 -16 см, а время жизни - от бесконечности до 10 -24 с.

Макромир - мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта, пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.

Мегамир - это планеты, звезды, галактики, Вселенная, мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.

И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро- , макро - и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.

Механистическая картина мира (МКМ)

Первая естественнонаучная картина мира сформировалась на основе изучения простейшей, механической формы движения материи. Она исследует законы перемещения земных и небесных тел в пространстве и времени. В дальнейшем, когда эти законы и принципы были перенесены на другие явления и процессы, они стали основой механистической картины мира.
Анализ физических явлений макромира базируется на концепции классической механики.

Созданием классической механики наука обязана Ньютону, но почву для него подготовили Галилей и Кеплер.

Классическая механика описывает движения макротел при скоростях намного меньших, чем скорость света.

Раньше других разделов механики стала развиваться статика (учение о равновесии) (античность, Архимед: «дайте мне точку опоры и я переверну Землю»).

В XVII в. были созданы научные основы динамики (учение о силах и их взаимодействии), а с ней и всей механики.

Основоположником динамики считают Г. Галилея.

Галилео Галилей (1564-1642). Один из основателей современного естествознания Ему принадлежат: доказательство вращения Земли, открытие принципа относительности движения и закона инерции, законов свободного падения тел и их движения по наклонной плоскости, законов сложения движений и поведения математического маятника. Он же изобрел телескоп и с его помощью исследовал ландшафт Луны, обнаружил спутники Юпитера, пятна на Солнце и фазы Венеры.

В учении Г. Галилея были заложены основы нового механистического естествознания. Ему принадлежит выражение «Книга природы написана на языке математики». Ввел понятие «мысленный эксперимент».

Главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработкой результатов измерений.

Самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешимой из-за сложности – это проблема движения (А. Эйнштейн).

До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу, тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если это воздействие прекращается, тело останавливается . Галилей показал, что этот принцип Аристотеля ошибочен. Вместо него Галилей сформулировал совершенно иной принцип, получивший впоследствии наименование принципа (закона) инерции.

Закон инерции (первый закон механики Ньютона): материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инерциальная система - система отсчета, в которой справедлив закон инерции.

Принцип относительности Галилея - Во всех инерциальных системах применимы одни и те же законы механики. Никакими механическими опытами, проводящимися в какой-то инерциальной системе отсчета, нельзя определить, покоится данная система или движется равномерно и прямолинейно.

Галилей писал: "…в каюте корабля, движущегося равномерно и без качки, вы не обнаружите ни по одному из окружающих явлений, ни по чему-либо, что станет происходить с вами самими, движется ли корабль или стоит неподвижно".

Переводя на сегодняшний язык, понятно, что если вы спите на 2-й полке движущегося равномерно вагона, то вам трудно понять, едете ли вы или просто вас покачивает. Но… как только поезд затормозит (неравномерное движение с отрицательным ускорением!) и вы слетите с полки, …то вы четко скажете – мы ехали.

Создание основ классической механики завершается трудами И. Ньютона, сформулировавшего главные ее законы и открывшего закон всемирного тяготения в труде «Математические начала натуральной философии» (1687 г.)

Среди открытий Ньютона (1643-1727): знаменитые законы динамики, закон всемирного тяготения, создание (одновременно с Лейбницем) новых математических методов - дифференциального и интегрального исчислений, ставших фундаментом высшей математики; изобретение телескопа-рефлектора, открытие спектрального состава белого света и др.

Законы механики И. Ньютона

1. всякое тело сохраняет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения до тех пор, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил (это принцип инерции, впервые сформулированный еще Галилеем);
2. ускорение (a), приобретаемое телом под действием какой-то силы (f) прямо пропорциональноэтой силе и обратно пропорционально массе тела (m);

1. действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противоположные стороны . (это закон равенства действия и противодействия).

f 1 =- f 2

Большое значение для понимания явлений макромира имеет теория тяготения Ньютона. Окончательная формулировка закона всемирного тяготения была сделана в 1687 г.

Закон тяготения Ньютона:

две любые материальные частицы притягиваются по направлению друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними .

F=G.(m 1 .m 2 /r 2)

На поверхность Земли все тела падают под влиянием ее поля тяготения с одинаковым ускорением свободного падением g=9,8 м/сек 2 .

Ключевыми в физике Ньютона являются понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, которые представляют собой как бы вместилища материальных тел и процессов и не зависят не только от этих тел и процессов, но и друг от друга.

Итак, основные идеи классической механики таковы:

1. есть тела, которые следует наделить свойством массы;
2. массы притягиваются друг к другу (закон всемирного тяготения);
3. тела могут сохранять свое состояние - покоиться или двигаться равномерно, не меняя своего направления движения (закон инерции, он же принцип относительности);
4. при действии на тела сил они изменяют свое состояние: либо ускоряются, либо замедляются (второй закон динамики Ньютона);
5. действие сил вызывает обратное равное ему противодействие (третий закон Ньютона).

Результатом развития классической механики явилось создание единой механистической картины мира , господствовавшей со второй половины 17 века вплоть до научной революции на рубеже 19 и 20 столетий.

Механика в это время рассматривалась как универсальный метод познания окружающих явлений и эталон всякой науки вообще. Механика – лидер естествознания в этот период.

Классическая механика представляла мир в виде гигантского механизма, четко функционирующего на основе ее вечных и неизменных законов

Это приводило к стремлению к завершенной системе знаний, фиксирующей истину в окончательном виде.

В этом абсолютно предсказуемом мире и живой организм понимался как механизм.

Основные научные положения механистической картины мира:

1. Единственная форма материи – вещество, состоящее из дискретных частиц (корпускул) конечных объемов, единственная форма движения - механическое перемещение в пустом трехмерном пространстве;

2. абсолютное пространство и абсолютное время;

3. три закона динамики Ньютона управляют движениями тел;

4. четкая причинно-следственная связь событий (так называемый лапласовский детерминизм);

5. уравнения динамики обратимы во времени, т. е. для них безразлично, куда развивается процесс из настоящего времени - в будущее или прошлое.

Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании фундаментальных категорий - пространства, времени и движения материи.

Электромагнитная картина мира (ЭМКМ)

В предисловии к своему знаменитому труду «Математические начала натуральной философии» И. Ньютон высказал следующую установку на будущее: Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы...

Многие естествоиспытатели вслед за Ньютоном старались объяснить исходя из начал механики самые различные природные явления. В торжестве законов Ньютона, считавшихся всеобщими и универсальными, черпали веру в успех ученые, работавшие в астрономии, физике, химии.

Как очередное подтверждение ньютоновского подхода к вопросу об устройстве мира, было первоначально воспринято физиками открытие, которое сделал французский военный инженер, Шарль Огюст Кулон (1736-1806). Оказалось, что положительный и отрицательный электрические заряды притягиваются друг к другу прямо пропорционально величине зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира.

В 19 веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны им давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их исследование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию.

Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку в 30 г. 19 в. понятие физического поля (электромагнитного поля). Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует еще и поле.

По мнению Фарадея, активная и постоянно движущаяся материя не может быть представлена в виде атомов и пустоты, материя непрерывна, атомы есть лишь сгустки силовых линий поля.

Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами.

Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Он во второй половине 19 в. на основе опытов Фарадея разработал теорию электромагнитного поля.

Введение Фарадеем понятия «электромагнитного» поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона.

Но потребовались новые результаты, чтобы теория Максвелла стала достоянием физики. Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857-1894). В 1887 г. Г. Герц экспериментально обнаружил электромагнитные волны.

Он смог также доказать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.

После экспериментов Герца в физике утвердилось понятие поля как объективно существующей физической реальности. Вещество и поле различаются по физическим характеристикам: частицы вещества обладают массой покоя, а частицы поля – нет. Вещество и поле различаются по степени проницаемости: вещество малопроницаемо, а поле проницаемо полностью. Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц на несколько порядков меньше.

Итак, к концу XIX в. физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля.

Позднее в ходе исследования микромира положение о веществе и поле как самостоятельных независимых друг от друга видах материи было поставлено под сомнение.

На этапе развития классической механики подразумевалось, что взаимодействие тел (напр. гравитационное) происходит мгновенно. Использовался принцип дальнодействия.

Дальнодействие - взаимодействие тел в физике, которое может осуществляться мгновенно непосредственно через пустое пространство.

Близкодействие - взаимодействие физических тел посредством тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве.

Теория относительности А.Эйнштейна (1879-1955).

Из преобразований Галилея следует, что при переходе от одной инерциальной системы к другой такие величины как время, масса, ускорение, сила остаются неизменными, т.е. инвариантными, что и отражено в принципе относительности Г. Галилея.

После создания теории электромагнитного поля и экспериментального доказательства его реальности перед физикой встала задача выяснить, распространяется ли принцип относительности движения (сформулированный в свое время еще Галилеем) на явления, присущие электромагнитному полю.

Принцип относительности Галилея был справедлив для механических явлений. Во всех инерциальных системах (т.е. движущихся прямолинейно и равномерно друг по отношению к другу) применимы одно и те же законы механики. Но справедлив ли этот принцип, установленный для механических движений материальных объектов, для немеханических явлений, особенно тех, которые представлены полевой формой материи, в частности электромагнитных явлений?

Большой вклад в решение этого вопроса внесли исследования природы света и законов его распространения. В результате опытов Майкельсона в конце 19 в. было установлено, что скорость света в вакууме всегда одинакова (300000 км/cек) во всех системах отсчета и не зависит от движения источника и приемника света.

Специальная теория относительности (СТО).

Новая теория пространства и времени. Разработана А. Эйнштейном в 1905 г.

Главной идеей теории относительности является неразрывная связь понятий «материя, пространство и время».

СТО рассматривает движение тел с очень большими скоростями (близкими к скорости света, равной 300000 км/сек)

В основе СТО лежат два принципа или постулата.

1. Все физические законы должны выглядеть одинаковыми во всех инерциальных системах координат;

2. Скорость света в вакууме не изменяется при изменении состояния движения источника света.

Из постулатов СТО следует относительность длины, времени и массы , т.е. их зависимость от системы отсчета.

Следствия СТО

1. Существует предельная скорость передачи любых взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую. Она равна скорости света в вакууме.

2. Нельзя рассматривать пространство и время как независимые друг от друга свойства физического мира.

Пространство и времясвязаны между собой и образуют единый четырехмерный мир (пространственно-временной континуум Минковского), являясь его проекциями. Свойства пространственно-временного континуума (метрика Мира, его геометрия) определяются распределением и движением материи

3.Все инерциальные системы равноправны. Следовательно, нет привилегированной системы отсчета, будь то Земля или эфир.

Движение тел со скоростями, близкими к скорости света приводит к релятивистским эффектам : замедление хода времени и сокращение длины быстродвижущихся тел; существование предельной скорости движения тела (скорость света); относительность понятия одновременности (два события происходят одновременно по часам в одной системе отсчета, но в разные моменты времени по часам в другой системе отсчета).

Общая теория относительности (ОТО)

Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории.

Согласно ОТО, которая получила завершенную форму в 1915 г. в работах А. Эйнштейна, свойства пространства-времени определяются действующими в ней полями тяготения. ОТО описывает тяготение как воздействие физической материи на геометрические свойства пространства-времени, а эти свойства влияют на движение материи и на другие свойства вещества.

ОТО основывается на двух постулатах СТО и формулирует третий постулат -

принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс - утверждение, согласно которому поле тяготения в небольшой области пространства и времени по своему проявлению тождественно ускоренной системе отсчета.

Важнейшим выводом ОТО является положение об изменении геометрических (пространственных) и временных характеристик в гравитационных полях, а не только при движении с большими скоростями.

С точки зрения ОТО пространство не обладает постоянной (нулевой) кривизной. Кривизна пространства определяется полем тяготения.

Эйнштейн нашел общее уравнение гравитационного поля, которое в классическом приближении переходило в закон тяготения Ньютона.

Экспериментальным подтверждением общей теории относительности считаются : изменение орбиты Меркурия, искривление лучей света вблизи Солнца.

В рамках общей теории относительности Эйнштейна считается, что структура пространства-времени определяется распределением масс материи. Так, в классической механике принимается, что если бы вдруг все материальные вещи исчезли, то пространство и время остались бы. Согласно теории относительности, пространство и время исчезли бы вместе с материей.

Основные понятия и принципы электромагнитной картины мира.

• Материя существует в двух видах: вещество и поле. Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит основным свойством материи является непрерывность (континуальность) в противовес дискретности.
• Понятия материя и движение неразрывны
• Пространство и время связаны как между собой, так и с движущейся материей.

Основными принципами электромагнитной картины мира являются принцип относительности Эйнштейна, близкодействие, постоянство и предельность скорости света, эквивалентность инертной и гравитационной масс, причинность. (Какого-либо нового понимания причинности, по сравнению с механистической картиной мира, не произошло. Главными считались причинно-следственные связи и динамические законы, их выражающие.) Большое значение имело установление взаимосвязи массы и энергии (E = mc 2). Масса стала не только мерой инертности и гравитации, но и мерой содержания энергии. В результате два закона сохранения – массы и энергии – были объединены в один общий закон сохранения массы и энергии.

Дальнейшее развитие физики показало, что ЭМКМ имеет ограниченный характер. Главная трудность здесь заключалась в том, что континуальное понимание материи не согласовывалось с опытными фактами, подтверждающими дискретность многих её свойств – заряда, излучения, действия. Не удавалось объяснить соотношения между полем и зарядом, устойчивость атомов, их спектры, явление фотоэффекта, излучение абсолютно черного тела. Все это свидетельствовало об относительном характере ЭМКМ и необходимости замены её новой картиной мира.

Вскоре на смену ЭМКМ пришла новая – квантово-полевая картина Мира, в основе которой лежит новая физическая теория - квантовая механика, объединившая дискретность МКМ и непрерывность ЭМКМ.

Формирование квантовой механики. элементарные частицы

К началу XX столетия появились экспериментальные результаты, которые трудно было объяснить в рамках классических представлений. В этой связи был предложен совершенно новый подход - квантовый, основанный на дискретной концепции.

Физические величины, которые могут принимать лишь определенные дискретные значения, называются квантованными .

Квантовая механика (волновая механика) - физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем.

Существенным отличием квантовой механики от классической, является ее принципиально вероятностный характер.

Для классической механики характерно описание частиц путем задания их положения в пространстве (координат) и импульса (количества движения m.v). Такое описание не применимо для микрочастиц.

Квантовые представления впервые ввел в физику немецкий физик М Планк в 1900 г.

Он предположил, что свет испускается не непрерывно (как это следовало из классической теории излучения), а определенными дискретными порциями энергии - квантами.

В 1905 году А. Эйнштейном была выдвинута гипотеза о том, что свет не только испускается и поглощается, но и распространяется квантами.

Квант света называется фотоном. Этот термин ввел американский физико-химик Льюис в 1929 году.Фотон - частица, не имеющая массы покоя. Фотон всегда находится в движении со скоростью, равной скорости света.

Эффект Комптона . В 1922 году американский физик Комптон открыл эффект, в котором впервые во всей полноте проявились корпускулярные свойства электромагнитного излучения (в частности, света). Экспериментально было показано, что рассеяние света свободными электронами происходит по законам упругого столкновения двух частиц.

В 1913 году Н. Бор применил идею квантов к планетарной модели атома.

Гипотезу о всеобщности корпускулярно-волнового дуализма выдвинул Луи де Бройль. Элементарные частицы - это и корпускулы и волны одновременно, а точнее - диалектическое единство свойств тех и других. Движение микрочастиц в пространстве и времени нельзя отождествлять с механическим движением макрообъекта. Движение микрочастиц подчиняется законам квантовой механики.

Окончательное формирование квантовой механики как последовательной теории связано с работой Гейзенберга 1927 года, в которой был сформулирован принцип неопределенностей, утверждающий, что любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты ее центра инерции и импульс одновременно принимают вполне определенные точные значения.

До открытия элементарных частиц и их взаимодействий наука разграничивала два вида материи - вещество и поле. Однако развитие квантовой физики выявило относительность разграничительных линий между веществом и полем.

В современной физике поля и частицы выступают как две неразрывно связанные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волновых (континуальных, непрерывных) свойств микрообъектов. Представления о поле выступают также как основа для объяснения процессов взаимодействия, воплощая принцип близкодействия.

Еще в конце XIX-начале XX века поле определяли как непрерывную материальную среду, а вещество - как прерывное, состоящее из дискретных частиц.

Элементарные частицы , в точном значении этого термина, - это первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. Элементарные частицы современной физики не удовлетворяют строгому определению элементарности, поскольку большинство из них по современным представлениям являются составными системами.

Первая элементарная частица - электрон был открыт Дж,Дж. Томсоном в 1897 г.

После электрона было предположено существование фотона (1900 г)– кванта света.

Затем следует открытие целого ряда других частиц: нейтрона, мезонов, гиперонов и т.д.

В 1928 г. Дирак предсказал существование частицы, имеющей ту же массу, что и электрон, но с противоположным зарядом. Эту частицу назвали позитроном. И она действительно

была обнаружена в 1932 году в составе космических лучей американским физиком Андерсоном.

Современной физике известно более 400 элементарных частиц, в основном нестабильных, и их число продолжает расти.

Существуютчетыре вида основных фундаментальных физических взаимодействий:

1. гравитационное - характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы.
2. электромагнитн ое - ответственно за связь электронов и ядер в атомах и связь атомов в молекулах .
3. сильное - скрепляет нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре и кварки внутри нуклонов .,
4. слабое -управляет процессами радиоактивного распада частиц.

По типам взаимодействия элементарные частицы делят на

1. Адроны (тяжелые частицы - протоны, нейтроны, мезоны и др.) участвуют во всех взаимодействиях.
2. Лептоны (от греч. leptos - легкий; например, электрон, нейтрино и др.) не участвуют в сильных взаимодействиях, а только в электромагнитных, слабых и гравитационных.

При столкновениях элементарных частиц происходят всевозможные превращения их друг в друга (включая рождение многих дополнительных частиц), не запрещаемые законами сохранения.

Фундаментальные взаимодействия, преобладающие между объектами :

Микромира (сильное, слабое и электромагнитное)

Макромира (электромагнитное)

Мегамира (гравитационное)

Современная физика пока еще не создала единой теории элементарных частиц, на пути к ней сделаны лишь первые, но существенные шаги.

Великое объединение – это название используется для теоретических моделей, исходящих из представлений о единой природе сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий

1. открытие в ХVII в. законов механики позволило создать всю машинную технологию цивилизации;
2. открытие в ХIХ в. электромагнитного поля, привело к развитию электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники;
3. создание в ХХ в теории атомного ядра, привело к использованию ядерной энергии;

В рамках данной картины мира все События и Перемены были взаимосвязаны и взаимообусловлены механическим движением.

Возникновение электромагнитной картины мира характеризует качественно новый этап эволюции науки.

Сравнение данной картины мира с механистической выявляет некоторые важные особенности.

Например,

Подобная взаимодополнительность картин не является случайностью. Она носит строго эволюционный порядок.

Квантово-полевая картина мира явилась результатом дальнейшего развития электромагнитной картины мира.

Эта картина мира отражает уже единство двух предыдущих картин мира в единстве на основе принципа дополнительности. В зависимости от постановки эксперимента микрообъект показывает либо свою корпускулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Эти две природы микрообъекта взаимно исключают друг друга, и в то же время должны быть рассмотрены как дополняющие друг друга.

АСТРОНОМИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Космос (от греч. Космос - мир), термин, идущий из древнегреческой философии для обозначения мира как структурно организованного и упорядоченного целого, в отличие от Хаоса.

Сейчас под Космосом понимают все находящееся за пределами атмосферы Земли. Иначе Космос называют Вселенной.

Вселенная - место вселения человека, весь существующий материальный мир. Близкое понятие (в латинских языках) «Универсум»

Вселенная - самая крупная материальная система, мегамир.

Космология (раздел астрономии ) - это наука о свойствах, строении, происхождении и эволюции Вселенной как единого упорядоченного целого.

Метагалактика - часть Вселенной, доступная современным астрономическим методам исследований.

В основе современной космологии лежит общая теория относительности и космологический постулат (представления об однородности и изотропности Вселенной). Во Вселенной все точки и направления равноправны.

Основной метод получения астрономических знаний - наблюдение, поскольку за редким исключением, эксперимент при изучении Вселенной невозможен.

Возникновение и эволюция Вселенной . Модель Большого взрыва

Проблема эволюции Вселенной является центральной в естествознании.

В классической науке (космология Ньютона) существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас.

Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации. Вопрос об эволюции Вселенной не ставился.

Возникновение современной космологии связано с созданием релятивистской теории тяготения - общей теории относительности Эйнштейном (1916). Из уравнений ОТО следует кривизна пространства-времени и связь кривизны с плотностью массы (энергии).
В 1917 г. Эйнштейн вывел фундаментальные уравнения, связывающие распределение материи с геометрическими свойствами пространства и на их основе разработал модель Вселенной.

Вселенная в космологической модели А. Эйнштейна стационарна, бесконечна во времени и безгранична , но при этом замкнута в пространстве, как поверхность любой сферы.

Однако из общей теории относительности вытекало в качестве следствия, что искривленное пространство не может быть стационарным, оно должно расширяться или сжиматься. Поэтому Эйнштейн ввел в полученные уравнения дополнительное слагаемое, обеспечивающее стационарность Вселенной.
В 1922 г. советский математик А.А Фридман впервые решил уравнения общей теории относительности не накладывая условия стационарности. Он создал модель нестационарной, расширяющейся Вселенной.

Этот вывод означал необходимость радикальной перестройки принятой в то время картины мира.

Модель Вселенной по Фридману носила эволюционный характер. Стало ясно, что Вселенная имеет начало и наблюдаемые сегодня ее свойства могут и должны быть объяснены предшествующим периодом развития.

Наблюдательным подтверждением модели расширяющейся Вселенной явилось открытие в 1929 году американским астрономом Э.Хабблом эффекта красного смещения .

Согласно эффекту Доплера спектры излучения удаляющихся объектов должны быть сдвинуты в красную область, а спектры приближающихся в фиолетовую.

Э.Хаббл установил, что все далекие галактики от нас удаляются, причем с увеличением расстояния это происходит всё быстрее.

Закон разбегания - это закон Хаббла V=H 0 r, где H 0 - постоянная, ныне называемая постоянной Хаббла.

Если Вселенная расширяется, значит она возникла в определенный момент времени.

Когда это произошло?

По значению постоянной Хаббла определяют возраст Вселенной. По современным данным он составляет 13-15 млрд. лет.

Как это произошло?

Еще А.А. Фридман пришел к выводу, что в силу каких-то пока не ясных причин Вселенная внезапно возникла в очень малом, практически точечном объеме чудовищной плотности и температуры и стала стремительно расширяться.

Наиболее общепринятой моделью Вселенной в современной космологии является модель однородной изотропной горячей нестационарной расширяющейся Вселенной.

В настоящее время большинство космологов исходят из модели Большого взрыва в ее модифицированном варианте с инфляционным началом.

В 1946 году он заложил основы одной из фундаментальных концепций современной космологии - модели "горячей Вселенной". («Большого взрыва»). Он впервые высказал предположение, что на начальной стадии эволюции Вселенная была "горячей" и в ней могли идти термоядерные процессы.

Эта модель объясняет поведение Вселенной в первые три минуты ее жизни, которые являются решающими для понимания современной структуры Вселенной.

Вселенная, согласно модели Большого Взрыва ограничена в пространстве и времени, по крайней мере, со стороны прошлого. До самого взрыва не существовало ни вещества, ни времени, ни пространства.

Итак, по современным воззрениям, Вселенная возникла в результате стремительного расширения, взрыва сверхплотного горячего вещества, обладавшего сверхвысокой температурой. Сам этот взрыв наука связывает с перестройками структуры физического вакуума, с его фазовыми переходами от одного состояния к другому, которые сопровождались выделением огромных энергий.

В последние десятилетия развитие космологии и физики элементарных частиц позволило теоретически рассмотреть и описать изменение физических параметров Вселенной в процессе ее расширения.

Основные этапы возникновения Вселенной.

Краткая история развития Вселенной

Сингулярность - особое начальное состояние Вселенной, в котором плотность, кривизна пространства и температура принимают бесконечное значение.

Инфляционная стадия - самая начальная сверхплотная стадия расширения Вселенной, завершилась к моменту времени 10 -36 сек.

Эпоха нуклеосинтеза. Спустя несколько секунд после начала расширения Вселенной началась эпоха, когда образовались ядра дейтерия, гелия, лития и бериллия.

Продолжалась эта эпоха приблизительно 3 минуты.

К концу этого процесса вещество Вселенной состояло на 75% из протонов (ядер водорода), около 25% составляли ядра гелия, сотые доли процента пришлись на ядра дейтерия, лития, бериллия.

Затем почти 500 тысяч лет не происходило никаких качественных изменений - шло медленное остывание и расширение Вселенной. Вселенная, оставаясь однородной, становилась все более разреженной.

Эпоха рекомбинации - образование нейтральных атомов.

Наступила примерно через миллион лет после начала расширения. Когда Вселенная остыла до 3000 К, ядра атомов водорода и гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться при этом в нейтральные атомы водорода и гелия.

После эпохи рекомбинации вещество во Вселенной было распределено почти равномерно и состояло преимущественно из атомов водорода 75% и гелия 25%, самых распространенных элементов во Вселенной.

С эпохи рекомбинации взаимодействие излучения с веществом практически прекратилось, пространство стало для излучения практически прозрачным. Излучение, сохранившееся с начальных моментов эволюции (реликтовое) равномерно заполняет всю Вселенную. Вследствие расширения Вселенной температура этого излучения продолжает падать. В настоящее время она составляет 2,7 град К.

Модель горячей Вселенной (Большого Взрыва) подтверждается обнаружением предсказанного ею реликтового излучения, заполняющего Вселенную (1965 г).Американские ученые Пензиас и Уилсон за свое открытие удостоены Нобелевской премии в 1978 г.

Определение химического состава (особенно содержание гелия, дейтерия и лития) самых старых звезд и межзвездной среды молодых галактик также явилось подтверждением модели горячей Вселенной.

Основное количество водорода и гелиясодержится не в звездах, а распределено в межзвездном и межгалактическом пространстве.

После рекомбинации атомов вещество, заполняющее Вселенную, представляло собой газ, который вследствие гравитационной неустойчивости стал собираться в сгущения.

Результаты этого процесса мы видим в виде скоплений галактик, галактик и звезд. Структура Вселенной весьма непроста, и изучение механизма ее образования - это одна из самых интересных задач настоящего времени. Как ни странно, она далека от решения - мы более ясно представляем себе, что происходило в первые секунды после «большого взрыва», чем в период от миллиона лет до нашего времени.

Существуют альтернативные модели возникновения Вселенной.

В основе методов естествознания лежит единство его эмпирической и теоретической сторон. Они взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Их разрыв, или преимущественное развитие одной за счет другой, закрывает путь к правильному познанию природы - теория становится беспредметной, опыт - слепым.

Методы естествознания могут быть подразделены на следующие группы:

• 1. Общие методы, касающиеся любого предмета, любой науки. Это различные формы метода, дающего возможность связывать воедино все стороны процесса познания, все его ступени, например, метод восхождения от абстрактного к конкретному, единства логического и исторического. Это, скорее, общефилософские методы познания.
• 2. Особенные методы касаются лишь одной стороны изучаемого предмета или же определенного приема исследования:

анализ, синтез, индукция, дедукция. К числу особенных методов также относятся наблюдение, измерение, сравнение и эксперимент.

В естествознании особенным методам науки придается чрезвычайно важное значение, поэтому в рамках нашего курса необходимо более подробно рассмотреть их сущность.

Наблюдение - это целенаправленный строгий процесс восприятия предметов действительности, которые не должны быть изменены. Исторически метод наблюдения развивается как составная часть трудовой операции, включающей в себя установление соответствия продукта труда его запланированному образцу.

Наблюдение как метод познания действительности применяется либо там, где невозможен или очень затруднен эксперимент (в астрономии, вулканологии, гидрологии), либо там, где стоит задача изучить именно естественное функционирование или поведение объекта (в этологии, социальной психологии и т.п.). Наблюдение как метод предполагает наличие программы исследования, формирующейся на базе прошлых убеждений, установленных фактов, принятых концепций. Частными случаями метода наблюдения являются измерение и сравнение.

Эксперимент - метод познания, при помощи которого явления действительности исследуются в контролируемых и управляемых условиях. Он отличается от наблюдения вмешательством в исследуемый объект, то есть активностью по отношению к нему. Проводя эксперимент, исследователь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания путем непосредственного воздействия на изучаемый процесс или изменения условий, в которых проходит этот процесс.

Специфика эксперимента состоит также в том, что в обычных условиях процессы в природе крайне сложны и запутанны, не поддаются полному контролю и управлению. Поэтому возникает задача организации такого исследования, при котором можно было бы проследить ход процесса в «чистом» виде. В этих целях в эксперименте отделяют существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощают ситуацию. В итоге такое упрощение способствует более глубокому пониманию явлений и создает возможность контролировать немногие существенные для данного процесса факторы и величины.

Развитие естествознания выдвигает проблему строгости наблюдения и эксперимента. Дело в том, что они нуждаются в специальных инструментах и приборах, которые последнее время становятся настолько сложными, что сами начинают оказывать влияние на объект наблюдения и эксперимента, чего по условиям быть не должно. Это прежде всего относится к исследованиям в области физики микромира (квантовой механике, квантовой электродинамике и т.д.).

Аналогия - метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного в ходе рассмотрения какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный и в данный момент изучаемый. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, что позволяет получить вполне достоверные знания об изучаемом предмете.

Применение метода аналогии в научном познании требует определенной осторожности. Здесь чрезвычайно важно четко выявить условия, при которых он работает наиболее эффективно. Однако в тех случаях, когда можно разработать систему четко сформулированных правил переноса знаний с модели на прототип, результаты и выводы по методу аналогии приобретают доказательную силу.

Моделирование - метод научного познания, основанный на изучении каких-либо объектов посредством их моделей. Появление этого метода вызвано тем, что иногда изучаемый объект или явление оказываются недоступными для прямого вмешательства познающего субъекта или такое вмешательство по ряду причин является нецелесообразным. Моделирование предполагает перенос исследовательской деятельности на другой объект, выступающий в роли заместителя интересующего нас объекта или явления. Объект-заместитель называют моделью, а объект исследования - оригиналом, или прототипом. При этом модель выступает как такой заместитель прототипа, который позволяет получить о последнем определенное знание.

Таким образом, сущность моделирования как метода познания заключается в замещении объекта исследования моделью, причем в качестве модели могут быть использованы объекты как естественного, так и искусственного происхождения. Возможность моделирования основана на том, что модель в определенном отношении отображает какие-либо стороны прототипа. При моделировании очень важно наличие соответствующей теории или гипотезы, которые строго указывают пределы и границы допустимых упрощений.

Основными элементами естествознания являются:

• · твердо установленные факты;
• · закономерности, обобщающие группы фактов;
• · теории, как правило, представляющие собой системы закономерностей, в совокупности описывающих некий фрагмент реальности;
• · научные картины мира, рисующие обобщенные образы всей реальности, в которых сведены в некое системное единство все теории, допускающие взаимное согласование.

Проблема различия теоретического и эмпирического уровней научного познания коренится в разнице способов идеального воспроизведения объективной реальности, подходов к построению системного знания. Отсюда вытекают и другие, уже производные отличия этих двух уровней. За эмпирическим знанием, в частности, исторически и логически закрепилась функция сбора, накопления и первичной рациональной обработки данных опыта. Его главная задача -- фиксация фактов. Объяснение же, интерпретация их -- дело теории.

Методологические программы сыграли свою важную историческую роль. Во-первых, они стимулировали огромное множество конкретных научных исследований, а во-вторых, «высекли искру» некоторого понимания структуры научного познания. Выяснилось, что оно как бы «двухэтажно». И хотя занятый теорией «верхний этаж» вроде бы надстроен над «нижним» (эмпирией) и без последнего должен рассыпаться, но между ними почему-то нет прямой и удобной лестницы. Из нижнего этажа на верхний можно попасть только «скачком» в прямом и переносном смысле. При этом, как бы ни была важна база, основа (нижний эмпирический этаж нашего знания), решения, определяющие судьбу постройки, принимаются все-таки наверху, во владениях теории.

В наше время стандартная модель строения научного знания выглядит примерно так. Познание начинается с установления путем наблюдения или экспериментов различных фактов. Если среди этих фактов обнаруживается некая регулярность, повторяемость, то в принципе можно утверждать, что найден эмпирический закон, первичное эмпирическое обобщение. И все бы хорошо, но, как правило, рано или поздно отыскиваются такие факты, которые никак не встраиваются в обнаруженную регулярность. Тут на помощь призывается творческий интеллект ученого, его умение мысленно перестроить известную реальность так, чтобы выпадающие из общего ряда факты вписались, наконец, в некую единую схему и перестали противоречить найденной эмпирической закономерности.

Обнаружить эту новую схему наблюдением уже нельзя, ее нужно придумать, сотворить умозрительно, представив первоначально в виде теоретической гипотезы. Если гипотеза удачна и снимает найденное между фактами противоречие, а еще лучше -- позволяет предсказывать получение новых, нетривиальных фактов, это значит, что родилась новая теория, найден теоретический закон.

Известно, к примеру, что эволюционная теория Ч. Дарвина долгое время находилась под угрозой краха из-за распространенных в XIX в. представлений о наследственности. Считалось, что передача наследственных признаков происходит по принципу «смешивания», т.е. родительские признаки переходят к потомству в некоем промежуточном варианте. Если скрестить, допустим, растения с белыми и красными цветками, то у полученного гибрида цветки должны быть розовыми. В большинстве случаев так оно и есть. Это эмпирически установленное обобщение на основе множества совершенно достоверных эмпирических фактов.

Но из этого, между прочим, следовало, что все наследуемые признаки при скрещивании должны усредняться. Значит, любой, даже самый выгодный для организма признак, появившийся в результате мутации (внезапного изменения наследственных структур), со временем должен исчезнуть, раствориться в популяции. А это в свою очередь доказывало, что естественный отбор работать не должен! Британский инженер Ф. Дженкин доказал это строго математически. Ч. Дарвину данный «кошмар Дженкина» отравлял жизнь с 1867 г., но убедительного ответа он так и не нашел. (Хотя ответ уже был найден. Дарвин просто о нем не знал.)

Дело в том, что из стройного ряда эмпирических фактов, рисующих убедительную в целом картину усреднения наследуемых признаков, упорно выбивались не менее четко фиксируемые эмпирические факты иного порядка. При скрещивании растений с красными и белыми цветками, пусть не часто, но все равно будут появляться гибриды с чисто белыми или красными цветками. Однако при усредняющем наследовании признаков такого просто не может быть -- смешав кофе с молоком, нельзя получить черную или белую жидкость! Обрати Ч. Дарвин внимание на это противоречие, наверняка, к его славе прибавилась бы еще и слава создателя генетики. Но не обратил. Как, впрочем, и большинство его современников, считавших это противоречие несущественным. И зря.

Ведь такие «выпирающие» факты портили всю убедительность эмпирического правила промежуточного характера наследования признаков. Чтобы эти факты вписать в общую картину, нужна была какая-то иная схема механизма наследования. Она не обнаруживалась прямым индуктивным обобщением фактов, не давалась непосредственному наблюдению. Ее нужно было «узреть умом», угадать, вообразить и соответственно сформулировать в виде теоретической гипотезы.

Эту задачу, как известно, блестяще решил Г. Мендель. Суть предложенной им гипотезы можно выразить так: наследование носит не промежуточный, а дискретный характер. Наследуемые признаки передаются дискретными частицами (сегодня мы называем их генами). Поэтому при передаче факторов наследственности от поколения к поколению идет их расщепление, а не смешивание. Эта гениально простая схема, развившаяся впоследствии в стройную теорию, объяснила разом все эмпирические факты. Наследование признаков идет в режиме расщепления, и поэтому возможно появление гибридов с «несмешивающимися» признаками. А наблюдаемое в большинстве случаев «смешивание» вызвано тем, что за наследование признака отвечает, как правило, не один, а множество генов, что и «смазывает» менделевское расщепление. Принцип естественного отбора был спасен, «кошмар Дженкина» рассеялся.

Таким образом, традиционная модель строения научного знания предполагает движение по цепочке: установление эмпирических фактов -- первичное эмпирическое обобщение -- обнаружение отклоняющихся от правила фактов -- изобретение теоретической гипотезы с новой схемой объяснения -- логический вывод (дедукция) из гипотезы всех наблюдаемых фактов, что и является ее проверкой на истинность. Подтверждение гипотезы конституирует ее в теоретический закон. Такая модель научного знания называется гипотетико-дедуктивной. Считается, что большая часть современного научного знания построена именно таким способом.

Научное исследование осуществляется путем использования особых приемов - методов.

Методы науки - совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.

Выделяют общие, частные и особенные методы научного исследования.

Общие методы познания касаются любой дисциплины и дают возможность соединить все этапы процесса познания. В истории науки исследователи к таким методам относят метафизический и диалектический методы.

Частные методы научного познания - это методы, применяющиеся только в отдельной отрасли науки. Различные методы естествознания (физики, химии, биологии, экологии и т. д.) являются частными по отношению к общему диалектическому методу познания. Иногда частные методы могут использоваться за пределами тех отраслей естествознания, в которых они возникли. Например, физические и химические методы используются в астрономии, биологии, экологии.

Особенные методы исследуют определенные признаки изучаемого объекта. Они могут проявляться на эмпирическом и на теоретическом уровнях познания и быть универсальными.

Среди особенных эмпирических методов познания выделяют наблюдение, измерение и эксперимент.

Наблюдение представляет собой целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Поэтому исследование чаще всего начинается с наблюдения, и лишь потом исследователи переходят к другим методам. Наблюдения используются там, где нельзя поставить прямой эксперимент (в вулканологии, космологии). Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Именно описания результатов наблюдения составляют эмпирический базис науки, на их основе создаются эмпирические обобщения.

Измерение - это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта с помощью специальных технических устройств. Большую роль в исследовании играют единицы измерения, с которыми сравниваются полученные данные.

Эксперимент - целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий объект или явление для изучения его различных сторон, связей и отношений.

В ходе экспериментального исследования ученый вмешивается в естественный ход процессов, преобразует объект исследования. Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде. Это происходит за счет максимального исключения воздействия посторонних факторов. Экспериментатор отделяет существенные факты от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию.

В любом естественнонаучном эксперименте выделяют такие этапы: подготовительный этап; этап сбора экспериментальных данных; этап обработки результатов.

Для повышения достоверности полученных результатов эксперимента необходимы: многократная повторность измерений; совершенствование технических средств и приборов; строгий учет факторов, влияющих на исследуемый объект; четкое планирование эксперимента, позволяющее учесть специфику исследуемого объекта.

Средиособенных теоретических методов научного познания выделяют процедуры абстрагирования и идеализации. В процессах абстрагирования и идеализации формируются понятия и термины, используемые во всех теориях.

Абстрагирование - мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые считают несущественными. Таковы модели точки, прямой линии, окружности, плоскости. Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Реальные объекты в каких-то задачах могут быть заменены этими абстракциями (Землю при движении вокруг Солнца можно считать материальной точкой, но нельзя при движении по ее поверхности).

Идеализация представляет операцию мысленного выделения какого-то одного важного для данной теории свойства или отношения, мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством (отношением). В результате идеальный объект обладает только этим свойством (отношением). Наука выделяет в реальной действительности общие закономерности, которые существенны и повторяются в различных предметах, поэтому приходится идти на отвлечения от реальных объектов. Так образуются такие понятия, как «атом», «множество», «абсолютно черное тело», «идеальный газ», «сплошная среда».

Среди особенных универсальных методов исследований выделяют анализ, синтез, сравнение, классификацию, аналогию, моделирование.

Анализ - метод научного познания, в основе которого лежит процедура мысленного или реального разделения объекта на составляющие его части и их отдельное изучение. Невозможно познать сущность объекта, только выделяя в нем элементы, из которых он состоит. Когда путем анализа частности исследуемого объекта изучены, он дополняется синтезом.

Синтез - метод научного познания, в основе которого лежит объединение выделенных анализом элементов. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единственных знаний, полученных с помощью анализа. Он показывает место и роль каждого элемента в системе, их связь с другими составными частями.

Анализ и синтез берут свое начало в практической деятельности человека. Человек научился мысленно анализировать и синтезировать лишь на основе практического разделения, постепенно осмысливая то, что происходит с объектом при выполнении практических действий с ним, человек учился мысленно анализировать и синтезировать.

Сравнение - метод научного познания, позволяющий установить сходство и различие изучаемых объектов. Сравнение лежит в основе многих естественнонаучных измерений, составляющих неотъемлемую часть любых экспериментов. Сравнивая объекты между собой, человек получает возможность правильно познавать их и тем самым правильно ориентироваться в окружающем мире, целенаправленно воздействовать на него.

Классификация - метод научного познания, который объединяет в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках. Классификация позволяет свести накопленный многообразный материал к сравнительно небольшому числу классов, типов и форм и выявить исходные единицы анализа, обнаружить устойчивые признаки и отношения.

Аналогия - метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при рассмотрении какого-либо объекта, на другой, менее изученный, но схожий с первым по каким-то существенным свойствам. Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, причем сходство устанавливается в результате сравнения предметов между собой. Таким образом, в основе метода аналогии лежит метод сравнения.

Метод аналогии тесно связан с методом моделирования, который представляет собой изучение каких-либо объектов с помощью моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал.

В современных исследованиях используют различные виды моделирования: предметное, мысленное, символическое, компьютерное. Предметное моделирование представляет собой использование моделей, воспроизводящих определенные характеристики объекта. Мысленное моделирование представляет собой использование различных мысленных представлений в форме воображаемых моделей. Символическое моделирование использует в качестве моделей чертежи, схемы, формулы. В них в символико-знаковой форме отражаются определенные свойства оригинала. Видом символического моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики. Оно предполагает формирование систем уравнений, которые описывают исследуемое природное явление, и их решение при различных условиях. Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время.

Вопросы для самопроверки

1. Вопрос: Что такое познание?

а) Получение информации об избранном явлении природы.

б) Проведение экспериментальной работы.

в) Построение гипотез на основе экспериментальных данных, их теоретическое обобщение и формирование прогноза дальнейшего развития избранного направления исследования.

г) Создание совершенной теории и попытки ее экспериментального подтверждения.

2. Вопрос: Что такое системность, как один из принципов познания?

а) Четкость определений в экспериментальных исследованиях.

б) Взаимосвязь разносторонних подходов к изучению избранной проблемы.

в) Определенность решения проблемы избранным способом.

г) Взаимосвязанность положительных и отрицательных точек зрения.

3. Вопрос: Что такое «концепция»?

а) Точка зрения отдельного ученого на установленный научный факт.

б) Система теоретических положений характеризующих группу аналогичных явлений природы.

в) Научное исследование, опирающееся только на теоретическое обоснование.

г) Подробное описание отдельного объекта исследования.

4. Вопрос: Что представляет собой предмет «Концепции современного естествознания»?

а) Изучение принципов эволюции Вселенной.

б) Экспериментальное исследование возникновения человека.

в) Познание наиболее общих естественнонаучных концепций, принципов, законов организации Вселенной.

г) Изучение математических моделей процессов и явлений на Земле.

5. Вопрос: Что такое научные знания?

а) Универсальная экспериментальная база.

б) Группа гипотез посвященных глобальной проблеме мироздания.

в) Вся совокупность разнообразных экспериментально – теоретических научных дисциплин.

г) Футуристические представления о судьбе Вселенной.

6. Вопрос: Что означает «фундаментальность» научных знаний?

а) Теологическая обоснованность научных утверждений.

б) Универсальность научных знаний, основанная на системе базовых концепций.

в) Логичность в решении конкретной научной проблемы.

г) Последовательность в постановке задачи исследования.

7. Вопрос: Как Вы понимаете «проверяемость» научных знаний?

а) Возможность независимым методом исследования получить сходные результаты.

б) Выяснение механизмов течения процессов.

в) Участие в исследовании контрольной группы экспертов.

г) Субъективные представления исследователя.

8. Вопрос: Что такое «универсальность» научных знаний?

а) Результаты научных исследований, не зависящие от способа их получения.

б) Применимость результатов исследования в различных областях науки.

в) Совпадение результатов исследования в разные промежутки времени.

г) Высокая точность результатов исследования.

9. Вопрос: Что такое «опровержимость» научных данных?

а) Постоянная повторяемость результатов исследования.

б) Способность обосновать направление исследования.

в) Совершенствование системы управления исследованием.

г) Отрицание прежних результатов исследования за счет полученных новых данных.

10. Вопрос: Что такое «прикладные» исследования?

а) Исследования, позволяющие делать какие-либо предположения.

б) Исследования, позволяющие применять научные результаты для осуществления прикладных, технологических задач.

в) Исследования во вспомогательных направлениях развития технологий.

г) Изучение дополнительных свойств концепций, теорий.

11. Вопрос: Что представляют собой информационно-мониторинговая группа методов исследования?

а) Группа методов, позволяющая объективно обобщать литературные данные.

б) Группа методов, позволяющая систематизировать знания по избранному объекту.

в) Группа методов, позволяющая обобщать систематические, периодически проводимые наблюдения и эксперименты.

г) Группа методов объединения теоретических и теологических исследований одного и того же объекта.

12. Что представляет собой теоретико-аналитическая группа методов исследования?

а) Группа теоретических методов, позволяющих проанализировать данные исследования, теоретически обобщить их с ранее полученными или уже известными и сделать прогноз о свойствах еще не открытых подобных явлений.

б) Группа теоретических методов, позволяющая сделать частные выводы о состоянии избранного объекта исследования.

в) Группа экспериментальных методов для изучения наиболее общих явлений природы.

г) Группа методов для всестороннего изучения свойств избранного объекта.

13. Вопрос: Что обозначает термин «естественнонаучная культура»?

а) Система религиозных представлений о природе.

б) Исторический подход в изучении развития общества.

в) Система научных взглядов и базовых представлений, позволяющая глубже понять природные явления.

г) Социальные принципы развития науки.

14. Вопрос: Что представляет собой «гуманитарная культура»?

а) Система взглядов и концепций отражающих развитие общества, его гуманитарные ценности.

б) Уровень развития литературы.

в) Степень социальной активности человека.

г) Особенности психологической активности человека в определении его роли в социуме.

15. Назовите основные принципы объединения естественнонаучной и гуманитарной культуры.

а) Стремление индивида к совершенствованию гуманитарных знаний о свойствах того или иного природного объекта.

б) Формирование разностороннего представления об окружающем нас мире во всех его проявлениях: естественнонаучном и гуманитарном.

в) Стремление совершенствовать естественнонаучные представления о формировании Вселенной.

г) Возможность разностороннего описания поведения индивида в обществе.

Вопросы к зачету по теме

1. Какова цель изучения данной дисциплины?

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 являетсяметодология - 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.

Экспериментально е 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.

Вопросы для самоконтроля

1. Что является основой современного научного познания?

а) естественнонаучный подход

б) эмпирические исследования

в) теологические исследования

г) научно – фантастические произведения

2. В чем состоит метод научного познания?

а) система действий, приводящая к неоднозначному результату

б) система действий, приводящая к общим теологическим выводам

в) система действий, приводящая к заданному, ожидаемому результату.

г) отдельные действия, несвязанные между собой общей системой

3. В чем сущность методологии научного познания?

а) в изучении отдельных явлений природы применяя микроскопию.

б) в изучении принципов, форм и способов (методов) организации научной деятельности: теоретических и экспериментальных исследований.

в) в изучении особенностей построения теории.

г) в исследовании древних литературных источников и обобщении полученных результатов.

4. Что есть истина, согласно учению Рене Декарта?

а) получения обязательно достоверных научных знаний, с научным фактом, как объектом изучения.

б) получение субъективных данных, основанных на современных методах научного исследования.

в) общие выводы, на основе обобщения исторических знаний

г) обобщенная информация, полученная наиболее авторитетными учеными.

5. Что, с точки зрения Декарта представляет собой достоверность?

а) максимально возможная, в данных условиях проверяемость научных фактов.

б) неопровержимость фактов на данной территории.

в) периодическая повторяемость результатов на избранном лабораторном оборудовании.

г) многократно подтвержденная истина в различных литературных источниках.

6. Что такое научный факт?

а) событие, существующее в нашем мире с точки зрения современных ученых.

б) событие, существующее независимо от наших ощущений и возможностей его изучения.

в) событие, о котором говорится в теологической литературе.

г) событие, которое не существует, но может произойти.

а) методы теоретического осмысления состояния объекта, его основных характеристик.

б) методы непосредственного получения информации об объекте исследования путем проведения с объектом практических действий.

в) методы получения информации путем обмена мнениями с ведущими специалистами в избранной отрасли.

г) методы теологического исследования проблемы.

8. В чем отличие наблюдения от эксперимента?

а) в предварительном определении результата наблюдения.

б) в разработке надежных теоретических представлений о результате эксперимента.

в) отличий наблюдения от эксперимента нет. Это синонимы.

г) в целенаправленном изучении объектов или явлений окружающего нас мира при проведении эксперимента.

9. Что представляют собой теоретические методы?

а) исследование объекта с применением самого современного оборудования.

б) теологическое направление обсуждения проблемы с ведущими учеными.

в) интеллектуальные методы обобщения научных знаний, создания гипотез и теорий.

г) наблюдение за явлением природы и последующее его описание.

10. Что такое формализация?

а) разработка системы формального представления того или иного природного исследования.

б) отображение результатов экспериментов или наблюдений в виде системы обобщающих определений, утверждений или выводов;

в) разработка формальных пределов применения того или иного метода исследования.

г) создание новых представлений в науке, новых методов исследования.

11. Что означает термин «аксиоматизация»?

а) формирование теоретических преставлений на основе предварительного обсуждения результатов экспериментов.

б) философская теория, означающая разностороннее изучение проблемы.

в) формирование теоретических построений на основе аксиом – утверждений, не требующих доказательств.

г) толкование того или иного природного явления на основе чисто теоретических представлений.

12. Что такое гипотетико – дедуктивный метод?

а) метод, состоящий в выдвижении каких-либо гипотез и их последующей логической и эмпирической проверки.

б) метод поведения анализа и синтеза.

в) метод верификации научных данных.

г) метод моделирования какого-либо процесса или явления.

13. Что составляет главную цель научного исследования?

а) создание основных положений методологии научного познания.

б) создание принципов построения научных исследований.

в) разработка гипотезы течения процесса или явления.

г) формирование обобщенной теории, основанной на результатах системных экспериментов.

14. В чем состоит теория американского историка Т. Куна?

а) в создании теоретического метода теории познания.

б) в разработке теории анализа и синтеза.

в) в создании единой системы научных взглядов, общей для ученых всего мира.

г) в чередовании периодов «научных революций» и периодов накопления научных фактов.

15. В чем состоит концепция И. Лакатоша?

а) в отрицании возможности систематизации научного исследования.

б) в создании новой наглядной модели построения эмпирического исследования.

в) в разработке научно – исследовательских программ по фундаментальным проблемам науки.

г) в формировании концепции изучения Вселенной.