Концепции современного естествознания. Конспект лекций Горелов Анатолий

Глава 3

История развития естествознания и его место в науке

Наука в ее современном понимании является принципиально новым фактором в истории человечества, возникшим в недрах новоевропейской цивилизации в XVI–XVII вв.

Немецкий философ К. Ясперс говорит о двух этапах становления науки:

— этап I — «становление логически и методически осознанной науки — греческая наука и параллельно зачатки научного познания мира в Китае и Индии»;

— этап II — «возникновение современной науки, вырастающей с конца Средневековья, решительно утверждающейся с XVII в.» и развертывающейся во всей своей широте с XIX в.[12]

Именно в XVII в. произошло то, что дало основания говорить о научной революции, — радикальная смена основных компонентов содержательной структуры науки, выдвижение новых принципов познания, категорий и методов.

Социальным стимулом развития науки стало растущее капиталистическое производство, которое требовало новых природных ресурсов и машин. Для осуществления этих потребностей и понадобилась наука в качестве производительной силы общества. Тогда же были сформулированы и новые цели науки, которые существенно отличались от тех, на которые ориентировались ученые древности.

Греческая наука была умозрительным исследованием (слово «теория» буквально в переводе с греческого означает «углубленное видение»), мало связанным с практическими задачами. В этом Древняя Греция и не нуждалась, поскольку все тяжелые работы выполняли рабы. Ориентация на практическое использование научных результатов считалась не только излишней, но даже неприличной и признавалась низменной.

Только в XVII в. наука стала рассматриваться в качестве способа увеличения благосостояния населения и обеспечения господства человека над природой. Р. Декарт писал: «Возможно вместо спекулятивной философии, которая лишь задним числом понятийно расчленяет заранее данную истину, найти такую, которая непосредственно приступает к сущему и наступает на него, с тем, чтобы мы добыли познания о силе и действиях огня, воды, воздуха, звезд, небесного свода и всех прочих окружающих нас тел, причем это познание (элементов, стихий) будет таким же точным, как наше знание разнообразных видов деятельности наших ремесленников. Затем мы таким же путем сможем реализовать и применить эти познания для всех целей, для которых они пригодны, и таким образом эти познания (эти новые способы представления) сделают нас хозяевами и обладателями природы»[13].

Современник Р. Декарта Ф. Бэкон, также много сил потративший для обоснования необходимости развития науки как средства покорения природы, предложил знаменитый афоризм «Знание — сила». Ф. Бэкон пропагандировал эксперимент как главный метод научного исследования, нацеленный на то, чтобы пытать мать-природу. Именно пытать. Определяя задачи экспериментального исследования, Ф. Бэкон использовал слово «inquisition», имеющее вполне определенный ряд значений — от «расследование», «следствие» до «пытка», «мучение». С помощью такой научной инквизиции раскрывались тайны природы (сравни русское слово «естествоиспытатель»).

Стиль мышления в науке с тех пор характеризуется следующими чертами: опорой на эксперимент, поставляющий и проверяющий результаты; господством аналитического подхода, направляющего мышление на поиск простейших, далее неразложимых первоэлементов реальности (редукционизм).

Благодаря соединению этих двух основ возникло причудливое сочетание рационализма и эмпиризма, предопределившее грандиозный успех науки. Отметим как далеко не случайное обстоятельство, что наука возникла не только в определенное время, но и в определенном месте — в Европе XVI в.

Причина возникновения науки кроется в своеобразном типе новоевропейской культуры, соединившей в себе чувственность с рациональностью; чувственность, не дошедшую, как, скажем, в китайской культуре, до чувствительности, и рациональность, не дошедшую до духовности (как у древних греков). Никогда ранее не встречавшееся в истории культуры причудливое сочетание особой чувственности с особой рациональностью и породило науку как феномен западной культуры.

Западную культуру называли рациональной. Ее не похожая на греческую рациональность оказалась очень хорошо увязана с капиталистическим строем. Она позволила все богатство мира свести в однозначно детерминированную систему, обеспечившую за счет разделения труда и технических нововведений (тоже следствия рационализма) максимальную прибыль. Но у выдающегося социолога XX в. П. Сорокина были основания и для того, чтобы назвать западную культуру чувственной, поскольку она старалась прочно опираться на опыт. Для развития науки понадобились обе черты западной культуры, а также еще одна, также характерная для нее. «В греческом мышлении ответ на поставленный вопрос дается в результате убеждения в его приемлемости, в современном — посредством опытов и прогрессирующего наблюдения. В мышлении древних уже простое размышление называется исследованием, в современном — исследование должно быть деятельностью»[14]. В науке нашла свое выражение еще одна специфическая черта западной культуры — ее деятельностная направленность.

Деятельностной направленности ума благоприятствовал умеренно-континентальный климат данного региона. Таким образом, объединилось влияние природных, социальных и духовных факторов.

Итак, если теперь попытаться дать общее определение науки, то оно будет выглядеть так: наука — это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве. Возникнув после философии и религии, наука стала в определенной степени синтезом этих двух предшествовавших ей отраслей культуры, результатом «существовавшей в Средние века непререкаемой веры в рациональность Бога, сочетающего личную энергию Иеговы с рациональностью греческого философа»[15].

Взаимоотношения науки с другими отраслями культуры не были безоблачными. Борьба за духовное лидерство принимала довольно жесткие, порой жестокие формы. В Средние века политическая и с нею духовная власть принадлежала религии, и это накладывало отпечаток на развитие науки. Вот что писал русский историк и философ Н.И. Кареев о взаимоотношении науки и религии в то время: «На человеческую мысль была наложена церковью самая строгая опека: занятие наукой и ее преподавание поручалось только церковникам, за которыми, однако, власти бдительно следили… Церковь считала себя вправе силою приводить человека к истине и предавать его светской власти для казни „без пролития крови“, если он упорствовал. Крайний аскетический взгляд на знание приводил даже к отрицанию какой бы то ни было науки как суетного знания, ведущего к гибели»[16].

Наука должна была в основном служить иллюстрацией и доказательством теологических истин. Как отмечал Дж. Бернал, вплоть до XVIII в. наука продолжала интересоваться главным образом небом. Первой наукой стала астрономия. Но именно изучение неба и привело к последующему могуществу науки. Начиная с Коперника стало ясно, что наука — это не теология и обыденное знание. Борьба между наукой и религией вступила в решающую стадию. За торжество научного мировоззрения отдал жизнь Дж. Бруно, так когда-то за торжество философии и религии пожертвовали собой Сократ и Христос.

И вот парадокс: в начале IV в. до н. э. приговорили к смерти и заставили выпить чашу с ядом Сократа, и в том же веке философия победила, появились школы учеников Сократа и платоновская академия. В I в. распяли Христа, и в том же веке его ученики создали церковь, которая через два века победила философию. В XVII в. сожгли Дж. Бруно, и в том же веке наука победила религию. Торжество смерти оборачивалось торжеством духа, который оказывался сильнее смерти. Физическая власть утверждается насилием, духовная — жертвой.

Итак, культура развивается не только эволюционным путем накопления отдельных достижений, но и революционным путем смены значения ее отраслей. Программа Сократа достичь всеобщего блага посредством философского знания оказалась нереализованной и пала под давлением античного скептицизма. Люди поверили Христу и полтора тысячелетия ждали второго пришествия, но дождались индульгенций для богатых и костров инквизиции.

В эпоху Возрождения господство религиозного мышления и церкви было подорвано как изнутри, так и снаружи. Философские и религиозные усилия по созданию общезначимых знания и веры, приносящих людям счастье, не оправдались, но потребность в систематизации и единстве знаний и счастье осталась, и теперь наука дала надежды на ее реализацию.

Произошел великий поворот в развитии культуры — наука поднялась на ее высшую ступень. В современном виде наука сформировалась в XVI–XVII вв. и тогда же ей удалось одержать победу над другими отраслями культуры и прежде всего над господствовавшей в то время религией. Наука победила в XVII в. все другие отрасли культуры и сохраняла доминирующую роль до XX в. Своей победой она обязана прежде всего естествознанию, которое лежит в фундаменте научного знания.

С тех пор значение науки неуклонно возрастало вплоть до XX в., и вера в науку поддерживалась ее огромными достижениями. В середине XX в. в результате растущей связи науки с техникой произошло событие, равное по масштабу научной революции XVII в., получившее название научно-технической революции и знаменовавшее новый, третий, этап в развитии научного знания.

Выяснив основные особенности современной науки, можно дать определение естествознанию. Естествознание — это раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или эмпирических обобщений, описывающих природные явления.

Предмет естествознания — факты и явления, которые воспринимаются нашими органами чувств. Задача ученого — обобщить эти факты и создать теоретическую модель, включающую законы, управляющие явлениями природы. Следует различать факты опыта, эмпирические обобщения и теории, которые формулируют законы науки. Явления, например, тяготение, непосредственно даны в опыте, а законы науки, например, закон всемирного тяготения, — это варианты объяснения явлений. Факты науки, будучи установленными, сохраняют свое постоянное значение. Законы могут быть изменены в ходе развития науки, как, скажем, закон всемирного тяготения был скорректирован после создания теории относительности.

Значение чувств и разума в процессе нахождения истины — сложный философский вопрос. В науке признается истиной то положение, которое подтверждается воспроизводимым опытом. Основной принцип естествознания гласит: знания о природе должны допускать эмпирическую проверку. Не в том смысле, что каждое частное утверждение должно обязательно эмпирически проверяться, а в том, что опыт в конечном счете является решающим аргументом принятия данной теории.

Естествознание в полном смысле слова общезначимо и дает «родовую» истину, т. е. истину, пригодную и принимаемую всеми людьми. Поэтому оно традиционно рассматривалось в качестве эталона научной объективности. Другой крупный комплекс наук — обществознание — напротив, всегда был связан с групповыми ценностями и интересами, имеющимися как у самого ученого, так и в предмете исследования. Поэтому в методологии обществоведения наряду с объективными методами исследования приобретает большое значение переживание изучаемого события, субъективное отношение к нему и т. п.

От технических наук естествознание отличается нацеленностью на познание, а не на помощь в преобразовании мира, а от математики тем, что исследует природные, а не знаковые, системы.

Следует учитывать различие между естественными и техническими науками, с одной стороны, и фундаментальными и прикладными — с другой. Фундаментальные науки — физика, химия, астрономия — изучают базисные структуры мира, а прикладные занимаются применением результатов фундаментальных исследований для решения как познавательных, так и социально-практических задач. В этом смысле все технические науки являются прикладными, но далеко не все прикладные науки относятся к техническим. Такие науки, как физика металлов, физика полупроводников являются естественными прикладными дисциплинами, а металловедение, полупроводниковая технология — техническими прикладными науками.

Однако провести четкую грань между естественными, общественными и техническими науками в принципе нельзя, поскольку имеется целый ряд дисциплин, занимающих промежуточное положение или являющихся комплексными по своей сути.

На стыке естественных и общественных наук находится экономическая география, на стыке естественных и технических — бионика, а комплексной дисциплиной, которая включает и естественные, и общественные, и технические разделы, является социальная экология.

Развитие науки определяется внешними и внутренними факторами. К первым относится влияние государства, экономических, культурных, национальных установок, ценностных установок ученых. Вторые определяют и определяются внутренней логикой и динамикой развития науки. Не всегда первые можно четко отделить от вторых, и тем не менее данное разделение помогает раскрыть динамику развития науки.

Внутренняя динамика развития науки имеет свои особенности на каждом из уровней исследования. Эмпирическому уровню присущ кумулятивный характер, поскольку даже отрицательный результат наблюдения или эксперимента вносит свой вклад в накопление знаний. Теоретический уровень отличается более скачкообразным характером, так как каждая новая теория представляет собой качественное преобразование системы знания. Новая теория, пришедшая на смену старой, не отрицает ее полностью (хотя в истории науки имели место случаи, когда приходилось отказываться от ложных концепций теплорода, электрической жидкости и т. п.), но чаще ограничивает сферу ее применимости, что позволяет говорить о преемственности в развитии теоретического знания.

Вопрос о смене научных концепций является одним из наиболее злободневных в современной методологии науки. В первой половине XX в. основной структурной единицей исследования признавалась теория, и вопрос о ее смене ставился в зависимость от ее верификации (эмпирического подтверждения) или фальсификации (эмпирического опровержения). Главной методологической проблемой считалась проблема сведения теоретического уровня исследований к эмпирическому, что в конечном счете оказалось невозможным.

В начале 60-х гг. XX в. американский ученый Т. Кун выдвинул концепцию, в соответствии с которой теория до тех пор остается принятой научным сообществом, пока не подвергается сомнению основная парадигма (установка, образ) научного исследования в данной области. Динамика науки была представлена Т. Куном следующим образом:

старая парадигма нормальная стадия развития науки революция в науке новая парадигма.

Пока основные теоретические представления в данной науке не меняются, мы имеем дело с нормальной наукой. Если же они изменились, — значит произошла научная революция в данной отрасли знания.

Парадигмальная концепция развития научного знания была конкретизирована с помощью понятия «исследовательская программа» как структурной единицы более высокого порядка, чем отдельная теория. В рамках исследовательской программы и обсуждается вопрос об истинности научных теорий.

Еще более высокой структурной единицей является естественно-научная картина мира, которая объединяет в себе наиболее существенные естественно-научные представления эпохи.

«Первый шаг — создание из обыденной жизни картины мира — дело чистой науки», — писал выдающийся физик XX в. М. Планк. Исторически первой естественно-научной картиной мира Нового времени была механистическая картина, которая напоминала часы: любое событие однозначно определяется начальными условиями, задаваемыми (по крайней мере, в принципе) абсолютно точно. В таком мире нет места случайности. В нем возможен «демон Лапласа» — существо, способное охватить всю совокупность данных о состоянии Вселенной в любой момент времени, которое могло бы не только точно предсказать будущее, но и до мельчайших подробностей восстановить прошлое.

Представление о Вселенной как о гигантской заводной игрушке преобладало в XVII–XVIII вв. Оно имело религиозную основу, поскольку сама наука вышла из недр христианства. Бог как рациональное существо создал рациональный в своей основе мир. И человек как рациональное существо, созданное Богом по своему образу и подобию, способен познать мир. Такова основа веры классической науки в себя и людей в науку. Ограничив значение религии, человек эпохи Возрождения продолжал мыслить религиозно. Механистическая картина мира представляла Бога как часовщика и строителя Вселенной. Она основывалась на следующих принципах:

— связь теории с практикой;

— использование математики;

— эксперимент реальный и мысленный;

— критический анализ и проверка данных;

— главный вопрос — «как?», а не «почему?»;

— отсутствие «стрелы времени» (регулярность, детерминированность и обратимость траекторий).

В XIX в. термодинамика провозгласила парадоксальный вывод: «Если бы мир был гигантской машиной, то такая машина неизбежно должна была бы остановиться, так как запас полезной энергии рано или поздно был бы исчерпан». Затем теория эволюции Ч. Дарвина сдвинула интерес от физики в сторону биологии.

Главный результат современного естествознания, по В. Гейзенбергу, состоит в том, что оно разрушило неподвижную систему понятий XIX в. и усилило интерес к античной предшественнице науки — философской рациональности Аристотеля. «Одним из главных источников аристотелевского мышления явилось наблюдение эмбрионального развития — высокоорганизованного процесса, в котором взаимосвязанные, хотя и внешне независимые. События происходят как бы подчиняясь единому глобальному плану. Подобно развивающемуся зародышу, вся аристотелевская природа построена на конечных причинах. Цель всякого изменения, если оно сообразно природе вещей, состоит в том, чтобы реализовать в каждом организме идеал его рациональной сущности. В этой сущности, которая в применении к живому есть в одно и то же время его окончательная, формальная и действующая причина, — ключ к пониманию природы… рождение современной науки — столкновение между последователями Аристотеля и Г. Галилея — есть столкновение между двумя формами рациональности»[17].

Итак, можно выделить три картины мира: сущностную преднаучную, механистическую и эволюционную. Современная естественно-научная картина мира основывается на принципе саморазвития. В этой картине присутствуют человек и его мысль. Она эволюционна и необратима. В ней естественно-научное знание неразрывно связано с гуманитарным. Об этом мы будем подробно говорить в дальнейших разделах.

1. Каковы этапы развития естествознания?

2. В какой последовательности вы стали бы преподавать естественные науки и почему?

3. Что изучает естествознание в природе и человеке?

4. Почему первой наукой была астрономия, а второй — физика?

5. Как влияют на развитие науки внешние и внутренние факторы?

6. Что такое динамика развития научного знания?

7. Что такое парадигма?

8. В чем смысл понятия «научная революция»?

9. Что такое кумулятивность и преемственность в применении к научному знанию?

10. Что такое естественно-научная картина мира?

11. Дате определения понятиям «верификация» и «фальсификация».

I. Ответьте на вопросы.

1. Почему в Китае было развито иглоукалывание и определение диагноза по пульсу, а не хирургия, как на Западе?

2. Каково значение мысленного эксперимента в истории естествознания?

3. Что такое нормальная наука и научная революция?

4. Как происходит смена научных парадигм?

5. Почему физику называли «матерью наук»?

6. Чем отличаются научные революции от научно-технической?

II. Прокомментируйте высказывания.

«Движение науки нужно сравнивать не с перестройкой какого-нибудь города, где старые здания немилосердно разрушаются, чтобы дать место новым постройкам, но с непрерывной эволюцией зоологических видов, которые беспрестанно развиваются и в конце концов становятся неузнаваемыми для простого глаза, но в которых опытный глаз всегда откроет следы предшествующей работы прошлых веков» (А. Пуанкаре).

«Классическая наука была порождена культурой, пронизанной идеей союза между человеком, находящимся на полпути между божественным порядком и естественным порядком, и богом, рациональным и понятным законодателем, уверенным архитектором, которого мы постигаем в нашем собственном образе. Она пережила момент культурного консонанса, позволявшего философам и теологам заниматься проблемами естествознания, а ученым расшифровывать замыслы творца и высказывать мнения о божественной мудрости и могуществе, проявленных при сотворении мира. При поддержке религии и философии ученые пришли к убеждению о самодостаточности своей деятельности, о том, что она исчерпывает все возможности рационального подхода к явлениям природы. Связь между естественно-научным описанием и натурфилософией в этом смысле не нуждалась в обосновании. Можно считать, что естествознание и философия конвергируют и что естествознание открывает принципы аутентичной натурфилософии. Но, как ни странно, самодостаточности, которой успели вкусить ученые, суждено было пережить и уход средневекового бога, и прекращение срока действия гарантии, некогда предоставленной естествознанию теологией. То, что первоначально казалось весьма рискованным предприятием, превратилось в торжествующую науку XVIII в., открывшую законы движения небесных и земных тел, включенную Д’Аламбером и Эйлером в полную и непротиворечивую систему, в науку, историю которой Лагранж определил как логическое достижение, стремящееся к совершенству. В честь нее создавали академии такие абсолютные монархи, как Людовик XIV, Фридрих II и Екатерина Великая. Именно эта наука сделала Ньютона национальным героем. Иначе говоря, это была наука, познавшая успех, уверенная, что ей удалось доказать бессилие природы перед проницательностью человеческого разума» (И. Пригожин, И. Стенгерс).

III. Прокомментируйте схему.

Новые научные направления и их результаты.

Кун Т. Структура научных революций. — М., 1975.

Фейерабенд П. Избранные труды по методологии науки. — М., 1986.

Ясперс К. Смысл и назначение истории. — М., 1994.

Глава 4

Структура и методы естественно-научного познания

Изучение естествознания нужно культурному человеку не только затем, чтобы обладать определенным объемом знаний, но и для понимания принципов мышления. Итак, мы отправляемся в безбрежное море познания. Предположим, что вместе с И. Ньютоном мы лежим под деревом и наблюдаем падение яблока, которое, по преданию, натолкнуло ученого на открытие закона всемирного тяготения. Яблоки падали на голову не только И. Ньютона, но почему именно он сформулировал закон всемирного тяготения? Что помогло ему в этом: любопытство, удивление (с которого, по Аристотелю, начинается научное исследование) или, быть может, он и до этого изучал тяготение и падение яблока было не начальным, а завершающим моментом его раздумий? Как бы то ни было, мы можем согласиться с легендой в том, что именно обычный эмпирический факт падения яблока был отправной точкой для открытия закона всемирного тяготения. Будем считать эмпирические факты, т. е. факты нашего чувственного опыта, исходным пунктом развития естествознания, с которого начинается эмпирический уровень исследования.

Итак, мы начали наше научное исследование, точнее, оно началось с нами. Мы зафиксировали первый эмпирический факт, который, коль скоро он — отправная точка научного исследования, стал тем самым научным фактом.

Что дальше? Выдающийся французский математик начала XX в. А. Пуанкаре, описывая работу ученого, писал: «Наиболее интересными являются те факты, которые могут служить свою службу многократно, которые могут повторяться»[18]. Да, это действительно так, потому что ученый хочет вывести законы развития природы, т. е. сформулировать некие положения, которые были бы верны во всех случаях жизни для однотипного класса явлений (это первое правило исследования). Для этого ученому нужно множество одинаковых фактов, которые потом он мог бы единообразно объяснить. Ученые, продолжает А. Пуанкаре, «должны предпочитать те факты, которые нам представляются простыми, всем тем, в которых наш грубый глаз различает несходные составные части»[19].

Итак, мы должны ждать падения новых яблок, чтобы определить, действительно ли они падают всегда. Это уже можно назвать способом или методом исследования. Он называется наблюдением и в некоторых областях естествознания, например в астрономии, остается единственным и главным эмпирическим методом, исследования. Правда, чтобы наблюдать «большой мир» (мегамир), нужны мощные телескопы и радиотелескопы, которые улавливают космические излучения. Это тоже наблюдение, хотя и более сложное.

В нашем случае нет нужды ждать падения яблок. Мы можем потрясти яблоню и посмотреть, как будут вести себя яблоки, т. е. провести эксперимент, испытать объект исследований. Эксперимент — это «вопрос», который мы задаем природе и на который ждем от нее ясного ответа. «Эйнштейн говорил, что природа отвечает „нет“ на большинство задаваемых ей вопросов и лишь изредка от нее можно услышать более обнадеживающее „может быть“… Каков бы ни был ответ природы — „да“ или „нет“, — он будет выражен на том же теоретическом языке, на котором был задан вопрос»[20]. Отличительной особенностью научного эксперимента является то, что его должен быть способен воспроизвести каждый исследователь в любое время.

Трясение яблони как простейший из возможных экспериментов убеждает нас, что все яблоки ведут себя одинаково. Однако чтобы вывести физический закон, мало одних яблок. Нужно рассмотреть и другие тела, причем, чем меньше они похожи друг на друга, тем лучше. Здесь вступает в силу второе правило, противоположное первому: «Таким образом, интерес представляет лишь исключение»[21].

Оказывается, что многие тела тоже падают на Землю, как будто на них действует некая сила. Можно предположить, что это одна и та же сила во всех случаях. Но на Землю падают не все тела. Это не относится к Луне, Солнцу и другим небесным телам, имеющим большую массу или удаленным от Земли на значительное расстояние. Налицо различие в поведении тел, над которым тоже стоит задуматься. Однако в поведении тел, которые на первый взгляд ведут себя совершенно различно, есть и нечто общее. По мнению А. Пуанкаре, «мы должны сосредоточить свое внимание главным образом не столько на сходствах и различиях, сколько на тех аналогиях, которые часто скрываются в кажущихся различиях»[22]. Найти аналогии в различиях — необходимый этап научного исследования.

Не над всеми телами можно провести эксперимент. Например, небесные светила можно только наблюдать. Но мы можем объяснить их поведение действием тех же самых сил, направленных не только в сторону Земли, но и от нее. Различие в поведении, таким образом, можно объяснить количеством силы, определяющей взаимодействие двух или нескольких тел.

Если же мы все-таки считаем эксперимент необходимым, то можем провести его на моделях, т. е. на телах, размеры и масса которых пропорционально уменьшены по сравнению с реальными телами. Результаты модельных экспериментов можно считать пропорциональными результатам взаимодействия реальных тел.

Помимо модельного эксперимента возможен мысленный эксперимент. Для этого понадобится представить себе тела, которых вообще не существует в реальности, и провести над ними эксперимент в уме. Значение представления, связанного с проведением мысленного, или идеального, эксперимента, хорошо объясняют в своей книге «Эволюция физики» А. Эйнштейн и Л. Инфельд. Дело в том, что все понятия, т. е. слова, имеющие определенное значение, которыми пользуются ученые, являются не эмпирическими, а рациональными, т. е. они не берутся нами из чувственного опыта, а являются творческими произведениями человеческого разума. Для того чтобы ввести их в расчеты, необходимы идеальные представления, например представления об идеально гладкой поверхности, идеально круглом шаре и т. п. Такие представления называются идеализациями.

В современной науке надо быть готовым к идеализированным экспериментам, т. е. мысленным экспериментам с применением идеализаций, с которых (а именно экспериментов Г. Галилея) и началась физика Нового времени. Представление и воображение (создание и использование образов) имеет в науке большое значение, но в отличие от искусства — это не конечная, а промежуточная цель исследования. Главная цель науки — выдвижение гипотез и создание теории как эмпирически подтвержденной гипотезы.

Понятия играют в науке особую роль. Еще Аристотель считал, что, описывая сущность, на которую указывает термин, мы объясняем его значение. А словесное выражение термина — это знак вещи. Таким образом, объяснение термина (а это и представляет собой определение понятия) позволяет нам понять данную вещь в ее глубочайшей сущности, недаром слова «понятие» и «понять» — однокоренные. По мнению К. Поппера, если в обычном словоупотреблении мы сначала ставим термин, а затем определяем его (например: «щенок — это молодой пес»), то в науке имеет место обратный процесс. Научную запись следует читать справа налево, отвечая на вопрос: «Как мы будем называть молодого пса?», а не «Что такое щенок?». Вопросы типа: «Что такое жизнь?» не имеют в науке значения, и вообще определения как таковые не играют в науке заметной роли в отличие, скажем, от философии. Научные термины и знаки не что иное, как условные сокращения записей, которые иначе заняли бы гораздо больше места.

Формирование понятий относится к следующему уровню исследований, который является не эмпирическим, а теоретическим. Но прежде мы должны записать результаты эмпирических исследований, с тем, чтобы каждый желающий мог их проверить и убедиться в их правильности.

По мнению А. Эйнштейна и Л. Инфельда, ученые должны собирать неупорядоченные факты и своим творческим мышлением делать их связанными и понятными. Поэтому их можно сравнить с детективами. Но в отличие от детектива, который только расследует дело, «ученый должен, по крайней мере, отчасти, сам совершить преступление, затем довести до конца исследование. Более того, его задача состоит в том, чтобы объяснить не один только данный случай, а все связанные с ним явления, которые происходили или могут еще произойти»[23].

На основании эмпирических исследований могут быть сделаны эмпирические обобщения, которые имеют значение сами по себе. В науках, которые называют эмпирическими, или описательными, как, скажем, геология, эмпирические обобщения завершают исследование, в экспериментальных, теоретических науках это только начало. Чтобы двинуться дальше, нужно придумать удовлетворительную гипотезу, объясняющую (в нашем примере) падение тел. Самих по себе эмпирических фактов для этого недостаточно. Необходимо все предшествующее знание, касающееся данной проблемы, в нашем случае прежде всего знание принципов механики, например представление о связи движения тела с приложением к нему силы, действующей в направлении движения (в данном случае к Земле), т. е. знание трех законов механики, которые сформулировал тот же Ньютон до закона всемирного тяготения.

На теоретическом уровне помимо эмпирических фактов требуются понятия, которые создаются заново или берутся из других (преимущественно ближайших) разделов науки. В данном случае это понятия массы и силы, которые были для Ньютона основными при выведении законов механики. Эти понятия должны быть определены и представлены в краткой форме в виде слов (называемых в науке терминами) или знаков (в том числе математических), каждый из которых имеет строго фиксированное значение.

«Эмпирическое обобщение опирается на факты, индуктивным путем собранные, не выходя за их пределы и не заботясь о согласии или несогласии полученного вывода с другими существующими представлениями о природе… При гипотезе принимается во внимание какой-нибудь один или несколько важных признаков явления и на основании только их строится представление о явлении, без внимания к другим его сторонам. Научная гипотеза всегда выходит за пределы фактов, послуживших основой для ее построения»[24].

При выдвижении какой-либо гипотезы принимается во внимание не только ее соответствие эмпирическим данным, но и некоторые методологические принципы, получившие название критериев простоты, красоты, экономии мышления и т. п. «Я считаю, как и вы, — говорил В. Гейзенберг А. Эйнштейну, — что простота природных законов носит объективный характер, что дело не только в экономии мышления. Когда сама природа подсказывает математические формы большой красоты и простоты, — под формами я подразумеваю здесь замкнутые системы основополагающих постулатов, аксиом и т. п., — формы, о существовании которых никто еще не подозревал, то поневоле начинаешь верить, что они „истинны“, т. е. что они выражают реальные черты природы»[25].

После выдвижения определенной гипотезы (научного предположения, объясняющего причины данной совокупности явлений) исследование опять возвращается на эмпирический уровень для ее проверки. При проверке научной гипотезы должны проводиться новые эксперименты, задающие природе новые вопросы, исходя из сформулированной гипотезы. Цель — проверка следствий из этой гипотезы, о которых ничего не было известно до ее выдвижения.

Если гипотеза выдерживает эмпирическую проверку, то она приобретает статус закона (или, в менее выраженной форме, закономерности) природы. Такое подтверждение носит название верификации. Если же нет — считается опровергнутой, и поиски иной, более приемлемой, продолжаются. Научное предположение остается, таким образом, гипотезой до тех пор, пока еще не ясно, подтверждается она эмпирически или нет. Стадия гипотезы не может быть в науке окончательной, поскольку все научные положения в принципе эмпирически опровергаемы, и гипотеза, рано или поздно, или становится законом, или отвергается.

Принцип фальсифицируемости научных положений, т. е. их свойство быть опровергаемыми на практике, остается в науке непререкаемым. «В той степени, в которой научное высказывание говорит о реальности, оно должно быть фальсифицируемо, а в той степени, в которой оно не фальсифицируемо, оно не говорит о реальности»[26]. Отсюда можно сделать вывод, что главное в науке — сам процесс духовного роста, а не его результат, который более важен в технике.

«Нам следует привыкнуть понимать науку не как „совокупность знаний“, а как систему гипотез, т. е. догадок и предвосхищений, которые в принципе не могут быть обоснованы, но которые мы используем до тех пор, пока они выдерживают проверки, и о которых мы никогда не можем с полной уверенностью говорить, что они „истинны“, „более или менее достоверны“ или даже „вероятны“»[27]. Последнее утверждение относится к попытке Р. Карнапа разработать способы определения вероятности истинности гипотезы по степени ее подтверждения.

Проверочные эксперименты ставятся таким образом, чтобы не столько подтвердить, сколько опровергнуть данную гипотезу. «Итак, если установлено какое-нибудь правило, то прежде всего мы должны исследовать те случаи, в которых это правило имеет больше всего шансов оказаться неверным»[28]. Эксперимент, который направлен на опровержение данной гипотезы, носит название решающего эксперимента. Именно он наиболее важен для принятия или отклонения гипотезы, так как одного его достаточно для признания гипотезы ложной.

Вопрос об объективном статусе научного закона до сих пор является одним из наиболее дискуссионных в методологии естествознания. Еще Аристотель (благодаря философскому разделению явления и сущности) выдвинул положение, что наука изучает роды сущего. В современном понимании это и есть то, что называют законом природы. Существуют естественные законы, или законы природы, и нормативные законы, или нормы, запреты и заповеди, т. е. правила, которые требуют определенного образа поведения.

Нормативный закон может быть хорошим или плохим, но не «истинным» или «ложным». Если этот закон имеет значение, то он может быть нарушен, а если его невозможно нарушить, то он поверхностен и не имеет смысла. В противоположность нормативным естественные законы описывают неизменные регулярности, которые либо есть, либо нет. Их свойствами являются периодичность и всеобщность какого-либо класса явлений, т. е. необходимость их возникновения при определенных точно формулируемых условиях.

Закон природы, по А. Пуанкаре, — наилучшее выражение гармонии мира. «Закон есть одно из самых недавних завоеваний человеческого ума; существуют еще народы, которые живут среди непрерывного чуда и которые не удивляются этому. Напротив, мы должны были бы удивляться закономерности природы. Люди просят своих богов доказать их существование чудесами; но вечное чудо — в том, что чудеса не совершаются беспрестанно. Потому мир и божественен, что он полон гармонии. Если бы он управлялся произволом, то что доказывало бы нам, что он не управляется случаем? Этим завоеванием закона мы обязаны астрономии, и оно-то и создает величие этой науки, еще большее, чем материальное величие изучаемых ею предметов»[29].

Итак, естествознание изучает мир с целью творения законов его функционирования как продуктов человеческой деятельности, отражающих периодически повторяющиеся факты действительности.

О практическом значении познания законов природы А. Пуанкаре пишет так: «Завоевания промышленности, обогатившие стольких практических людей, никогда не увидели бы света, если бы существовали только люди практики!.. Необходимо, следовательно, чтобы кто-то думал за тех, кто не любит думать; а так как последних чрезвычайно много, то необходимо, чтобы каждая из наших мыслей приносила пользу столь часто, сколь это возможно, и именно поэтому всякий закон будет тем более ценным, чем более он будет общим»[30].

Совокупность нескольких законов, относящихся к одной области познания, называется теорией. В случае если теория в целом не получает убедительного эмпирического подтверждения, она может быть дополнена новыми гипотезами, которых, однако, не должно быть слишком много, так как это подрывает доверие к теории.

Подтвержденная на практике теория считается истинной вплоть до того момента, когда будет предложена новая теория, лучше объясняющая известные эмпирические факты, а также новые эмпирические факты, которые стали известны уже после принятия данной теории и оказались противоречащими ей.

Итак, наука строится из наблюдений, экспериментов, гипотез, теорий и проверки. Наука в содержательном плане — это совокупность эмпирических обобщений и теорий, подтверждаемых наблюдением и экспериментом. Причем творческий процесс создания теорий и их аргументации играет в науке не меньшую роль, чем наблюдение и эксперимент.

Схематично структура научного познания представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структура научного исследования.

Итак, если не в самой природе, то, по крайней мере, в формулировании законов ее развития чудес не бывает. От падения яблока на голову И. Ньютона до открытия им закона всемирного тяготения — огромная дистанция, даже если в голове самого ученого она была пройдена мгновенно.

В целом данная структура исследований получила название гипотетико-дедуктивного метода в отличие от эмпирического метода, при котором имеет место только эмпирический уровень исследования, и аксиоматического, при котором присутствует только теоретический уровень.

Эмпирический и теоретический уровни знания различаются по предмету (во втором случае он может иметь свойства, которых нет у эмпирического объекта), средствам (на теоретическом уровне появляются новые методы: мыслительный эксперимент, аксиоматический метод и т. д.) и результатам исследования (в первом случае эмпирическое обобщение, во втором — гипотеза и теория).

Различие между эмпирическим и теоретическим уровнями исследований не совпадает с различием между чувственным и рациональным познанием, хотя эмпирический уровень преимущественно чувственен, а теоретический преимущественно рационален. Эмпирический уровень в науке не только чувственен, но и рационален потому, что при исследовании используются приборы, сконструированные на основе какой-либо теории. Теоретический уровень в науке не совпадает с рациональным, поскольку понятие рационального шире и существует не только научная рациональность, но и рациональность иных типов. Теоретическое отличается от рационального также тем, что в состав теоретического уровня входят представления (наглядные образы), которые являются формами чувственного восприятия.

Процесс научного поиска даже на теоретическом уровне не является строго рациональным. Непосредственно перед стадией научного открытия важно воображение, создание образов, а на самой стадии открытия большое значение имеет интуиция. Поэтому открытие нельзя логически вывести, как теорему в математике. О значении интуиции в науке свидетельствуют слова выдающегося математика К.Ф. Гаусса: «Вот мой результат, но я пока не знаю, как получить его».

Результат интуитивен, но аргументации в его защиту нет. Интуиция присутствует в науке (так называемое «чувство объекта»), но она ничего не значит в смысле обоснования результатов. Нужны еще объективные рациональные методы, которые все люди могут оценить.

Логика действует на стадии так называемой «нормальной науки» в рамках определенной парадигмы для обоснования выдвинутой гипотезы или теории. Однако имея в виду значение логики, следует помнить, что рассуждения в естествознании являются не доказательствами, а только выводами. Вывод свидетельствует об истинности рассуждения, если посылки верны, но не говорит об истинности посылок. Определение также сдвигает проблему значения к определяющим терминам, истинность которых гарантирует опыт. Термины и утверждения, которые можно непосредственно эмпирически проверить, получили название базисных.

Несмотря на методологическую ценность выделения эмпирического и теоретического, разделить эти два уровня в целостном процессе познания полностью невозможно, о чем свидетельствуют неудачные попытки в рамках неопозитивизма. Вопросу соотношения эмпирического и теоретического уровней исследования посвящено замечание А. Эйнштейна: «Но с принципиальной точки зрения желание строить теорию только на наблюдаемых величинах совершенно нелепо. Потому что в действительности все ведь обстоит как раз наоборот. Только теория решает, что именно можно наблюдать. Видите ли, наблюдение, вообще говоря, есть очень сложная система. Подлежащий наблюдению процесс вызывает определенные изменения в нашей измерительной аппаратуре. Как следствие, в этой аппаратуре развертываются дальнейшие процессы, которые в конце концов косвенным путем воздействуют на чувственное восприятие и на фиксацию результата в нашем сознании»[31]. Сложное переплетение эмпирического и теоретического уровней познания особенно характерно для наиболее продвинутых областей экспериментальной и теоретической физики.

Структура научного исследования, описанная выше, представляет собой в широком смысле способ научного познания, или научный метод как таковой. Метод — это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата. Первым на значение метода в Новое время указал французский математик и философ Р. Декарт в работе «Рассуждения о методе». Но еще ранее один из основателей эмпирической науки Ф. Бэкон сравнил метод познания с циркулем. Способности людей различны, и для того чтобы всегда добиваться успеха, требуется инструмент, который уравнивал бы шансы и давал возможность каждому получить нужный результат. Таким инструментом и является научный метод.

А. Пуанкаре справедливо подчеркивал, что ученый должен уметь делать выбор фактов. «Метод — это, собственно, и есть выбор фактов; и прежде всего, следовательно, нужно озаботиться изобретением метода»[32]. Метод не только уравнивает способности людей, но также делает их деятельность единообразной, что является предпосылкой для получения единообразных результатов всеми исследователями.

Современная наука основывается на определенной методологии — совокупности используемых методов и учении о методе — и обязана ей очень многим. В то же время каждая наука имеет не только свой особый предмет исследования, но и специфический метод, имманентный предмету. Единство предмета и метода познания обосновал немецкий философ Гегель.

Следует четко представлять различия между методологиями естественно-научного и гуманитарного познания, вытекающими из различия их предмета. Во-первых, в методологии естественных наук обычно не учитывают индивидуальность предмета, поскольку его становление произошло давно и находится вне внимания исследователя, и замечают только изменение. В истории же наблюдают самоё становление предмета в его индивидуальной полноте.

Во-вторых, социальное познание дает саморазрушающийся результат в том смысле, что познание изменяет саму социальную реальность («Знание законов биржи разрушает эти законы», — говорил основатель кибернетики Н. Винер).

В-третьих, если в естественно-научном познании все единичные факторы равнозначны, то в социальном познании это не так. Поэтому методология гуманитарного познания должна не только обобщать факты, но и принимать во внимание индивидуальные факты большого значения. Именно из них проистекает и ими объясняется объективный процесс.

По мнению В. Дильтея, в гуманитарно-научном методе заключается постоянное взаимодействие переживания и понятия. Переживание столь важно в гуманитарном познании именно потому, что сами понятия и общие закономерности исторического процесса производны от первоначального индивидуального переживания ситуации. Исходный пункт гуманитарного исследования индивидуален (у каждого человека свое бытие), стало быть, метод тоже должен быть индивидуален, что не противоречит целесообразности частичного пользования в гуманитарном познании приемами, выработанными другими учеными (метод как циркуль в понимании Ф. Бэкона).

В последующих главах мы покажем, что в современной науке намечается тенденция к сближению естественно-научной и гуманитарной методологии, но все же различия, причем принципиальные, пока остаются.

В соответствии с уровнями исследований выделяются эмпирические и теоретические методы.

К эмпирическим методам относятся: наблюдение — целенаправленное восприятие явлений объективной действительности; описание — фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах; измерение — количественная характеристика свойств объектов; сравнение — сопоставление объектов по каким-либо сходным свойствам или сторонам; эксперимент — исследование в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход явления при повторении условий.

К теоретическим методам относятся: формализация — построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности; аксиоматизация — построение теорий на основе аксиом (утверждений, доказательства истинности которых не требуется); гипотетико-дедуктивный метод — создание системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.

Такие научные методы классифицируют по сфере использования метода во всех отраслях человеческой деятельности; во всех областях науки; в отдельных разделах науки. Соответственно выделяют всеобщие, общенаучные и конкретно-научные методы.

К всеобщим методам относятся:

анализ — расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства или отношения) с целью их всестороннего изучения;

синтез — соединение ранее выделенных частей предмета в единое целое;

абстрагирование — отвлечение от несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих свойств и отношений;

обобщение — прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов;

индукция — метод исследования и способ рассуждения, при котором общий вывод строится на основе частных посылок;

дедукция — способ рассуждения, посредством которого из общих посылок с необходимостью следует заключение частного характера;

аналогия — прием познания, при котором на основе сходства объектов в одних признаках заключают об их сходстве в других признаках;

моделирование — изучение объекта (оригинала) путем создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя;

классификация — разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным для исследователя признаком (особенно часто используется в описательных — науках во многих разделах биологии, геологии, географии, кристаллографии и т. п.).

Примером общенаучных методов являются научные наблюдения и научный эксперимент, а конкретно-научных, каких множество в каждой науке, — известная всем из школьного курса химии «лакмусовая бумажка».

Большое значение в современной науке приобрели статистические методы. Они позволяют определить средние значения, характеризующие всю совокупность изучаемых предметов. «Применяя статистический метод, мы не можем предсказать поведение отдельного индивидуума совокупности. Мы можем только предсказать вероятность того, что он будет вести себя некоторым определенным образом… Статистические законы можно применять только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам, образующим эти совокупности»[33].

Статистические методы называются так потому, что впервые они были применены в статистике. В противоположность им все другие методы получили название динамических.

Характерной особенностью современного естествознания является то, что методы исследования все в большей степени влияют на его результат (так называемая «проблема прибора» в квантовой механике).

Следует различать методологию науки как учение о методах и методику как описание применения конкретных методов исследования.

После триумфа классической механики И. Ньютона количественные методы стали применятся и в других науках. Так, А.Л. Лавуазье, систематически используя в своих опытах весы, заложил основы количественного химического анализа. Разработка И. Ньютоном и Г.В. Лейбницем (независимо друг от друга) дифференциального и интегрального исчисления, развитие статистических методов анализа, связанных с познанием вероятностного характера протекания многих природных процессов, способствовали проникновению математических методов в другие естественные науки.

«Все законы выводятся из опыта. Но для выражения их нужен специальный язык. Обиходный язык слишком беден, кроме того, он слишком неопределенен для выражения столь богатых содержанием точных и тонких соотношений. Таково первое основание, по которому физик не может обойтись без математики; она дает ему единственный язык, на котором он в состоянии изъясняться»[34].

Дифференциальное и интегральное исчисление хорошо подходит для описания изменения скоростей движений, а вероятностные методы — для изучения необратимости и создания нового. Все можно описать количественно и тем не менее остается проблемой отношение математики к реальности. По мнению одних методологов, чистая математика и логика используют доказательства, но не дают нам никакой информации о мире (почему А. Пуанкаре и считал, что законы природы конвенциальны), а только разрабатывают средства его описания. Однако еще Аристотель писал, что число есть промежуточное между частным предметом и идеей, а Г. Галилей полагал, что Книга Природы написана языком математики.

Не имея непосредственного отношения к реальности, математика не только описывает эту реальность, но и позволяет, как в уравнениях Дж. К. Максвелла, делать новые интересные и неожиданные выводы о реальности из теории, которая представлена в математической форме. Как же объяснить истинность математики и ее пригодность для естествознания? Может, все дело в том, что «механизм математического творчества, например, не отличается существенно от механизма какого бы то ни было иного творчества»[35]. Или более пригодны сложные, системные объяснения?

По мнению других методологов, законы природы не сводятся к написанным на бумаге математическим соотношениям. Их надо понимать как любой вид организованности идеальных прообразов вещей, или пси-функций. Есть три вида организованности: простейший — числовые соотношения; более сложный — ритмика 1-го порядка, изучаемая математической теорией групп; самый сложный — ритмика 2-го порядка — «слово». Два первых вида организованности наполняют Вселенную мерой и гармонией, третий — смыслом. В рамках этого объяснения математика занимает особое место в познании.

Так или иначе, подобные методологические разработки тесно связаны с дискуссиями по основаниям математики и перспективам ее развития, сводящимся к следующим темам: как математика соотносится с миром и дает возможность познавать его; какой способ познания преобладает в математике — дискурсивный или интуитивный; как устанавливаются математические истины — путем конвенции или с помощью более объективных критериев.

1. Какова структура научного познания?

2. Как соотносятся эмпирический и теоретический уровни познания?

3. Чем отличается наблюдение от эксперимента?

4. Что такое модель и модельный эксперимент?

5. Какова роль научных понятий и терминов?

6. В чем отличие закона природы от нормативного закона?

7. Что такое мысленный эксперимент и зачем он нужен в науке?

8. Что является критерием разделения методов на всеобщие, общенаучные и конкретно-научные?

9. Приведите примеры всеобщих, общенаучных и конкретно-научных методов.

I. Ответьте на вопросы.

1. Что такое всеобщность теории (на примере утверждения типа «все вороны черные»)?

2. Какое значение имеет решающий эксперимент и что это такое?

3. Как происходит процесс образования понятий?

4. Почему «понятие» и «понять» — однокоренные слова?

5. Что означает часто встречающийся ответ студента: «Я знаю, но сказать словами не могу»?

6. Что значит объяснить какое-либо явление?

7. Что значит определить слово или термин?

8. Какую роль играют образы в науке и искусстве?

9. Каковы методы, инструменты и способы научного познания?

10. Сколько существует уровней научного познания?

11. Можно ли отделить теоретический уровень исследования от эмпирического и если нет, то почему?

12. Что такое базисные утверждения и почему они так называются?

13. Чем различаются наблюдение, эксперимент и моделирование?

14. Каковы условия проведения научного эксперимента?

15. Как вы понимаете утверждение, что Книга Природы написана языком математики?

16. Как вообще понимать выражение «Книга Природы»?

17. Являются ли числа основой или ключом к природе?

18. Какова роль в науке: гипотезы, метода, теории, эксперимента, математики, моделирования, индукции, дедукции, анализа, синтеза, интуиции, дискуссии, детерминистских и вероятностных подходов и т. п.?

19. Чем научный закон отличается от правового?

20. Что такое закон природы как устойчивая, существенная связь между явлениями?

21. Что такое структура?

22. Каково строение научного знания?

23. Что такое эмпирические и теоретические методы?

24. Что такое научный метод?

25. Что такое верификация и фальсификация?

26. Что такое гипотетико-дедуктивный метод и чем он отличается от эмпирического и аксиоматического методов?

27. Что такое логика и методология научного исследования?