Основы теории и методологии познания

2.1. Что является характерными признаками науки?

НАУКА – сфера человеческой деятельности, главной функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний об окружающем мире. Для осуществления такой деятельности необходимы определенные условия: специальная категория людей, средства для ее осуществления и достаточно развитые способы фиксации (закрепления и сохранения) знаний.

НАУЧНОЕ ЗНАНИЕ – это система, включающая в себя принципы, законы, фундаментальные понятия, из которых выводятся новые знания, а также факты, математический и логический аппарат, практические выводы и рекомендации.

РАЦИОНАЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР науки выражается в доказательности её положений и наличии специальных методов приобретения и проверки знаний.

Для научного познания большое значение имеет МЕТОД, т.е. способ организации изучения объекта. Метод – совокупность принципов, правил и приемов практической и теоретической деятельности. Методология – учение о методах; данное направление стало развиваться лишь в науке нового времени.

Метод вооружает человека системой принципов, требований, правил, руководствуясь которыми человек может достичь намеченной цели. Правильно выбранный метод имеет огромное значение для познания тех или иных явлений природы.

Наука – специфический вид деятельности, для которого характерны следующие 12 особенностей:

1. УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ. Знания человека об окружающем мире истинны для всей Вселенной. Законы существования Вселенной едины, неизменны и универсальны.

2. ФРАГМЕНТАРНОСТЬ. Предмет изучения науки – не бытие в целом, а отдельные фрагменты или параметры окружающей реальности. Наука подразделяется на отдельные дисциплины.

3. ОБЩЕЗНАЧИМОСТЬ. Знания и язык науки однозначны и универсальны для всех людей, независимо от места проживания, национальности, вероисповедания, рода занятий и т.д. Наука способствует объединению людей, является формой сближения культур.

4. ОБЕЗЛИЧЕННОСТЬ. На результаты научного познания не влияют индивидуальные особенности исследователя, его национальность, место проживания и т.д.

5. СИСТЕМНОСТЬ. Наука имеет чёткую структуру, а не является бессвязным набором отдельных знаний.

6. НЕЗАВЕРШЁННОСТЬ. Наука как продукт человечества не может подойти к завершению своего развития. Количество научного знания непрерывно растёт. Каждые 15-20 лет в мире происходит удвоение информационного багажа человечества.

7. ПРЕЕМСТВЕННОСТЬ. Новые знания всегда некоторым образом соотносятся со старыми знаниями – либо развивают и уточняют, либо отвергают и пересматривают их.

8. САМОКРИТИЧНОСТЬ. Даже самые основополагающие знания, теории, результаты могут быть поставлены под сомнение и пересмотрены.

9. ДОСТОВЕРНОСТЬ. Научные результаты и выводы всегда проходят проверку по определённым правилам, сформулированным в науке.

10. ВНЕМОРАЛЬНОСТЬ. Научные истины обладают нейтралитетом в морально-этическом плане. Нравственные оценки могут относиться либо к деятельности отдельных учёных, либо к вопросам применения знаний человеком на практике (например, ядерные технологии, генная инженерия, клонирование).

11. РАЦИОНАЛЬНОСТЬ. Процесс получения знаний представляет собой рациональные процедуры и подчинён законам логики.

12. ЧУВСТВЕННОСТЬ. Результаты науки могут быть подвергнуты проверке на эмпирическом уровне (эмпирическое исследование основано на непосредственном контакте человека с изучаемым объектом или явлением) с использованием субъективного чувственного восприятия.

2.2. Какие функции выполняет наука в жизни человечества?

Наука – особый социальный институт, т.е. способ социальной организации познавательной деятельности людей.

Специфика науки проявляется в тех социальных функциях, которые она выполняет. К важнейшим функциям науки относятся:

· ОПИСАТЕЛЬНАЯ функция – выявление важнейших свойств и отношений исследуемых объектов;

· СИСТЕМАТИЗИРУЮЩАЯ – внесение определенного порядка в организацию знания;

· ОБЪЯСНИТЕЛЬНАЯ функция – выявление сущности изучаемого объекта, причин и закономерностей его возникновения и развития;

· ПРОГНОСТИЧЕСКАЯ функция – предсказание новых фактов и формулировка рекомендаций на будущее;

· ПРАКТИЧЕСКАЯ функция – применение полученных знаний в производстве, в социальной жизни и управлении;

· МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКАЯ функция – создание научной картины мира, которая является основой рационализированного мировоззрения.

Развитие науки – это динамичный, непрерывный, поступательный процесс, подчиняющийся определенным закономерностям:

· УСКОРЕНИЕ РОСТА объёма научных знаний: развитие науки происходит по экспоненциальному закону, в соответствии с которым объём научных знаний удваивается каждые 15-20 лет;

· КУМУЛЯТИВНЫЙ ХАРАКТЕР РАЗВИТИЯ: в концентрированном виде суммируются все прошлые достижения науки путем переосмысления и уточнения;

· ПРЕЕМСТВЕННОСТЬ в развитии знаний (п. 2.1);

· ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ И ИНТЕГРАЦИЯ наук (п. 1.8);

· превращение науки в непосредственную производительную силу.

2.3. В чём заключаются этические принципы научных исследований? Что такое псевдонаука?

Из истории известно, что многовековая эволюция научного знания проходила через множество сложных и драматичных этапов. Научные концепции сменяли друг друга не всегда бескровным путем, часто насаждались насильно.

Постепенно в мировом научном сообществе, как и среди представителей других профессий, выработались универсальные «негласные» правила этики, которые можно коротко свести к следующему:

1. Неприемлемыми считаются невосприимчивость к критике и ограничение свободы научного творчества.

2. Главным признаком ценности продукта научной деятельности провозглашается новизна научного знания.

При этом новое знание, с одной стороны, НЕ ОБЯЗАНО ВПИСЫВАТЬСЯ в существующие (доминирующие, общепризнанные) научные концепции (рамки), с другой – по глубине исследования НЕ ОБЯЗАНО ЗАТРАГИВАТЬ ПЕРВООСНОВЫ материального мира, то есть претендовать на первенство и новизну В ВОПРОСАХ ГЛОБАЛЬНОГО ЭВОЛЮЦИОНИЗМА.

Под ПСЕВДОНАУКОЙ (ЛЖЕНАУКОЙ) обычно понимается область знаний, для которой характерны признаки, чуждые традиционной научной деятельности:

1. Отсутствие системности в описании явлений и объектов.

2. Отсутствие критического подхода к исходным данным.

3. Фальсификация данных, необъективность, представление и интерпретация знаний и данных в угоду чьим–либо личным желаниям амбициям.

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с проявлениями псевдонауки. Такие понятия, как астрология, оккультизм, загробная жизнь, черная магия, телепатия, летающие тарелки, машина времени либо требуют введения сил и взаимодействий, неизвестных современной физике, либо нарушают её основные законы. В пропаганде псевдонаучных ценностей активно участвуют средства массовой информации.

История естественных наук знает немало примеров, когда господствующая политическая власть преследовала ученых, объявляла вне закона некоторые области знаний, вешала на них ярлык лженауки. Например, в средние века в Западной Европе подвергалась преследованию гелиоцентрическая концепция в астрономии, созданная Н. Коперником в 1543 г. Идея о том, что Земля вращается вокруг Солнца, была отвергнута католической церковью на два столетия.

Наполеон Бонопарт не воспринял всерьёз изобретение парохода американским инженером Р. Фултоном в 1805 г. Соответственно Франция не смогла использовать это прогрессивное техническое решение в морской войне с Англией.

В тоталитарную эпоху СССР долгое время под запретом находились генетика (область знаний о механизмах передачи наследственной информации) и кибернетика (наука о принципах управления в технических системах).

2.4. Установите соответствие между определением метода научного познания и самим методом: моделирование, дедукция, индукция, абстрагирование, синтез, эксперимент, классификация, анализ.

Несмотря на различия в природе объектов, изучаемых различными областями естествознания – начиная от субэлементарных частиц и заканчивая далекими галактиками, любая наука использует ВОСЕМЬ УНИВЕРСАЛЬНЫХ МЕТОДОВ (инструментов) научного познания. Таковыми являются: моделирование, дедукция, индукция, абстрагирование, синтез, эксперимент, классификация, анализ.

1.АБСТРАГИРОВАНИЕ – отвлечение от ряда несущественных для данного исследования свойств изучаемого явления с одновременным выделением интересующих свойств и отношений.

2. АНАЛИЗ – процедура мысленного или реального расчленения объекта на компоненты и их отдельное изучение.

3. ДЕДУКЦИЯ – формирование ЧАСТНОГО вывода на основании общих предпосылок.

4. ИНДУКЦИЯ – формирование ОБЩЕГО вывода на основании частных предпосылок.

5. КЛАССИФИКАЦИЯ – разделение предметов на отдельные группы по каким–либо ключевым признакам.

6. МОДЕЛИРОВАНИЕ – изучение объекта путем создания его копии, способной заместить сам объект с некоторыми допущениями. Различают мысленное моделирование (оперирующее идеализированными понятиями: материальная точка, идеальный газ и т.д.), а также физическое, символическое (знаковое) и численное моделирование.

7. СИНТЕЗ – операция соединения выделенных частей изучаемого предмета в единое целое.

8. ЭКСПЕРИМЕНТ – активное, целенаправленное, контролируемое воздействие исследователя на изучаемый объект.

2.5. Научный метод широко оперирует понятием причинно-следственных связей. Каким закономерностям они подчиняются?

Для причинно-следственных связей характерны следующие закономерности:

1. Причина постоянно предшествует своему действию во времени. Это означает, что причину явления следует искать среди обстоятельств, предшествующих ему во времени, учитывая факт некоторого сосуществования во времени причины и следствия.

2. Причина порождает действие, обусловливает его появление. Это означает, что одного предшествования во времени недостаточно для возникновения причинно-следственной связи. Не следует с причиной путать повод – условие, предшествующее возникновению явления, но не порождающее его.

3. Связь причины и следствия необходима и неизбежна. Это означает, что можно доказать отсутствие причинной связи в том случае, когда действие наступает, а предполагаемой причины не наблюдалось.

4. Связь причины и действия носит всеобщий характер. Наличие причинной связи нельзя установить на основании единичного явления; искомая причинная связь систематически проявляется лишь в процессе изучения некоторого множества явлений.

5. С изменением интенсивности причины изменяется и интенсивность действия. Это наблюдается тогда, когда причина и следствие сосуществуют в течение определенного времени.

2.6. Что означают и какую роль играют в науке понятия «унификация» и «диверсификация»?

В науке выделяют два подхода, два традиционных стиля научного мышления, непосредственно связанных с характеристикой основных задач, целей и методов науки. Один подход делает упор на проблемы УНИФИКАЦИИ в знаниях, на выработку единообразного подхода к анализу и объяснению объектов познания. Другой подход делает упор на раскрытие разнообразия, ДИВЕРСИФИКАЦИИ анализируемых данных [117].

Термин «унификация» имеет тонкости в трактовке, в зависимости от контекста. В технике унификация – наиболее распространенный и эффективный метод стандартизации. Он основан на приведении объектов к однотипности путём установления рационального числа их разновидностей. Данный метод даёт возможность удешевить производство новых изделий, повысить серийность и уровень автоматизации процессов. Характерный пример унификации в технике – единый стандарт на резьбовые соединения.

В праве унификация – деятельность частных организаций, а также компетентных органов государства или нескольких государств по выработке правовых норм, единообразно регулирующих определённые виды общественных отношений.

В математической логике унификация – подстановка значений вместо переменных при выводе логической формулы.

Диверсификация (от лат. diversus – «разный», facere – «делать») – мера разнообразия в совокупности. Чем больше разнообразие в системе, тем больше диверсификация. На практике данный термин чаще всего используется в экономике; обычно он означает изменение ассортимента выпускаемой продукции и переориентацию рынков сбыта.

2.7. Установите соответствие между следующими характерными свойствами материальных объектов и проявлением этих свойств: иерархичность, открытость, целостность, интегративность, линейность, нелинейность.

ИЕРАРХИЧНОСТЬ означает, что любая система состоит из более простых элементов (подсистем). В таких структурах элементы находятся в сложных (подчиненных) отношениях, образуя иерархическую пирамиду (см. также п. 2.7). Пример иерархической последовательности в микромире может выглядеть следующим образом:

субэлементарные частицы (кварки) →

элементарные частицы атомного ядра (нуклоны) →

атомное ядро →

атом химического элемента →

молекула вещества

ОТКРЫТОСТЬ: данное понятие пришло из термодинамики и означает, что система обменивается веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Различают также закрытые системы (обменивающиеся только энергией) и изолированные системы (в которых всякий обмен с окружающей средой отсутствует). Все живые организмы являются открытыми системами.

ЦЕЛОСТНОСТЬ означает, что поведение и свойства системы определяются структурой системы, а не только свойствами ее отдельных компонентов. Например, целостность обеспечивает возможность протекания всех биологических процессов (обмена веществом, энергией, информацией) в живых организмах.

ИНТЕГРАТИВНОСТЬ означает, что составные части системы находятся во взаимодействии, и благодаря этому свойства системы не являются простой суммой свойств отдельных компонентов. Например, молекула углекислого газа СО₂ состоит из атомов С и О, но обладает свойствами, отличными от свойств отдельных атомов.

ЛИНЕЙНОСТЬ означает, что реакция системы на внешнее воздействие прямо пропорциональна этому воздействию. Типичным примером является закон Р. Гука (сподвижника И. Ньютона) для упругих тел, описывающий сжатие и растяжение пружины: сила упругости F линейно зависит от линейной деформации х – величины отклонения от равновесного положения:

F = – kх.

НЕЛИНЕЙНОСТЬ системы, напротив, означает, что её реакция на внешнее воздействие не является прямо пропорциональной этому воздействию. Данное свойство рассматривается, например, в синергетике (см. п. 1.5).

2.8. Как соотносятся между собой структурные уровни организации материи: мегамир, макромир, микромир?

Понятия мега-, макро- и микромира являются ключевыми в естественных науках. Принадлежность любого материального объекта к тому или иному уровню определяется его размерами и соответственно способом его наблюдения.

МАКРОМИР – мир окружающих нас материальных тел. К макромиру относятся предметы, размеры и расстояния до которых достаточны для их непосредственного наблюдения человеком.

МЕГАМИР в традиционном понимании – мир гигантских космических тел. Приставкой «мега» в физике обозначаются величины, кратные миллиону (Приложение 4). Объекты мегамира (планеты, звезды, галактики) можно наблюдать только с помощью специальных технических средств (телескопов).

МИКРОМИР – совокупность материальных объектов с очень маленькими размерами (приставка «микро» означает множитель 10^–6 – Приложение 4). Многие объекты микромира имеют размеры значительно меньше длины волны видимого света (~10^–7 м), поэтому их невозможно наблюдать в оптический микроскоп. К таким объектам относятся молекулы, атомы, элементарные частицы (п. 4.7): протоны, нейтроны, электроны, нейтрино и т.д., а также гипотетические субэлементарные частицы – кварки.

2.9. Какие признаки характеризуют состояние динамических и статистических теорий в современном естествознании?

Для того чтобы проследить ключевые признаки динамических и статистических теорий, рассмотрим следующую схему:

Динамические теории: l Описывают состояние системы с помощью значений измеримых величин. l Позволяют по начальному состоянию системы однозначно установить ее параметры в любой момент времени. l Не используют математический аппарат теории вероятностей.   Примеры динамических теорий: l классическая механика; l классическая электродинамика.

Статистические теории: l Учитывают случайные отклонения характеристик системы от средних значений. l Позволяют по заданному значению рассчитать лишь вероятность того или иного значения физических характеристик системы. l Широко используют понятие математической вероятности.   Примеры статистических теорий: l кинетическая теория газов; l квантовая механика; l эволюционная теория Ч. Дарвина.

2.10. Особым методом, широко используемым в различных науках, является измерение. На чём основаны измерения? Каким условиям они должны удовлетворять?

Исследование природных объектов невозможно без выполнения измерений физических величин – выраженных в количественном отношении свойств, характерных для того или иного объекта или явления.

ИЗМЕРЕНИЕ – это последовательность экспериментальных и вычислительных операций по нахождению значения физической величины, характеризующей данный объект или явление. Измерение характеризуется точностью, т.е. степенью приближения найденного значения к истинному (неизвестному) значению.

ПОГРЕШНОСТЬ – это мера приближения измеренного значения физической величины к истинному. Погрешность бывает абсолютной и относительной. Различают несколько разновидностей погрешности – например, инструментальную (связанную с точностью используемого измерительного прибора) и систематическую (зависящую от технологии процедуры измерения).

Строго говоря, законченное измерение включает несколько элементов:

· собственно физический объект (явление), свойство или состояние которого характеризует измеряемая величина;

· единицу измерения этой величины;

· технические средства измерений, градуированные в этих единицах;

· метод измерения;

· наблюдателя (регистрирующее устройство), воспринимающего результат измерений.

ЭТАЛОН – специально выбранная образцовая мера единицы физической величины, установленная некоторым соглашением. Например, существуют международные эталоны единиц длины (метр) и массы (килограмм).

Привычные единицы, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, прошли сложный путь эволюции. Вплоть до XIX века в разных странах использовались собственные исторически сложившихся систем физических единиц. Например, для измерения расстояний использовались английская и британская миля, российская верста и т.д.

Это обстоятельство затрудняло международное научно-техническое сотрудничество в условиях промышленной революции. Странам необходимо было выработать единую систему мер и весов. Основы современной единой (метрической) системы были заложены во Франции. Например, в качестве международной единицы длины (метр) первоначально была принята 10^–6 часть четверти парижского меридиана – расстояния от экватора до Северного полюса.

В 1889 году за международный эталон метра приняли расстояние между двумя штрихами на специально изготовленном стержне из платино-иридиевого сплава. В 1961 г. в Международной системе единиц (СИ) за эталон метра приняли 1650763,73 длины волны излучения оранжевого света, испускаемого изотопом криптона (⁸⁶Kr). В 1983 году на международном уровне было принято новое определение метра: длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/2999792458 долю секунды. То есть, эталон, используемый для измерений макромира, базируется на пространственных характеристиках микромира.

2.11. На чём основаны способы определения возраста различных структурных уровней мегамира (планет, звезд, Вселенной)?

Проблема определения возраста объектов материального мира раньше была предметом дискуссий. Но в наше время уже не вызывают споров величины, полученные с помощью современных методов.

Так, ВОЗРАСТ ВСЕЛЕННОЙ был определен по свойствам так называемого РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (п.п. 4.11, 4.12) и оценивается в 12–16 миллиардов лет. Под этой величиной понимается время с начала расширения Вселенной (время от так называемого «Большого взрыва» – п. 4.12).

ВОЗРАСТ ЗВЕЗД определяется ПО ИЗМЕНЕНИЮ СООТНОШЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ (от железа и выше) и ЛЕГКИХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ в ходе термоядерных реакций. Все звезды имеют однотипный жизненный цикл. Метод оценки их возраста основан на законе радиоактивного распада, по которому соотношение исходных (тяжелых) и конечных (легких) изотопов является функцией времени от начала термоядерной реакции (т.е., от времени «рождения» звезды). Именно в результате взрывов Сверхновых звезд, согласно космологическим моделям, происходит распространение химических элементов во Вселенной.

Похожий принцип используется ПРИ ОЦЕНКЕ ВОЗРАСТА ПЛАНЕТ (включая Землю) ПО ИЗОТОПНОМУ СОСТАВУ ГОРНЫХ ПОРОД и метеоритов. При этом, чем выше период полураспада изотопа, тем более длительные промежутки времени можно оценить.

2.12. В теории самоорганизации существуют понятия о флуктуациях, бифуркациях и диссипативных структурах. Что означают эти понятия?

Теория самоорганизации изучает, как и почему из хаоса возникают сложные, упорядоченные системы. САМООРГАНИЗАЦИЯ — ФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ ПОНЯТИЕ, обозначающее образование более сложных и упорядоченных форм организации из менее сложных объектов. Этот процесс происходит не за счет действия внешних сил (факторов), а в результате внутренней перестройки системы.

Пример самоорганизации в микромире: из кварков (гипотетических субэлементарных частиц) образуются элементарные частицы (например, протон представляется как сочетание кварков «uud»), протоны в свою очередь входят в состав атомов (атом простейшего элемента – водорода состоит из протона p⁺ и электрона е^–), а из атомов в свою очередь образуются молекулы веществ (Рис. 1).

Рис. 1. Пример самоорганизации в микромире [91]

Разработкой теории самоорганизации занимаются:

· термодинамика неравновесных (открытых) систем;

· синергетика (п. 1.10);

· теория катастроф.

ТЕОРИЯ БИФУРКАЦИЙ (разветвлений) показывает, как возникают новые решения при критическом значении параметров. Момент перехода (катастрофический скачок) зависит от свойств системы и уровня ФЛУКТУАЦИЙ – малых случайных движений элементов (которые также понимаются как случайные отклонения от положения равновесия). Это в частности объясняет тот факт, что в момент бифуркации состояния системы возможно не одно, а множество вариантов дальнейшего развития объекта. Таким образом, природа ограничивает наши возможности точного прогнозирования развития. Система некоторое время пребывает в критическом состоянии, переход из которого осуществляется скачком (Рис. 2).

Рис. 2. Механический аналог точки бифуркации [91]

Рассмотрим тело, плывущее точно посередине реки. Оно с равной вероятностью может направиться по правому или левому рукаву относительно точки волнореза под действием случайных сил. Выбор решения системой происходит в критической точке l_кр.

Самоорганизация не связана с особым классом материальных объектов, но она существует лишь в системах, удовлетворяющих условиям:

· открытые системы (п. 2.7), находящиеся в состоянии обмена энергией, веществом и информацией с окружающей средой;

· макроскопические системы, описываемые нелинейными уравнениями.

Неравновесные процессы протекают С ВОЗНИКНОВЕНИЕМ ОСОБЫХ УПОРЯДОЧЕННЫХ (ДИССИПАТИВНЫХ) СТРУКТУР. Такиеструктуры являются устойчивыми, и их устойчивость зависит от устойчивости внешнего источника энергии.

К диссипативным относится любая упорядоченная неравновесная структура, возникающая в результате самоорганизации (например, любой ПРАВИЛЬНЫЙ КРИСТАЛЛ, возникающий при охлаждении жидкости, или любой ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ).