Тема 3. Методы и принципы естественнонаучного познания. Системный подход как его важнейшая парадигма

Основные понятия:

метод; основные принципы; эмпирическая форма познания; теоретическая форма познания; производственно–техническая форма познания; научный эксперимент; экспериментальная ситуация; поисковые, измерительные, контрольные, проверочные эксперименты, мысленный эксперимент, математизация и формализация; математические методы исследования; система; типы систем; системный подход; принципы системного подхода.

Процесс естественнонаучного познания в самом общем виде представляет собой решение различного рода задач, возникающих в ходе практической и теоретической деятельности. Решение возникающих при этом проблем достигается путем использования особых приемов (методов), позволяющих перейти от того, что уже известно, к новому знанию. Такая система приемов называется методом. Метод – это система приемов и операций, регулятивных принципов и правил практического и теоретического освоения действительности.

Метод вооружает человека системой принципов, требований, правил, руководствуясь которыми он может достичь намеченной цели. Выбор и использование определенных методов в современном естествознании органично связаны с общим стилем научного мышления эпохи, который воплощает метатеоретические основания научного исследования, универсальные принципы и категории естественнонаучного познания, его философско-методологические ориентиры. Выделим среди них основные, базисные:

Принцип материальности мира как объекта естественнонаучного исследования: мир существует и развивается объективно, на основе собственных естественных законов и причин. Материя как базовая категория естествознания, обозначает объективную реальность, существующую вне и независимо от сознания познающего субъекта. Она выражает то объективно общее, что характеризует единство мира. Отсюда требование объективности рассмотрения предмета познания.

Принцип познаваемости мира выражает идею принципиальной возможности достижения истинного знания о мире, соответствующего объективным свойствам и связям предмета познания. Процесс познания развивается асимптотически по отношению к неисчерпаемой реальности – наше знание бесконечно приближаясь к миру, никогда с ним полностью не совпадет. Всякая научная истина объективна, относительна и абсолютна одновременно, она всегда способна к развитию. Отсюда требование конкретности истины.

Принцип всеобщей взаимосвязи и взаимообусловленности всех явлений мира – принцип детерминизма. Он выражает идею о том, что в мире нет абсолютно изолированных, ни с чем не связанных, ни от чего не зависящих предметов и явлений. Все они образуют единую всеобщую мировую связь, из которой складывается упорядоченность, закономерность и единство мира. Из этого принципа следует требование рассматривать всякий объект познания во всех его связях и отношениях, ибо эти связи и отношения определяют и раскрывают природу вещей.

Принцип всеобщности изменения и развития гласит: еще со времен Гераклита, что «все течет, все изменяется», и в мире нет ничего застывшего, раз и навсегда неизменного. Развитие – это процесс необратимых качественных изменений системы на основе ее внутренних противоречий с возникновением нового качества. Поэтому любой объект следует изучать в его развитии, изменении.

Принцип глобального (универсального) эволюционизма в современной науке соединяет идеи всеобщности развития-эволюции с идеями системного подхода и распространяет развитие на все сферы бытия, устанавливая универсальную связь между неживой, живой и социальной материей. Этот принцип задает ориентиры нового мировидения, связывающего воедино все сферы бытия от микромира до гигантских масштабов Метагалактики идеей об универсальности процессов эволюции во всей Вселенной.

Принцип относительности научного знания к методам, средствам исследования и характеру познавательной активности субъекта. Идея этого принципа выражает характерную для неклассической рациональности включенность субъекта в структуры самой познавательной деятельности, отказ от наивного онтологизма, от описания объекта «самого по себе» и учет используемых средств и познавательных процедур.

Владение методом и его принципами означает для человека знание того, каким образом, в какой последовательности совершать те или иные действия для решения тех или иных задач, и умение применять это знание на практике.

Учение о методе начало развиваться еще в науке и философии Нового времени. Ее представители считали правильный метод ориентиром в движении к надежному, истинному знанию. Так, видный философ XVII века Ф. Бэкон сравнивал метод познания со светильником, освещающим дорогу путнику, идущему в темноте.

Существует целая область знания, которая специально занимается изучением методов, и которую принято именовать методологией. Изучая закономерности человеческой познавательной деятельности, методология вырабатывает на этой основе методы ее осуществления. Важнейшей задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

Методы научного познания принято подразделять по степени их общности, т.е. по широте применимости в процессе научного исследования на частнонаучные, общенаучные и всеобщие.

Всеобщих методов в истории познания известно два: диалектический и метафизический. Это общефилософские универсальные методы мышления. Метафизический метод с середины XIX века начал все больше и больше вытесняться из естествознания диалектическим методом.

Вторую группу методов познания составляют общенаучные методы, которые используются в самых различных областях науки, т.е. имеют весьма широкий междисциплинарный спектр применения. Классификация общенаучных методов тесно связана с понятием уровней научного познания.

Различают два основных уровня научного познания: эмпирический и теоретический. Одни общенаучные методы применяются только на эмпирическом уровне (наблюдение, эксперимент, измерение), другие – только на теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например, моделирование, абстрагирование) – как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях.

Эмпирический уровень научного познания характеризуется непосредственным практическим исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уровне осуществляется процесс накопления информации об исследуемых объектах, явлениях путем проведения наблюдений, выполнения разнообразных измерений, постановки экспериментов. Здесь производится также первичная систематизация получаемых фактических данных в виде таблиц, схем, графиков и т.п. Кроме того, уже на этом уровне научного познания – как следствие обобщения научных фактов – возможно формулирование некоторых эмпирических закономерностей. Основные методы эмпирического исследования: наблюдение, измерение, описание, эксперимент. Эмпирическое знание фиксирует и констатирует явления и связи между ними. Основной формой научного знания на эмпирическом уровне является научный факт, как инвариант многочисленных опытных исследований. Система научных фактов образует эмпирический базис теоретического познания.

Теоретический уровень научного исследования осуществляется преимущественно в рациональной – логической форме познания. На данном уровне происходит раскрытие наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Теоретический уровень – более высокая ступень в научном познании сущности явлений. Результатами теоретического познания становятся гипотезы, теории, законы. Основные теоретические методы научного исследования: идеализация, формализация, восхождение от абстрактного к конкретному, гипотетико-дедуктивный, системно-структурный, математические методы построения теории, мысленный эксперимент.

Выделяя в научном исследовании указанные два различных уровня, не следует, однако, отрывать их друг от друга и противопоставлять. Ведь эмпирический и теоретический уровни познания взаимосвязаны между собой. Эмпирический уровень выступает в качестве основы, фундамента теоретического осмысления научных фактов, статистических данных, получаемых на эмпирическом уровне. К тому же теоретическое мышление неизбежно опирается на чувственно-наглядные образы (в том числе схемы, графики и т.п.), с которыми имеет дело эмпирический уровень исследования.

В свою очередь, эмпирический уровень научного познания не может существовать без достижений теоретического уровня. Эмпирическое исследование обычно «теоретически нагружено», опирается на определенную теоретическую конструкцию, которая определяет направление этого исследования, обусловливает и обосновывает применяемые при этом методы.

К третьей группе методов научного познания относятся методы, используемые только в рамках исследований какой-то конкретной науки или какого-то конкретного явления. Такие методы именуются частнонаучными. Каждая частная наука (биология, химия, геология и т.д.) имеет свои специфические методы исследования.

При этом частнонаучные методы, как правило, содержат в различных сочетаниях те или иные общенаучные методы познания. В частнонаучных методах могут присутствовать наблюдения, измерения, индуктивные или дедуктивные умозаключения и т.д. Характер их сочетания и использования находится в зависимости от условий исследования, природы изучаемых объектов. Таким образом, частнонаучные методы не оторваны от общенаучных. Они тесно связаны с ними, включают в себя специфическое применение общенаучных познавательных приемов для изучения конкретной области объективного мира.

Частнонаучные методы связаны и со всеобщим диалектическим методом, который как бы преломляется через них. Например, всеобщий диалектический принцип развития проявился в биологии в виде открытого Ч. Дарвиным естественно-исторического закона эволюции животных и растительных видов.

Использование любых методов и приемов научного исследования и на эмпирическом, и на теоретическом уровне всегда связано с общелогическими методами и процедурами мышления, присущими человеческому познанию и в научной, и в обыденной формах. К ним относятся: анализ и синтез, индукция и дедукция, абстрагирование и обобщение, аналогия и моделирование.

К сказанному остается добавить, что любой метод сам по себе еще не предопределяет успеха в познании тех или иных сторон материальной действительности. Важно еще умение правильно применять научный метод в процессе познания.

Своеобразие научных методов состоит в том, что они относительно независимы от типа проблем, но зависимы от уровня и глубины научного исследования, что проявляется, прежде всего, в их роли в научно-исследовательских процессах. То есть, в каждом научно–исследовательском процессе меняется сочетание методов и их структура. Благодаря этому возникают особые формы осуществления научного познания, важнейшими из которых являются эмпирическая, теоретическая и производственно–техническая.

Эмпирическая форма предполагает необходимость сбора фактов, информации, а также их описание (изложение и первичная систематизация фактов). Эмпирическое исследование предполагает целую систему экспериментальной и наблюдательной техники (устройств, приборов, инструментов и т.д.), с помощью которой устанавливаются новые факты.

Теоретическая форма связана с объяснением, обобщением, созданием новых теорий, выдвижением гипотез, открытием новых законов, предсказанием новых фактов в рамках этих теорий. С их помощью выполняется мировоззренческая функция науки. Теоретическое исследование предполагает работу ученых, направленную на объяснение научных фактов, полученных на практике, и образование научных понятий, обобщающих опытные данные. Оно осуществляет проверку познанного на практике.

Производственно-техническая сторона научного познания проявляет себя как непосредственная производительная сила общества, прокладывая путь развитию техники, но это уже выходит за рамки собственно научных методов, так как носит прикладной характер.

В основе методов естествознания лежит единство его эмпирической и теоретической сторон, они тесно взаимосвязаны и обусловливают друг друга.

Важнейшим условием возникновения и существования точного естествознания является использование научного эксперимента и математического аппарата исследования. Остановимся подробнее на их роли в системе современного естествознания.

Слово «эксперимент» в переводе с латинского означает «пробу» или «опыт». Научный эксперимент – это наиболее сложный и эффективный метод эмпирического познания, способ практического, активного исследования объекта в контролируемых и управляемых условиях, когда исследователь не ограничивается простым наблюдением, а активно, специальным образом вмешивается в естественный ход исследуемых явлений и изучает объект путем создания искусственных условий с целью получения нужной информации о свойствах этого объекта, что называется в науке экспериментальной ситуацией. Благодаря эксперименту ученому удается: изолировать изучаемый предмет от влияния побочных и затемняющих его сущность явлений, т.е. изучать объект в чистом виде; многократно воспроизводить ход изучаемого процесса в строго фиксированных и поддающихся учету и контролю условиях; планомерно изменять (варьировать, комбинировать) различные условия и взаимодействия для получения необходимой информации. Ещё в ХVII веке, в эпоху становления научного естествознания английский мыслитель Ф. Бэкон отмечал, что когда мы активно вмешиваемся в изучаемый объект, изменяя интенсивность и условия протекания процесса, то предмет полнее и быстрее проявляет свои скрытые свойства, чем в естественных природных условиях. Обычно для этого используются специальные инструменты и приборы, сложные экспериментальные установки. В наши дни – это: электронные микроскопы, радиотелескопы, ускорители элементарных частиц, атомные реакторы, глубоководные батискафы, автоматические искусственные спутники. В этой связи важнейшим методологическим достижением современной науки стало понимание того, что исследователь, взаимодействуя с объектом и видоизменяя его, не только не искажает объективные характеристики явлений и процессов, а, напротив, глубже проникает в их скрытую сущность.

Естественнонаучный эксперимент является наиболее развитым и технически разработанным. Выбор того или иного вида эксперимента, как и план его осуществления, зависит от исследовательской задачи. В этом отношении эксперименты подразделяются: на поисковые (для обнаружения неизвестных объектов); измерительные (для установки количественных параметров изучаемого предмета или процесса); контрольные (для проверки полученных ранее результатов); проверочные (для подтверждения или опровержения определенной гипотезы или теоретического утверждения).

Научный эксперимент является сложной, синтетической формой эмпирического познания, включающей в себя все другие его методы: в ходе эксперимента применяются и наблюдения, и описания, и измерения и материальные модели. Поэтому научный эксперимент выступает основой эмпирической базы современного точного естествознания. На теоретическом уровне научный эксперимент проводится в специфической форме мысленного эксперимента (его также называют умственным, воображаемым, идеализированным).

Мысленный эксперимент предполагает оперирование идеализированным объектом (замещающим в абстракции объект реальный), которое заключается в мысленном подборе тех или иных положений, ситуаций, позволяющих обнаружить какие-то важные особенности исследуемого объекта. В этом проявляется определенное сходство мысленного (идеализированного) эксперимента с реальным. Более того, всякий реальный эксперимент, прежде чем быть осуществленным на практике, сначала «проигрывается» исследователем мысленно в процессе обдумывания, планирования. В этом случае мысленный эксперимент выступает в роли предварительного идеального плана реального эксперимента.

Вместе с тем мысленный эксперимент играет и самостоятельную роль в науке. При этом, сохраняя сходство с реальным экспериментом, он в то же время существенно отличается от него. Эти отличия заключаются в следующем.

Реальный эксперимент – это метод, связанный с практическим, предметно-манипулятивным, «орудийным» познанием окружающего мира. В мысленном же эксперименте исследователь оперирует не материальными объектами, а их идеализированными образами, и само оперирование производится в его сознании, т. е. чисто умозрительно.

Возможность постановки реального эксперимента определяется наличием соответствующего материально-технического (а иногда и финансового) обеспечения. Мысленный эксперимент такого обеспечения не требует.

В реальном эксперименте приходится считаться с реальными физическими и иными ограничениями его проведения, с невозможностью в ряде случаев устранить мешающие ходу эксперимента воздействия извне, с искажением в силу указанных причин получаемых результатов. В этом плане мысленный эксперимент имеет явное преимущество перед экспериментом реальным. В мысленном эксперименте можно абстрагироваться от действия нежелательных факторов, проведя его в идеализированном, «чистом» виде. В научном познании могут быть случаи, когда при исследовании некоторых явлений, ситуаций проведение реальных экспериментов оказывается вообще невозможным. Этот пробел в познании может восполнить только мысленный эксперимент.

Научная деятельность Галилея, Ньютона, Максвелла, Карно, Эйнштейна и других ученых, заложивших основы современного естествознания, свидетельствует о существенной роли мысленного эксперимента в формировании теоретических идей. История развития физики богата фактами использования мысленных экспериментов. Примером могут служить мысленные эксперименты Галилея, приведшие к открытию закона инерции, или мысленный опыт А.Эйнштейна со свободно падающим лифтом. Выводы, полученные этими учеными только с помощью мысленного эксперимента, обеспечили возможность открытия фундаментальных законов природы.

Значение эксперимента для развития науки трудно переоценить, поскольку он выступает обычно решающим критерием истинности теоретических построений или их опровержения. Имея возможность в ходе эксперимента изучать объект в «чистом виде», в экстремальных условиях, повторять его необходимое количество раз, ученый иногда способен воспроизводить в эксперименте то, что происходило на планете миллиарды лет назад. Успешно осуществив, например, опыт по химическому синтезу различных веществ (СН₄, NН₃, Н₂, СО, СО₂, N₂) и паров воды в условиях действия электрических разрядов, экспериментаторы доказали истинность гипотезы А.И. Опарина о возникновении органических соединений из неорганических и путях формирования первых живых организмов на нашей планете. Опыт, проведенный в свое время физиком Майкельсоном, опроверг гипотезу о существовании неподвижного эфира, одновременно позволив сделать новые обобщения, послужившие толчком для создания специальной теории относительности.