5.2. Общенаучные методы теоретического познания

ИДЕАЛИЗАЦИЯ. МЫСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Идеализация  это мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект. Эти изменения вносятся для того, чтобы упростить объект исследования. В результате таких изменений могут быть исключены из рассмотрения какие-либо свойства, стороны, признаки реальных объектов.

В механике широко используется идеализация, называемая “материальная точка”, под которой подразумевается тело, размерами которого можно пренебречь в данной задаче. Такой абстрактный (существую- лишь в нашем сознании) объект очень удобен при механическом описании движения. Причем материальной точкой могут считаться самые разные реальные объекты, начиная от молекул при рассмотрении их движения в молекулярной физике и кончая планетами Солнечной системы при рассмотрении их движения вокруг Солнца.

В молекулярной физике используется идеализация, которая носит название “идеальный газ”. В этом газе исключается из рассмотрения взаимодействие молекул, пренебрегают размерами молекул.

Мысленный эксперимент предполагает оперирование идеализированными объектами. Мысленный эксперимент заключается в мысленном подборе таких ситуаций, которые позволяют обнаружить какие-либо важные особенности исследуемого объекта. В этом состоит сходство мысленного и реального эксперимента. Более того, любой реальный эксперимент, прежде чем быть осуществленным на практике, сначала “проигрывается” исследователем мысленно.

Отличие реального и мысленного эксперимента состоит в следующем: реальный эксперимент оперирует с реальными объектами, в мысленном эксперименте исследователь оперирует не материальными объектами, а их мысленными образами, и само оперирование происходит в его сознании, т.е. чисто умозрительно.

Возможность проведения реального эксперимента определяется наличием необходимых материально-технических средств. Мысленный эксперимент такого обеспечения не требует. В научном познании в принципе могут быть такие случаи, когда проведение реальных экспериментов оказывается невозможным. Эти пробелы в познании может дополнить только мысленный эксперимент.

Научная деятельность Галилея, Ньютона, Максвелла, 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.

Реальные эксперименты, в которых невозможно устранить трение, казалось бы. подтверждали господствовавшую в течение тысячелетия концепцию Аристотеля, которая утверждала, что движущееся тело останавливается, если толкающая его сила прекращает свое действие. Такое утверждение основывалось на простой констатации фактов, наблюдаемых в реальных экспериментах. Например, тележка через некоторое время после прекращения действия силы останавливалась. Наблюдать в реальных экспериментах равномерное непрекращающееся движение было невозможно, т.к. в реальности трение присутствует всегда.

Галиллей проделал мысленно указанные эксперименты, исключив полностью из рассмотрения трение. В результате он опроверг Аристотелевскую точку зрения и пришел к закону инерции. Этот закон мог быть получен только путем использования мысленного эксперимента. Вот что говорят по этому поводу А. Эйнштейн и Л. Инфельд: “ .. Закон инерции нельзя вывести непосредственно из эксперимента, его можно вывести умозрительно  мышлением, связанным с наблюдением. Этот эксперимент никогда нельзя выполнить в действительности, хотя он ведет к глубокому пониманию действительных экспериментов.”

Результаты мысленных экспериментов могут ставить иногда серьезные проблемы перед наукой. Интересным примером является мысленный эксперимент Максвелла, вызвавший сенсацию в начале 70-ых годов прошлого столетия. Этот мысленный эксперимент, описанный Максвеллом в его работе “Теория теплоты”, ставил под сомнение второе начало термодинамики. В своем мысленном эксперименте Максвелл допустил наличие особого существа  демона, “... способности которого настолько изощрены, что оно может следить за каждой молекулой на ее пути и в состоянии делать то, что в настоящее время для нас невозможно”. “Предположим,  писал Максвелл,  что имеется сосуд, разделенный на две части А и В перегородкой с небольшим отверстием так , чтобы дать возможность только более быстрым молекулам перейти из сосуда А в B и только наиболее медленным перейти из В в А. Это существо, таким образом, практически без затрат энергии, т.е. почти не совершив работ, повысит температуру в В и понизит в А вопреки второму началу термодинамики”.

“Сражение” с демоном Максвелла заняло длительный период времени. Только в нашем столетии американские физики Сцилард, Димерс и Гейбор) доказали, что второе начало термодинамики остается незыблемым. Они сумели спроектировать машину-демона, и рассчитав ее энергетический баланс, пришли к выводу, что такая машина работать будет, но требует достаточно большой затраты внешней энергии.

Демон



передвижная заслонка

Рис. 5.1. Иллюстрация к “деятельности” демона Максвелла.

Метод идеализации, оказавшийся весьма плодотворным во многих случаях, имеет определенные ограничения. Развитие научного познания заставляет иногда отказываться от принятых ранее идеализированных представлений. При создании специальной теории относительности пришлось отказаться от ньютоновских идеализаций “абсолютное пространство” и “абсолютное время”. Также пришлось отказаться от теплорода (переносчика теплоты) после создания молекулярно-кинетической теории. Пришлось отказаться и от мирового эфира, введенного в электромагнитной теории. Таких примеров в истории физики множество.

Основное положительное значение идеализации, как метода научного познания заключается в том, что возникающие на ее основании теоретические построения позволяют затем эффективно исследовать реальные объекты и явления. Упрощения, достигаемые с помощью идеализации, облегчают создание теории, вскрывающей законы исследуемой области явлений материального мира. Если теория в целом правильно описывает реальные явления, то правомерны и положенные в ее основу идеализации.

ИНДУКЦИЯ И ДЕДУКЦИЯ

Индукция (происходит от лат. Inductio  наведение, побуждение) есть метод познания, основывающийся на логическом умозаключении, которое приводит к получению общего вывода на основании частных посылок. Другими словами, индукция  это есть движение нашего мышления от частного, единичного к общему.

Индукция широко применяется в научном познании. Обнаруживая сходные признаки, свойства у многих объектов некоторого класса, исследователь делает вывод о том, что эти признаки присущи всему классу. Индуктивный метод сыграл важную роль в открытии некоторых законов природы, таких как закон сохранения энергии, закон всемирного тяготения и др.

Родоначальником классического индуктивного метода является Фрэнсис Бэкон.

Дедукция (от лат. deductio выведение) есть получение частных выводов на основе знания каких-то общих положений. Другими словами, дедукция это есть движение нашего мышления от общего к частному, единичному. Например, зная закон всемирного тяготения, можно прийти к выводу что яблоко, оторвавшееся от ветви, упадет на землю, а не улетит в небо. Если исходные общие положения являются научной истиной, то методом дедукции всегда будет получен верный вывод.

Общие принципы и законы (закон сохранения энергии и др.) не дают ученым в процессе дедуктивного исследования сбиться с пути, помогают им правильно понять явления окружающей действительности.

В науке Нового времени пропагандистом дедуктивного метода познания был видный математик и философ Ренэ Декарт.