Концепции современного естествознания - читать бесплатно онлайн полную версию книги автора Коллектив Авторов (Глава 1 ПРЕДМЕТ И СТРУКТУРА ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ) #2

Глава 1 ПРЕДМЕТ И СТРУКТУРА ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Термин «естествознание» происходит от соединения слов «естество», то есть природа, и «знание». Таким образом, дословное толкование термина – знание о природе.

► Естествознание в современном понимании – наука, представляющая собой комплекс наук о природе, взятых в их взаимосвязи. При этом под природой понимается все сущее, весь мир в многообразии его форм.

1.1. Наука. Функции науки

► Наука – это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве.

Науку рассматривают как сферу исследовательской деятельности, направленную на производство новых знаний о природе, обществе и человеке, включающую в себя все условия этого производства: ученых с их знаниями и способностями, научные учреждения и специальное оборудование, методы научно-исследовательской работы, систему научной информации.

Возникнув в Европе после философии и религии, в современном виде наука сформировалась в XVI–XVIII вв. Причина возникновения науки – соединение в своеобразном типе европейской культуры восточной чувственности с греческой рациональностью. Активно развиваясь, к началу XVIII в. наука заняла доминирующее место в культуре человеческой деятельности. С тех пор значение науки неуклонно возрастает. Если в начале XIX в. развитие науки зависело от развития производства, то к концу столетия ситуация изменилась: развитие науки стало предшествовать развитию производства.

В ХХ в. объем научной информации удваивался каждые 10–15 лет. В настоящее время наука охватывает около 15 тыс. дисциплин, которые разделяются на фундаментальные и прикладные, естественные и общественные. Изменился и статус ученого. До конца XIX в. научные исследования велись в университетах, где ученый добывал средства к жизни преподавательской работой. В настоящее время ученый – это особая профессия. С разделением науки на фундаментальную и прикладную, произошедшим в ХХ столетии, теоретические исследования стали непосредственно влиять на производство. Наука превратилась в важную производительную силу общества.

Выделяют три основные ипостаси науки: отрасль культуры, способ познания мира, социальный институт.

Наука как отрасль культуры

Термин «культура» (от лат. cultura – возделывание, воспитание, развитие, почитание) вошел в обиходевропейской социальной мысли во второй половине XVIII в. Первоначально понятие «культура» подразумевало целенаправленное воздействие человека на природу, а также воспитание и обучение самого человека. Современная трактовка понятия «культура» отражает как общее отличие человеческой жизнедеятельности от биологических форм жизни, так и качественное своеобразие конкретных исторических форм этой жизнедеятельности.

► Культура – специфический способ организации и развития человеческой жизнедеятельности, представленный в продуктах материального и духовного труда, в системе социальных норм и учреждений, в духовных ценностях, в совокупности отношений людей к природе, между собой и к самим себе.

Содержание понятия «культура» и его структура находятся в постоянном развитии и зависят от конкретной исторической эпохи, общественно-экономической формации, национальных особенностей. Культуру подразделяют на материальную и духовную. Материальная культура охватывает всю сферу материальной деятельности и ее результаты – орудия труда, жилище, одежду и т. д. Духовная культура включает в себя сферу сознания, духовного производства – нравственность, воспитание, этику, эстетику, религию, искусство, науку.

Науку как составляющую общечеловеческой культуры от других отраслей культуры отличает целый рядпризнаков. В отличие от техники целью науки является познание мира, а не использование полученных знаний о мире для его преобразования. От искусства наука отличается рациональностью. От философии науку отличает то, что ее выводы требуют эмпирической проверки. В отличие от идеологии научные истины общезначимы и не зависят от интересов определенных слоев общества. От религии наука отличается тем, что опирается не на веру, а на чувственную реальность. Наука решает частные проблемы и дает относительные ответы на частные вопросы, которые подтверждаются опытом. При этом в науке никогда не имеется достаточных оснований для уверенности в том, что достигнута истина.

Как сфера человеческой деятельности наука имеет специфические черты.

Универсалъностъ – сообщает знания, истинные для тех условий, при которых они получены.

Обезличенностъ – конечные результаты научного познания не зависят от национальности ученого, от места его проживания или индивидуальных особенностей.

Систематичностъ – наука имеет определенную взаимосвязанную структуру, а не является бессвязным набором частей.

Фрагментарностъ – наука делится на отдельные дисциплины, поскольку изучает не бытие в целом, а различные фрагменты реальности и ее параметры.

Общезначимостъ – научные знания могут быть использованы всеми людьми. Наука оперирует единым языком терминов и понятий.

Незавершенностъ – процесс научного познания бесконечен, так как научное знание не может достичь абсолютной истины.

Преемственностъ – новые знания определенным образом соотносятся со старыми знаниями.

Критичностъ – всякое знание относительно, любые результаты могут быть поставлены подсомнение и пересмотрены.

Достоверностъ – любые научные выводы основаны на результатах, прошедших разностороннюю проверку.

Внеморалъностъ – научные истины нейтральны в морально-этическом плане. Нравственные оценки могут относиться либо к деятельности по получению знания, либо к деятельности по его использованию.

Рационалъностъ – разработка теорий, выходящих за рамки эмпирического уровня, на основе законов логики.

Чувственность – научные результаты признаются достоверными только после того, как они эмпирически проверены с использованием чувственного восприятия.

Кроме того, для науки характерны свои методы исследований, использование приборов и оборудования, особый язык.

Таким образом, специфика науки как отрасли культуры заключается в следующем:

♦ наука познает реальность посредством изучения отдельных ее частей;

♦ результаты науки требуют эмпирической проверки.

Наука как способ познания мира

Наиболее развитой формой познания в настоящее время является наука. Она познает объективные законы изучаемых явлений. Благодаря этому наука обладает предсказательной функцией, позволяет предвидеть ход событий. Формула науки: знать, чтобы предвидеть; предвидеть, чтобы действовать со знанием дела. Наряду с наукой существует вненаучное познание, занимающее важное место в жизни человека. На практике вненаучные формы познания часто бывают незаменимы. Среди них наиболее распространено обыденное познание.

Под обыденным познанием понимают неспециализированную познавательную деятельность человека в процессе его жизнедеятельности. Результатом обыденного познания является жизненно-практическое знание. Такое знание не требует для своего усвоения и передачи специальной подготовки. При этом жизненно-практическое знание является ключевым во взаимопонимании людей и образует основу любого другого знания, в том числе и научного. Помимо обыденного, к вненаучному относят многочисленные специализированные виды практического познания и знания – например, практическое животноводство, растениеводство, швейное дело и т. д.

Результатом обыденного познания, так же как и научного, может быть объективное знание о мире. При этом научное и обыденное познание имеют рядважных отличий:

1. Характер объекта познания. Обыденный опыт имеет дело с целым объектом и всем комплексом его внешних связей. В науке объект познают посредством изучения его частей и нахождения связей между ними, при этом на теоретическом уровне имеют дело не с самими объектами, асихидеализированными моделями.

2. Системностъ и обоснованностъ – признак, отличающий научное знание от обыденного. Научные знания выстраиваются в систему посредством логического выведения одних утверждений из других.

3. Проверка достоверности полученных знаний. Достоверность обыденного знания может быть установлена только опытом или в процессе производства. Наука использует специфическое средство проверки знаний – эксперимент.

4. Исполъзование специалъной аппаратуры. В отличие от обыденного познания наука нуждается в специальных орудиях и средствах исследования – научной аппаратуре (инструментах, приборах, оборудовании).

5. Исполъзуемый язык. В процессе обыденного познания пользуются обычным, разговорным языком. В науке помимо разговорного используется особо разработанный язык специфических терминов, символов, схем, формул.

6. Необходимостъ особой подготовки. В отличие от обыденного познания занятия наукой требуют особой подготовки – теоретической, практической, методической.

Переход к научному познанию был длительным. К этапу зарождения и начального развития научного познания можно отнести период примерно с VII–VI вв. до н. э., когда в Древней Греции возник интерес к пониманию мира в целом, до XVI–XVIII вв. – времени возникновения науки. Познавательной предпосылкой науки явилось развитие критических функций разума и абстрактного мышления. Еще в древнем мире человек стал выделять себя из мира природы, почувствовал себя активной силой. Возникшее в дальнейшем общественное разделение труда способствовало накоплению рациональных знаний, а значит, и развитию научного способа познания.

Научное познание иначе называют научным исследованием. Наука – не только результат научного исследования, но и само исследование. Она имеет определенную структуру. Выделяют два уровня научного исследования – эмпирический и теоретический.

► Эмпирическое исслелование (отгреч. empeiria – опыт) – это опытное познание.

► Теоретическое исслелование (от греч. theoria – рассматриваю, исследую) представляет собой систему логических высказываний, включающих в себя математические формулы, схемы, графики и др., образованные для установления законов природных, технических и социальных явлений.

На основе эмпирических исследований могут быть сделаны эмпирические обобщения. На основе эмпирических обобщений формулируется гипотеза (от гр. hypothesis – основание, предположение) – научное предположение. Для формулировки гипотезы, объясняющей эмпирические факты, необходимо все предшествующее знание, касающееся данной проблемы. Научное предположение остается гипотезой до эмпирического подтверждения. После выдвижения определенной гипотезы с целью ее проверки исследование опять возвращается на эмпирический уровень. Для проверки научной гипотезы проводятся новые эксперименты. Если гипотеза выдерживает эмпирическую проверку, то она приобретает статус закона или закономерности, если нет – считается опровергнутой, и поиски иной, более приемлемой, гипотезы продолжаются.

Совокупность нескольких законов, относящихся к одной области знания, называется теорией. В случае, если теория в целом не получает убедительного эмпирического подтверждения, она может быть дополнена новыми гипотезами. Подтвержденная на практике теория считается истинной до тех пор, пока не будет предложена новая теория, лучше объясняющая известные эмпирические факты, а также новые эмпирические факты, которые стали известны уже после принятия первоначальной теории и оказались противоречащими ей. Основной смысл, суть той или иной теории, выражается в концепции. Когда теория еще не выработана, а имеется только главная идея для объяснения определенных событий, то такую идею тоже называют концепцией.

► Концепция (от лат. conceptio – понимание, система) – это определенный способ понимания, трактовки какого-либо предмета, процесса, явления либо ведущий замысел, конструктивный принцип научной деятельности.

Таким образом, каждая теория или гипотеза имеет свою концепцию, свой смысл и свой принцип научной деятельности.

Наука как социальный институт

В XVII–XVIII вв. в Европе были созданы первые научные общества, академии, начали издаваться научные журналы. Наука сложилась как социальный институт. Стремительным развитием всех отраслей науки характеризуется XX в. В этот периодвремени осуществлялось строительство крупных исследовательских институтов и лабораторий, оснащенных разнообразными приборами, вычислительной и иной техникой. Еще более интенсивными темпами развитие науки происходит в настоящее время.

Внимание государства к науке в истории общества росло по мере того, как возрастали ее социальные функции. На протяжении четырех столетий наука завоевывала одну общественную позицию за другой. Срастаясь со всеми формами материального и духовного производства, политической и идеологической жизнью общества, наука превратилась в непосредственную производительную силу, в важнейший компонент научно-технического прогресса. Поэтому общество, заботящееся о своем будущем, заинтересовано в увеличении финансовых затрат на развитие науки.

О масштабах научной сферы жизни современного общества свидетельствует численность ученых в мире. Если в начале XIX в. количество ученых составляло около 1 тыс. человек, к началу XX в. – уже порядка 100 тыс. человек, то к началу XXI в. численность научных работников в мире составила свыше 5 млн человек. Девяносто процентов всех ученых, когда-либо живших на планете, – наши современники. Согласно статистическим данным, удвоение объема научной информации в современном обществе происходит каждые 10–15 лет. Более 90 % всех важнейших научно-технических достижений человечества приходится на XX – начало XXI в.

Система современного научного знания включает около 15 тыс. дисциплин, научных журналов насчитывается несколько сотен тысяч. В авангарде науки идут фундаментальные исследования. Высокими темпами развивается прикладная наука, основанная на экспериментальной, опытно-промышленной базе. Современные научные исследования требуют существенных материальных вложений. Например, строительство синхрофазотрона, необходимого для проведения исследований в области физики элементарных частиц, требует миллиардов долларов. Особенно дорогостоящими являются космические исследования. В развитых странах на науку сегодня затрачивается 2–3 % валового национального продукта. Но без этого невозможны ни достаточная обороноспособность страны, ни ее производственное могущество.

В истории мировой науки российская наука всегда занимала одно из ведущих мест. В конце 80-х гг. XX в. в СССР было около 1,5 млн научных работников, что составляло примерно одну четверть ученых всего мира. Из них около 40 % занимались проблемами технических наук, порядка 30 % составляли специалисты в области естественных наук и медицины, а 30 % от общей численности советских ученых работали в гуманитарных научных областях.

К сожалению, в последнее время ввиду низких материальных вложений российская наука находится в тяжелом состоянии, вследствие чего имела место массовая эмиграция ученых. С начала 90-х гг. прошлого столетия, то есть за неполные 20 лет, страну покинули около 1,5 млн специалистов. Согласно статистическим данным, заработная плата исследователей в фундаментальной науке в промышленно развитых странах Запада в 40–50 раз выше, чем в России, а годовые расходы на фундаментальную науку в США, например, в 8 раз больше, чем в нашей стране. Тем не менее в настоящее время ситуация начала стабилизироваться, многие ученые предпочитают оставаться в России, а не уезжать за рубеж. Это связано с позитивным экономическим развитием страны, с увеличением государственных и частных инвестиций в научную сферу.

Экономический подъем России невозможен без опережающего развития науки. Поэтому в настоящее время наука является одним из приоритетных направлений в деятельности государства.

1.2. Естествознание – комплекс наук о природе

Естествознание, как указывалось ранее, – это совокупность наук о природе, взятых в их взаимосвязи. Однако данное определение не отражает в полной мере сущности естествознания, поскольку природа выступает как единое целое. Это единство не раскрывается ни одной частной наукой, ни всей их совокупностью. Множество специальных естественнонаучных дисциплин своим содержанием не исчерпывает всего, что мы подразумеваем под природой: природа глубже и богаче всех имеющихся теорий.

Понятие природы трактуется по-разному. В самом широком смысле подприродой понимается все сущее, весь мир в многообразии его форм. Природа в этом значении стоит в одном ряду с понятиями материи, Вселенной. Наиболее употребительно толкование понятия «природа» как совокупности естественных условий существования человеческого общества. В данной трактовке характеризуются место и роль природы в системе исторически меняющегося отношения к ней человека и общества. В более узком смысле под природой понимают объект науки, а точнее – совокупный объект естествознания.

Современное естествознание развивает новые подходы к пониманию природы как единого целого. Это выражается в представлениях о развитии природы, о различных формах движения материи и разных структурных уровнях организации природы, в расширяющемся представлении о типах причинных связей. Например, с созданием теории относительности существенно видоизменились взгляды на пространственно-временную организацию объектов природы; развитие современной космологии обогащает представления о направлении естественных процессов; развитие экологии привело к пониманию глубоких принципов целостности природы как единой системы.

► В настоящее время под естествознанием понимается точное естествознание, то есть такое знание о природе, которое базируется на научном эксперименте, характеризуется развитой теоретической формой и математическим оформлением.

Для развития специальных наук необходимо общее знание природы, комплексное осмысление ее объектов и явлений. Для получения таких общих представлений каждая историческая эпоха вырабатывает соответствующую естественнонаучную картину мира.

Исторические этапы познания природы

Процесс познания человеком природы начался еще в глубокой древности, но интенсивно стал развиваться в античный период. Важную роль в дальнейшем становлении естествознания как науки сыграли основанные на наблюдениях великие догадки древних философов.

Так, родоначальник античной натурфилософии Фалес сумел предсказать солнечное затмение, наблюдавшееся в Греции в 585 г. до н. э. Эмпедокл, живший в VI в. до н. э., объяснил причину солнечного затмения прохождением Луны между Солнцем и Землей. Эмпедокл также высказал удивительную догадку о том, что свет распространяется с огромной скоростью и мы просто не замечаем длительности его распространения. Помимо работ в области астрономии Фалес известен также своими трудами по географии и физиологии, а Эмпедокл прославился не только как философ, но и как врач, физик и физиолог. Широко известны достижения античности в математике (Евклид, III в. до н. э., Пифагор, VI в. до н. э.), механике (Архимед, III в. до н. э.), астрономии (Птолемей, II в. до н. э.).

В средневековье процесс познания природы находился в полной зависимости от богословия. В этот период развивались астрология, алхимия, магия и другие виды оккультного знания. Тем не менее постепенно накапливались новые факты и оттачивалась логика теоретического мышления. Например, возникновению и развитию научной химии, несомненно, способствовали работы средневековых алхимиков.

Историю алхимии обычно начинают с IV в. н. э. В течение примерно тысячелетия алхимики пытались с помощью химических реакций, протекающих в сопровождении специфических заклинаний, получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия, создать универсальный растворитель. В качестве побочных продуктов их деятельности появились многие открытия, решения практически важных задач. Были созданы технологии получения красок, стекол, лекарств, сплавов. Алхимические исследования, не состоявшиеся теоретически, в дальнейшем явились основой для развития экспериментального естествознания.

Особую роль в развитии процесса познания природы в X–XII вв. сыграли мыслители арабско-мусульманского мира, сохранившие связь с античной натурфилософией: ирано-таджикский философ и врач Ибн-Сина (Авиценна), ирано-таджикский математик, астроном, поэт и мыслитель Омар Хайям, арабский философ и врач Ибн Рошд (Аверроэс). Таким образом, в античный и средневековый периоды были созданы предпосылки для развития научного естествознания.

Становление естествознания в современном его понимании, по мнению историков науки, прошло три стадии и в конце ХХ в. вступило в четвертую стадию.

Первая стадия научного естествознания – натурфилософия, зародившаяся в позднем средневековье, относится к эпохе Возрождения (XV–XVI вв.). Этот период характеризуется получением знаний путем наблюдения, а не эксперимента, преобладанием догадок, а не опытно воспроизводимых выводов. При этом натурфилософия несет в себе глубокую конструктивную идею необходимости союза естествознания и философии, что прослеживается во всей последующей истории естествознания. Так, картина мироздания Дж. Бруно представляет собой воспроизведение философской модели античных атомистов на основе данных астрономических наблюдений. Итальянский философ доказывал, что у Вселенной нет центра, она беспредельна и состоит из бесконечного множества звездных систем. Теоретические положения и выводы, сделанные Дж. Бруно, базируются не столько на опытных данных, сколько на философском положении о целостности и непротиворечивости картины мира.

Таким образом, несмотря на неразвитость естествознания, стадию натурфилософии отличает важная методологическая основа – синтез философских и естественнонаучных идей. Именно благодаря философскому подходу к осмыслению естественнонаучных знаний создаются научные картины мира, которые вырабатываются наукой каждой исторической эпохи.

Вторая стадия развития естествознания – аналитическое естествознание (XVII – конец XIX в.) – связана с формированием и систематическим развитием экспериментально-теоретических исследований. Натурфилософское познание природы превратилось в современное естествознание, в систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения полученных результатов. На стадии аналитического естествознания была получена основная масса достижений в изучении природы. Среди них – открытие законов классической механики, закона всемирного тяготения, периодического закона, разработка теории химического строения органических соединений, теории эволюции живых организмов.

Возникли и начали интенсивное развитие естественные науки: физика, химия, биология, география, геология. Накопление знаний требовало более детального изучения объектов, что вело к дифференциации соответствующих наук. Так, химия разделилась на органическую и неорганическую, затем появились физическая и аналитическая химия. В биологии были выделены ботаника, зоология, анатомия, физиология. При этом внимание ученых было обращено главным образом на исследование объектов природы в сравнении с исследованиями процессов. Так, в химии изучали главным образом элементный состав и строение молекул веществ, и только к концу XIX в. ведущее место стало занимать учение о химических реакциях. В этот период преобладал подход к рассмотрению природы как неизменной во времени, то есть вне эволюции, а ее разных сфер – вне связи друг с другом. Несмотря на то что естествознание постепенно проникалось идеями эволюционного развития, данный подход просуществовал в науке вплоть до середины XIX в.

Таким образом, стадию аналитического естествознания характеризуют следующие особенности:

♦ тенденция к возрастающей дифференциации естественных наук;

♦ преобладание эмпирических (то есть полученных посредством эксперимента) знаний над теоретическими;

♦ преимущественное исследование объектов природы в сравнении с исследованиями процессов;

♦ подход к рассмотрению природы как неизменной во времени, а ее разных сфер – вне связи друг с другом.

Третья стадия – синтетическое естествознание (конец XIX – конец XX в.).

На стадии синтетического естествознания возрастает роль теоретических знаний, интенсивно исследуются как природные объекты, так и процессы. Эволюционный подход к познанию природы становится методологической основой синтетического естествознания. Этот периодразвития науки характеризуется ясным пониманием целостности природы и неразрывной взаимосвязи отдельных ее частей. Например, любой живой организм можно рассматривать как механическую систему и как систему термодинамическую. Одновременно жизнь рассматривается как множество непрерывно протекающих химических реакций. При этом важно понимать, что данные подходы имеют относительный характер. Живой организм – единое целое, и потому подход к его изучению должен быть комплексным. Одним из результатов комплексного подхода к изучению природы как единого целого стало возникновение экологии – науки о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой.

Необходимость комплексного изучения природных объектов и явлений, с одной стороны, и одновременно растущая дифференциация наук—с другой, привели к необходимости создания синтетических дисциплин. Так на стыке смежных наук – биологии, химии, физики – появились физическая химия, биохимия, физико-химическая биология. Таким образом, главной отличительной особенностью синтетического естествознания является ориентация на создание синтетических научных дисциплин.

В конце ХХ столетия естествознание вступило в четвертую стадию своего развития, которую называют интегральным естествознанием. Интегральное естествознание характеризуется не столько продолжающимися процессами синтеза двух-трех смежных наук, сколько масштабным объединением разных дисциплин и направлений научных исследований. Примером таких новых интегральных научных направлений является кибернетика.

Кибернетика – это наука об общих принципах управления в машинах, живых организмах и обществе. Это интегральная наука, возникшая на стыке ряда специальных дисциплин – теории автоматов, техники связи, математической логики, теории информации и др.

Другим примером масштабной научной интеграции является синергетика, претендующая на роль общей теории развития. Синергетика – новое направление междисциплинарных научных исследований процессов возникновения порядка из беспорядка (самоорганизации) в открытых системах физической, химической, биологической и другой природы. Существенную роль в процессе научной интеграции выполняют такие общенаучные методы исследования, как математизация естествознания, разработка принципов системных исследований, использование новейших информационных технологий.

Таким образом, современный этап в развитии естествознания отличают ясное понимание целостности природы, эволюционный подход к ее изучению и к осмыслению результатов исследований, интенсивно идущие процессы интеграции разных научных направлений. Усиливающаяся тенденция к интеграции естественных наук позволяет предположить, что в дальнейшем на какой-то более глубокой основе будут объединены все науки о неживой и живой природе. Естествознание, вероятно, будет выступать как единая и многогранная наука о природе.

Структура современного естествознания

Современное естествознание представляет собой раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или эмпирических обобщений, описывающих природные явления. Совокупный объект естествознания – природа. Предмет естествознания – факты и явления природы, которые воспринимаются нашими органами чувств непосредственно или опосредованно, с помощью приборов.

Задача ученого состоит в том, чтобы выявить эти факты, обобщить их и создать теоретическую модель, включающую законы, управляющие явлениями природы. Например, явление тяготения – конкретный факт, установленный посредством опыта; закон всемирного тяготения – вариант объяснения данного явления. При этом эмпирические факты и обобщения, будучи установленными, сохраняют свое первоначальное значение. Законы могут быть изменены в ходе развития науки. Так, закон всемирного тяготения был скорректирован после создания теории относительности.

Основной принцип естествознания гласит: знания о природе должны допускать эмпирическую проверку.

Это означает, что истиной в науке признается то положение, которое подтверждается воспроизводимым опытом. Таким образом, опыт является решающим аргументом принятия той или иной теории.

Современное естествознание представляет собой сложный комплекс наук о природе. Оно включает в себя такие науки, как биология, физика, химия, астрономия, география, экология и др. Естественные науки различаются предметом своего изучения. Например, предметом изучения биологии являются живые организмы, химии – вещества и их превращения. Астрономия изучает небесные тела, география – особую (географическую) оболочку Земли, экология – взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. Каждая естественная наука сама является комплексом наук, возникших на разных этапах развития естествознания. Так, в состав биологии входят ботаника, зоология, микробиология, генетика, цитология и другие науки. При этом предметом изучения ботаники являются растения, зоологии – животные, микробиологии – микроорганизмы. Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов, цитология – живую клетку. Химия также подразделяется на ряд более узких наук: органическая химия, неорганическая химия, аналитическая химия. К географическим наукам относят геологию, землеведение, геоморфологию, климатологию, физическую географию. Дифференциация наук привела к выделению еще более мелких областей научного знания. К примеру, биологическая наука зоология включает в себя орнитологию, энтомологию, герпетологию, этологию, ихтиологию и т. д. Орнитология – наука, изучающая птиц; энтомология – насекомых; герпетология – пресмыкающихся; этология – наука о поведении животных; ихтиология изучает рыб.

Современная тенденция развития естествознания такова, что одновременно с дифференциацией научного знания идут противоположные процессы – соединение отдельных областей знания, создание синтетических научных дисциплин. При этом важно, что объединение научных дисциплин происходит как внутри различных областей естествознания, так и между ними. Так, в химической науке на стыке органической химии с неорганической и биохимией возникли химия металлоорганических соединений и биоорганическая химия соответственно. Примерами межнаучных синтетических дисциплин в естествознании могут служить такие дисциплины, как физическая химия, химическая физика, биохимия, биофизика, физико-химическая биология.

Однако современный этап развития естествознания – интегральное естествознание – характеризуется не столько продолжающимися процессами синтеза смежных наук, сколько масштабным объединением разных дисциплин и направлений научных исследований, причем тенденция к масштабной интеграции научного знания неуклонно возрастает.

В естествознании различают науки фундаментальные и прикладные. 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. Например, физика металлов и физика полупроводников являются теоретическими прикладными дисциплинами, а металловедение, полупроводниковая технология – практическими прикладными науками. Таким образом, познание законов природы и построение на этой основе картины мира – непосредственная, ближайшая цель естествознания. Содействие практическому использованию этих законов – конечная его задача.

От общественных и технических наук естествознание отличается по предмету, целям и методологии исследования. При этом естествознание рассматривается как эталон научной объективности, поскольку эта область знания раскрывает общезначимые истины, принимаемые всеми людьми. К примеру, другой крупный комплекс наук – обществознание – всегда был связан с групповыми ценностями и интересами, имеющимися как у самого ученого, так и в предмете исследования. Поэтому в методологии обществознания наряду с объективными методами исследования приобретает большое значение переживание изучаемого события, субъективное отношение к нему. Естествознание имеет существенные методологические отличия и от технических наук, обусловленные тем, что целью естествознания является познание природы, а целью технических наук – решение практических вопросов, связанных с преобразованием мира.

Однако провести четкую грань между естественными, общественными и техническими науками на современном уровне их развития нельзя, поскольку существует целый ряддисциплин, занимающих промежуточное положение или являющихся комплексными. Так, на стыке естественных и общественных наук находится экономическая география, на стыке естественных и технических – бионика. Комплексной дисциплиной, которая включает и естественные, и общественные, и технические разделы, является социальная экология.

Таким образом,

► современное естествознание представляет собой обширный развивающийся комплекс наук о природе, характеризующийся одновременно идущими процессами научной дифференциации и создания синтетических дисциплин и ориентированный на интеграцию научных знаний.

Естествознание является основой для формирования научной картины мира.

► Под научной картиной мира понимают целостную систему представлений о мире, его общих свойствах и закономерностях, возникающую в результате обобщения основных естественнонаучных теорий.

Научная картина мира находится в постоянном развитии. В ходе научных революций в ней происходят качественные преобразования, старая картина мира сменяется новой. Каждая историческая эпоха формирует свою научную картину мира.

1.3. Методы естественнонаучных исследований

Научное знание представляет собой систему, имеющую несколько уровней познания, различающихся по целому ряду параметров. В зависимости от предмета, характера, типа, метода и способа получаемого знания выделяют эмпирический и теоретический уровни познания. Каждый из них выполняет определенные функции и располагает специфическими методами исследования. Уровням соответствуют взаимосвязанные, но в то же время специфические виды познавательной деятельности: эмпирическое и теоретическое исследования. Выделяя эмпирический и теоретический уровни научного познания, современный исследователь отдает себе отчет в том, что если в обыденном познании правомерно различать чувственный и рациональный уровни, то в научном исследовании эмпирический уровень исследования никогда не ограничивается чисто чувственным знанием, теоретическое знание не представляет собой чистую рациональность. Даже первоначальные эмпирические знания, полученные путем наблюдения, фиксируются с использованием научных терминов. Теоретическое знание также не является чистой рациональностью. При построении теории используются наглядные представления, которые являются основой чувственного восприятия. Таким образом, можно сказать, что в начале эмпирического исследования преобладает чувственное, а в теоретическом – рациональное. На уровне эмпирического исследования не исключено выявление зависимостей и связей между явлениями, определенных закономерностей. Но если эмпирический уровень может уловить только внешнее проявление, то теоретический доходит до объяснения сущностных связей исследуемого объекта.

Эмпирические знания – результат непосредственного взаимодействия исследователя с реальностью в наблюдении или эксперименте. На эмпирическом уровне происходит не только накопление фактов, но и их первичная систематизация, классификация, что позволяет выявлять эмпирические правила, принципы и законы, которые преобразуются в наблюдаемые явления. На этом уровне исследуемый объект отражается преимущественно во внешних связях и проявлениях. Сложность научного знания определяется наличием в нем не только уровней и методов познания, но и форм, в которых оно фиксируется и развивается. Основными формами научного познания являются факты, проблемы, гипотезы и теории. Их значение – раскрывать динамику процесса познания в ходе исследования и изучения какого-либо объекта. Установление фактов является необходимым условием успешности естественнонаучных исследований. Для построения теории факты должны быть не только достоверно установлены, систематизированы и обобщены, но и рассмотрены во взаимосвязи. Гипотеза – это предположительное знание, которое носит вероятностный характер и требует проверки. Если в ходе проверки содержание гипотезы не согласуется с эмпирическими данными, то оно отвергается. Если же гипотеза подтверждается, то можно говорить о ней с той или иной степенью вероятности. В результате проверки и доказательства одни гипотезы становятся теориями, другие уточняются и конкретизируются, третьи отбрасываются, если их проверка дает отрицательный результат. Основным критерием истинности гипотезы является практика в разных формах.

Научная теория – обобщенная система знаний, дающая целостное отображение закономерных и существенных связей в определенной области объективной реальности. Основная задача теории заключается в том, чтобы описать, систематизировать и объяснить все множество эмпирических фактов. Теории классифицируют как описательные, научные и дедуктивные. В описательных теориях исследователи формулируют общие закономерности на основе эмпирических данных. Описательные теории не предполагают логического анализа и конкретности доказательств (физиологическая теория И. Павлова, эволюционная теория Ч. Дарвина и др.). В научных теориях конструируют модель, замещающую реальный объект. Следствия теории проверяются экспериментом (физические теории и др.). В дедуктивных теориях разработан специальный формализованнный язык, все термины которого подвергаются интерпретации. Первая из них – «Начала» Евклида (сформулирована основная аксиома, потом к ней добавлены положения, логически выведенные из нее, и все доказательства проводятся на этой основе).

Главными элементами научной теории являются принципы и законы. Принципы представляют общие и важные подтверждения теории. В теории принципы играют роль первичных предпосылок, образующих ее основу. В свою очередь, содержание каждого принципа раскрывается с помощью законов. Они конкретизируют принципы, раскрывают механизм их действия, логику взаимосвязи, вытекающих из них следствий. Законы представляют собой форму теоретических утверждений, раскрывающих общие связи изучаемых явлений, объектов и процессов. При формулировании принципов и законов исследователю достаточно непросто уметь увидеть за многочисленными, часто совершенно непохожими внешне фактами именно существенные свойства и характеристики исследуемых свойств объектов и явлений. Трудность заключается в том, что в непосредственном наблюдении зафиксировать сущностные характеристики исследуемого объекта сложно. Поэтому прямо перейти с эмпирического уровня познания на теоретический нельзя. Теория не строится путем непосредственного обобщения опыта, поэтому следующим шагом становится формулирование проблемы. Она определяется как форма знания, содержанием которой является осознанный вопрос, для ответа на который имеющихся знаний недостаточно. Поиск, формулирование и решение проблем – основные черты научной деятельности. В свою очередь, наличие проблемы при осмыслении необъяснимых фактов влечет за собой предварительный вывод, требующий экспериментального, теоретического и логического подтверждения. Процесс познания окружающего мира представляет собой решение разного рода задач, возникающих в ходе практической деятельности человека. Эти проблемы решаются путем использования особых приемов – методов.

► Метолы науки – совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.

Методы исследований оптимизируют деятельность человека, вооружают его наиболее рациональными способами организации деятельности. А. П. Садохин кроме выделения уровней познания при классификации научных методов учитывает критерий применяемости метода и выделяет общие, особенные и частные методы научного познания. Выделенные методы часто сочетаются и комбинируются в процессе исследования.

Общие методы познания касаются любой дисциплины и дают возможность соединить все этапы процесса познания. Эти методы используются в любой области исследования и позволяют выявлять связи и признаки исследуемых объектов. В истории науки исследователи к таким методам относят метафизический и диалектический методы. Частные методы научного познания – это методы, применяющиеся только в отдельной отрасли науки. Различные методы естествознания (физики, химии, биологии, экологии и т. д.) являются частными по отношению к общему диалектическому методу познания. Иногда частные методы могут использоваться за пределами тех отраслей естествознания, в которых они возникли. Например, физические и химические методы используются в астрономии, биологии, экологии. Часто исследователи применяют комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, экология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, биологии. Частные методы познания связаны с особенными методами. Особенные методы исследуют определенные признаки изучаемого объекта. Они могут проявляться на эмпирическом и на теоретическом уровнях познания и быть универсальными.

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

Наблюдение представляет собой целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, чувственное отражение объектов и явлений, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Поэтому исследование чаще всего начинается с наблюдения, и лишь потом исследователи переходят к другим методам. Наблюдения не связаны с какой-либо теорией, но цель наблюдения всегда связана с некой проблемной ситуацией. Наблюдение предполагает наличие определенного плана исследования, предположение, подвергаемое анализу и проверке. Наблюдения используются там, где нельзя поставить прямой эксперимент (в вулканологии, космологии). Результаты наблюдения фиксируются в описании, отмечающем те признаки и свойства изучаемого объекта, которые являются предметом изучения. Описание должно быть максимально полным, точным и объективным. Именно описания результатов наблюдения составляют эмпирический базис науки, на их основе создаются эмпирические обобщения, систематизация и классификация.

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

Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий объект или явление для изучения его различных сторон, связей и отношений. В ходе экспериментального исследования ученый вмешивается в естественный ход процессов, преобразует объект исследования. Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде. Это происходит за счет максимального исключения воздействия посторонних факторов. Экспериментатор отделяет существенные факты от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию. Такое упрощение способствует глубокому пониманию сути явлений и процессов и создает возможность контролировать многие важные для данного эксперимента факторы и величины. Для современного эксперимента характерны особенности: увеличение роли теории на подготовительном этапе эксперимента; сложность технических средств; масштабность эксперимента. Основная задача эксперимента заключается в проверке гипотез и выводов теорий, имеющих фундаментальное и прикладное значение. В экспериментальной работе при активном воздействии на исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые и являются предметом изучения в естественных либо специально созданных условиях. В процессе естественнонаучного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию исследуемого объекта и создают для него различные управляемые условия. С. X. Карпенков подразделяет экспериментальные средства по содержанию на следующие системы:

♦ систему, содержащую исследуемый объект с заданными свойствами;

♦ систему, обеспечивающую воздействие на исследуемый объект;

♦ измерительную систему.

С. Х. Карпенков указывает, что в зависимости от поставленной задачи данные системы играют разную роль. Например, при определении магнитных свойств вещества результаты эксперимента во многом зависят от чувствительности приборов. В то же время при исследовании свойств вещества, не встречающегося в природе в обычных условиях, да еще и при низкой температуре, важны все системы экспериментальных средств.

В любом естественнонаучном эксперименте выделяют такие этапы:

♦ подготовительный этап;

♦ этап сбора экспериментальных данных;

♦ этап обработки результатов.

Подготовительный этап представляет собой теоретическое обоснование эксперимента, его планирование, изготовление образца исследуемого объекта, выбор условий и технических средств исследований. Результаты, полученные на хорошо подготовленной экспериментальной базе, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить те или иные признаки исследуемого объекта, сопоставить полученные результаты с гипотезой, что очень важно при определении правильности и степени достоверности окончательных результатов исследования.

Для повышения достоверности полученных результатов эксперимента необходимы:

♦ многократная повторность измерений;

♦ совершенствование технических средств и приборов;

♦ строгий учет факторов, влияющих на исследуемый объект;

♦ четкое планирование эксперимента, позволяющее учесть специфику исследуемого объекта.

Среди особенных теоретических методов научного познания выделяют процедуры абстрагирования и идеализации. В процессах абстрагирования и идеализации формируются понятия и термины, используемые во всех теориях. Понятия отражают существенную сторону явлений, появляющуюся при обобщении исследования. При этом из объекта или явления выделяется только некоторая его сторона. Так, понятию «температура» может быть дано операционное определение (показатель степени нагретости тела в определенной шкале термометра), а с позиций молекулярно-кинетической теории температура – это величина, пропорциональная средней кинетической энергии движения частиц, составляющих тело. Абстрагирование – мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые считают несущественными. Таковы модели точки, прямой линии, окружности, плоскости. Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Реальные объекты в каких-то задачах могут быть заменены этими абстракциями (Землю при движении вокруг Солнца можно считать материальной точкой, но нельзя при движении по ее поверхности).

Идеализация представляет операцию мысленного выделения какого-то одного важного для данной теории свойства или отношения, мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством (отношением). В результате идеальный объект обладает только этим свойством (отношением). Наука выделяет в реальной действительности общие закономерности, которые существенны и повторяются в различных предметах, поэтому приходится идти на отвлечения от реальных объектов. Так образуются такие понятия, как «атом», «множество», «абсолютно черное тело», «идеальный газ», «сплошная среда». Полученные таким образом идеальные объекты в действительности не существуют, так как в природе не может быть предметов и явлений, имеющих только одно свойство или качество. При применении теории необходимо вновь сопоставить полученные и использованные идеальные и абстрактные модели с реальностью. Поэтому важны выбор абстракций в соответствии с их адекватностью данной теории и последующее исключение их.

Среди особенных универсальных методов исследований выделяют анализ, синтез, сравнение, классификацию, аналогию, моделирование. Процесс естественнонаучного познания совершается так, что мы сначала наблюдаем общую картину изучаемого объекта, при которой частности остаются в тени. При таком наблюдении нельзя познать внутреннюю структуру объекта. Для ее изучения мы должны разделить изучаемые объекты.

Анализ – одна из начальных стадий исследования, когда от цельного описания объекта переходят к его строению, составу, признакам и свойствам. Анализ – метод научного познания, в основе которого лежит процедура мысленного или реального разделения объекта на составляющие его части и их отдельное изучение. Невозможно познать сущность объекта, только выделяя в нем элементы, из которых он состоит. Когда путем анализа частности исследуемого объекта изучены, он дополняется синтезом.

Синтез – метод научного познания, в основе которого лежит объединение выделенных анализом элементов. Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единственных знаний, полученных с помощью анализа. Он показывает место и роль каждого элемента в системе, их связь с другими составными частями. Анализ фиксирует в основном то специфическое, что отличает части друг от друга, синтез – обобщает аналитически выделенные и изученные особенности объекта. Анализ и синтез берут свое начало в практической деятельности человека. Человек научился мысленно анализировать и синтезировать лишь на основе практического разделения, постепенно осмысливая то, что происходит с объектом при выполнении практических действий с ним. Анализ и синтез являются компонентами аналитико-синтетического метода познания.

При количественном сопоставлении исследуемых свойств, параметров объектов или явлений говорят о методе сравнения. Сравнение – метод научного познания, позволяющий установить сходство и различие изучаемых объектов. Сравнение лежит в основе многих естественнонаучных измерений, составляющих неотъемлемую часть любых экспериментов. Сравнивая объекты между собой, человек получает возможность правильно познавать их и тем самым правильно ориентироваться в окружающем мире, целенаправленно воздействовать на него. Сравнение имеет значение, когда сравниваются действительно однородные и близкие по своей сущности объекты. Метод сравнения выделяет отличия исследуемых объектов и составляет основу любых измерений, то есть основу экспериментальных исследований.

Классификация – метод научного познания, который объединяет в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках. Классификация позволяет свести накопленный многообразный материал к сравнительно небольшому числу классов, типов и форм и выявить исходные единицы анализа, обнаружить устойчивые признаки и отношения. Как правило, классификации выражаются в виде текстов на естественных языках, схем и таблиц.

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

Метод аналогии тесно связан с методом моделирования, который представляет собой изучение каких-либо объектов с помощью моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал. В основе этого метода лежит существенное сходство объекта-оригинала и его модели. В современных исследованиях используют различные виды моделирования: предметное, мысленное, символическое, компьютерное. Предметное моделирование представляет собой использование моделей, воспроизводящих определенные характеристики объекта. Мысленное моделирование представляет собой использование различных мысленных представлений в форме воображаемых моделей. Символическое моделирование использует в качестве моделей чертежи, схемы, формулы. В них в символико-знаковой форме отражаются определенные свойства оригинала. Видом символического моделирования является математическое моделирование, производимое средствами математики и логики. Оно предполагает формирование систем уравнений, которые описывают исследуемое природное явление, и их решение при различных условиях. Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время (Садохин А. П., 2007).

Разнообразие методов научного познания создает трудности в их применении и понимании их роли. Эти проблемы решаются особой областью знания – методологией. Основной задачей методологии является изучение происхождения, сущности, эффективности, развития методов познания.