Файл: UMK_KSE_FGOS-3_dlya_studentov_MITRO_2.doc

Особая форма эксперимента – это мысленный эксперимент, в котором в идеальном плане осуществляется преобразование воображаемых объектов.

В результате наблюдения и эксперимента получаются данные, подвергающиеся затем описанию. Описание – дополнительный метод эмпирического уровня. Описание должно быть по возможности точным, достоверным и полным. На основе описаний эмпирических данных осуществляется дальнейшая систематизация знания.

Методами теоретического уровня научного познания являются дедукция, индукция, аналогия, сравнение, моделирование.

Дедукция – это метод познания, в котором вывод о частном делается исходя из общего положения отдельных фрагментов уже устоявшегося и общепринятого знания.

Индукция – такой метод познания, в котором осуществляется вывод нового общего положения исходя из совокупности частных. Индукцию часто называют выводом от частного к общему.

Аналогия – метод познания, позволяющий на основе сходства объектов по одним признакам сделать вывод об их сходстве по другим. Аналогию называют выводом от единичного к единичному или от частного к частному.

Близким к аналогии является метод сравнения, позволяющий установить не только сходство, но и различие предметов и явлений.

Моделирование – это оперирование объектом, который является аналогом другого, по каким-то причинам недоступного для манипуляций. Благодаря моделированию можно проникнуть в недоступные свойства объекта, используя его аналог.

Методы, применяемые на метатеоретическом уровне научно­го познания, имеют вид общелогических приемов: анализ и син­тез, абстрагирование, идеализация. Анализ представляет собой мысленное разложение целого до исходных составляющих, синтез – мысленное восхождение от глубинных, исходных оснований к новой целостности, объеди­нение в единое целое отдельных сторон предмета.

Абстрагирование – мыслительный прием отвлечения от несущественных свойств и отношений объекта или явления и сосредоточение внимания на существенных.

Еще одним универсальным приемом познания выступает идеализация – мысленная процедура образования абстрактных объектов, не существующих в действительности.

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

Революции в естествознании. Смена научных картин мира

В истории естествознания процесс накопления знаний сменялся периодами научных революций, когда происходила ломка старых представлений и взамен их возникали новые теории.

Крупные научные революции связаны с такими достижения человеческой мысли, как:

• учение о гелиоцентрической системе мира Н. Коперника;

• создание классической механики И. Ньютоном;

• ряд фундаментальных открытий в биологии, геологии, химии и физике в первой половине XIX столетия, подтвердившие процесс эволюционного развития природы и установившие тесную взаимосвязь многих явлений природы;

• крупные открытия в начале XX столетия в области микромира, создание квантовой механики и теории относительности.

Рассмотрим эти основные достижения.

Польский астроном Н. Коперник в труде «Об обращении небесных сфер» предложил гелиоцентрическую картину мира вместо прежней птолемеевой (геоцентрической). Она явилась продолжением космологических идей Аристотеля, и на нее опиралась религиозная картина мира. Заслуга Н. Коперника состояла также в том, что он устранил вопрос о «перводвигателе» движения во Вселенной, так как, согласно его учению, движение является естественным свойством всех небесных и земных тел. Вполне понятно, что его учение не соответствовало мировоззрению католической церкви, и с этого времени начинается противостояние науки и церкви по главным вопросам, касающимся природы.

«Трудно переоценить значение и влияние гелиоцентрической картины мира на все естественные науки. Это было поистине яркое событие в истории естествознания: вместо прежнего неверного каркаса мироздания была введена истинная система координат околоземного космоса».

Сравнимые по масштабу перемены в теоретической физике произошли в XVII в. Был осуществлен переход от аристотелевой физики к ньютоновой, которая господствовала в западной науке в течение трех столетий. Используя эту модель, физика достигла прогресса и выгодно отличалась от других дисциплин. Ее законы приобрели математическую формулировку, она доказала свою эффективность при решении многих проблем. С тех пор западная наука добилась крупных успехов и стала мощной силой, преобразующей мир. К тому же она определенным образом формировала мировоззрение ученых. Вступала в силу механистическая картина мира.

Говоря о создании механики Ньютоном, нельзя не упомянуть имя Галилео Галилея, который стоял у ее истоков. Его принцип инерции был крупнейшим достижением человеческой мысли: предложив его миру, он решил фундаментальную проблему – проблему движения. Уже одного этого открытия было бы достаточно для того, чтобы Галилей стал выдающимся ученым Нового времени.

Однако его научные результаты разнообразны и глубоки. Он исследовал свободное падение тел и установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (в отличие от Аристотеля) и траектория брошенного тела представляет собой параболу. Известны его астрономические наблюдения Солнца, Луны, Юпитера. В работе «Диалог о двух системах мира – Птолемеевой и Коперниковой» он доказал правильность гелиоцентрической картины мира, утверждению которой способствовали передовые ученые того времени.

Первый закон механики Ньютона – это принцип инерции, сформулированный Галилеем. Во втором законе механики Ньютон утверждает, что ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе этого тела. И третий закон механики Ньютона есть закон действия и противодействия: действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и противоположны по направлению. И еще один закон, предложенный Ньютоном, закон всемирного тяготения, звучит так: все тела взаимно притягиваются прямо пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Это – универсальный закон природы, на основе которого была построена теория Солнечной системы.

«Механика Ньютона поражает своей простотой. Она имеет дело с материальными точками и расстояниями между ними и, таким образом, является идеализацией реального физического мира. Но благодаря этой простоте стало возможным построение замкнутой механической картины мира. Его теория использовала строгий математический аппарат и опиралась на научный эксперимент. Именно такая тенденция наметилась в физике после его работ».

Благодаря трудам Галилея и Ньютона XVIII век считается началом того длительного периода времени, когда господствовало механистическое мировоззрение.

Развитие биологии в XVIII веке также не обходилось без революционных открытий:

Г. Мендель (1822–1884) открыл законы наследственности, скрещивая семена гороха в течение восьми лет.

Исследуя бактерии, Л. Пастер показал, что они присутствуют в атмосфере, распространяются капельным путем и их можно разрушить высокой температурой. В XIX в. микробиология помогала побеждать инфекционные болезни.

Итогом развития эволюционной концепции стала работа Ч. Дарвина (1809–1882) «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Эта теория имела такое же влияние на умы людей, какое в свое время имела теория Коперника. Это была научная революция в области биологии. Можно сказать, что коперниковская революция указала место человека в пространстве, а теория Дарвина определила место человека во временной шкале мира.

Следующая научная революция, после которой резко изменилась система взглядов и подходов, также связана с физикой. Это произошло в конце XIX – начале XX столетия. Толчком к построению новой физической картины мира послужил ряд новых экспериментальных фактов, которые не могли быть описаны в рамках старых теорий, как это обычно бывает в науке. К таким фактам относятся, прежде всего:

• исследования Фарадея по электрическим явлениям;

• работы Максвелла и Герца по электродинамике;

• изучение явления радиоактивности Беккерелем;

• открытие первой элементарной частицы (электрона) Томсоном и т. д.

Успехи электродинамики привели к смене физических картин мира с механической на электромагнитную. В электромагнитной картине мира наряду с вещественными системами большую роль играет другой вид материи – поле, обеспечивающее взаимодействие вещественных систем.

Проникая в область микромира, физики столкнулись с неожиданными проявлениями физической реальности, для описания которой возникла потребность в новой теории, ибо сделать это с помощью классической механики не удавалось. Поэтапно, благодаря работам ряда физиков и главным образом Бора, Гейзенберга, Шредингера, Планка, де Бройля и других, была построена физическая теория микромира, создана квантовая механика. Согласно этой теории, движение микрочастиц в пространстве и времени не имеет ничего общего с механическим движением макрообъектов и подчиняется соотношению неопределенностей: если известно положение микрочастицы в пространстве, то остается неизвестным ее импульс и наоборот.

В 1905 г. А. Эйнштейн создал специальную теорию относительности, в которой свойства пространства и времени связаны с материей и вне материи теряют смысл. Эта теория дает преобразование пространственных и временных координат тел, которые двигаются со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Вторая часть теории, которая называется общей теорией относительности, связывает присутствие больших гравитационных полей (или массы) с искривлением пространства. Эта часть теории используется в космологических моделях.

Из этих моделей вытекало, что Вселенная эволюционирует. На ранней стадии развития Вселенной самыми сложными структурами были атомы водорода, существенно меньше – гелия и совсем немного – лития. После образования звёзд в их недрах возникали атомы более тяжелых элементов. Отсюда следует, что вещество тоже эволюционировало. Таким образом, идея эволюции пришла и в химию.

В результате во второй половине ХХ века зародилась эволюционная естественнонаучная картина мира, основная идея которой состоит в том, что эволюционируют все материальные системы. С 1970-х годов с развитием синергетики стало ясно, что живые системы могут возникать из неживых путём самоорганизации при наличии определенных условий.