Методы естественных наук

Методы  естественных наук

что такое : ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ в статье ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ  

ЕСТЕСТВЕННЫЕ  НАУКИ – получившее права гражданства  с 18 в. название для совокупности всех наук, занимающихся исследованием природы. Первые исследователи природы (натурфилософы) включали, каждый по-своему, всю природу в круг своей мыслительной деятельности. Прогрессирующее развитие естественных наук и их углубление в исследование привело к расчленению, еще и теперь не закончившемуся, единой науки о природе на отдельные ее отрасли – в зависимости от предмета исследования или по принципу разделения труда. Своим авторитетом естественные науки обязаны, с одной стороны, научной точности и последовательности, а с другой – своему практическому значению как средству покорения природы. Главные сферы естественных наук – материя, жизнь, человек, Земля, Вселенная – позволяют сгруппировать их следующим образом: 1) физика, химия, физическая химия; 2) биология, ботаника, зоология; 3) анатомия, физиология, учение о происхождении и развитии, учение о наследственности; 4) геология, минералогия, палеонтология, метеорология, география (физическая); 5) астрономия вместе с астрофизикой и астрохимией. Математика, по мнению ряда натурфилософов, не относится к естественным наукам, но является решающим инструментом их мышления. Кроме того, среди естественных наук, в зависимости от метода, существует следующее различие: описательные науки довольствуются исследованием фактических данных и их связей, которые они обобщают в правила и законы; точные естественные науки облекают факты и связи в математическую форму; однако это различие проводится непоследовательно. Чистая наука о природе ограничивается научным исследованием, прикладная наука (медицина, сельское и лесное хозяйство и вообще техника) использует его для освоения и преобразования природы. Рядом с науками о природе стоят науки о духе, и те и др. философия объединяет в единую науку, они выступают как частные науки; ср. Физическая картина мира. 

Методы  естественно-научного познания 

В основе методов естествознания лежит единство его эмпирической и теоретической  сторон. Они взаимосвязаны и обусловливают  друг друга. Их разрыв, или преимущественное развитие одной за счет другой, закрывает  путь к правильному познанию природы - теория становится беспредметной, опыт - 

слепым. 

Методы  естествознания могут  быть подразделены на следующие группы: 

1. Общие  методы, касающиеся любого предмета, любой науки. Это различные  формы метода, дающего возможность  связывать воедино все стороны  процесса познания, все его ступени,  например, метод восхождения от  абстрактного к конкретному, единства логического и исторического. Это, скорее, общефилософские методы познания. 

2. Особенные  методы касаются лишь одной  стороны изучаемого предмета  или же определенного приема  исследования: 

анализ, синтез, индукция, дедукция. К числу  особенных методов также относятся  наблюдение, измерение, сравнение и  эксперимент. 

В естествознании особенным методам науки придается  чрезвычайно важное значение, поэтому в рамках нашего курса необходимо более подробно рассмотреть их сущность. 

Наблюдение - это целенаправленный строгий процесс  восприятия предметов действительности, которые не должны быть изменены. Исторически  метод наблюдения развивается как  составная часть трудовой операции, включающей в себя установление соответствия продукта труда его запланированному образцу. 

Наблюдение  как метод познания действительности применяется либо там, где невозможен или очень затруднен эксперимент (в астрономии, вулканологии, гидрологии), либо там, где стоит задача изучить  именно естественное функционирование или поведение объекта (в этологии, социальной психо­логии и т.п.). Наблюдение как метод предполагает наличие программы исследования, формирующейся на базе прошлых убеждений, установленных фактов, принятых концепций. Частными случаями метода наблюдения являются измерение и сравнение. 

Эксперимент - метод познания, при помощи которого явления действительности исследуются  в контролируемых и управляемых  условиях. Он отличается от наблюдения вмешательством в исследуемый объект, то есть активностью по отношению  к нему. Проводя эксперимент, исследователь  не ограничивается пассивным наблюдением  явлений, а сознательно вмешивается  в естественный ход их протекания путем непо­средственного воздействия на изучаемый процесс или изменения условий, в которых проходит этот процесс. 

Специфика эксперимента состоит также в  том, что в обычных условиях процессы в природе крайне сложны и запутанны, не поддаются полному контролю и  управлению. Поэтому возникает задача организации такого исследования, при  котором можно было бы проследить ход процесса в «чистом» виде. В  этих целях в эксперименте отделяют существенные фак­торы от несущественных и тем самым значительно упрощают ситуацию. В итоге такое упрощение способствует более глубокому пониманию явлений и создает возможность контролировать немногие существенные для данного процесса факторы и величины. 

Развитие  естествознания выдвигает проблему строгости наблюдения и эксперимента. Дело в том, что они нуждаются  в специальных инструментах и  приборах, которые последнее время  становятся настолько сложными, что  сами начинают оказывать влияние  на объект наблюдения и эксперимента, чего по условиям быть не должно. Это прежде всего относится к исследованиям в области физики микромира (квантовой механике, квантовой электродинамике и т.д.). 

Аналогия - метод познания, при котором  происходит перенос знания, полученного  в ходе рассмотрения какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный  и в данный момент изучаемый. Метод  аналогии основывается на сходстве предметов  по ряду каких-либо признаков, что позволяет  получить вполне достоверные знания об изучаемом предмете. 

Применение  метода аналогии в научном познании требует определенной осторожности. Здесь чрезвычайно важно четко  выявить условия, при которых  он работает наиболее эффективно. Однако в тех случаях, когда можно  разработать систему четко сформулированных правил переноса знаний с модели на прототип, результаты и выводы по методу аналогии приобретают доказательную  силу. 

Моделирование - метод научного познания, основанный на изучении каких-либо объектов посредством  их моделей. Появление этого метода вызвано тем, что иногда изучаемый  объект или явление оказываются  недоступными для прямого вмешательства  познающего субъекта или такое вмешательство  по ряду причин является нецелесообразным. Моделирование предполагает перенос  исследовательской деятельности на другой объект, выступающий в роли заместителя интересующего нас  объекта или явления. Объект-заместитель  называют моделью, а объект исследования - оригиналом, или прототипом. При  этом модель выступает как такой  заместитель прототипа, который  позволяет получить о последнем  определенное знание. 

Таким образом, сущность моделирования как метода познания заключается в замещении  объекта исследования моделью, причем в качестве модели могут быть использованы объекты как естественного, так  и искусственного происхождения. Возможность  моделирования основана на том, что  модель в определенном отношении  отображает какие-либо стороны прототипа. При моделировании очень важно  наличие соответствующей теории или гипотезы, которые строго указывают  пределы и границы допустимых упрощений. 

Основными элементами естествознания являются:

твердо  установленные факты;

закономерности, обобщающие группы фактов;

теории, как правило, представляющие собой  системы закономерностей, в совокупности описывающих некий фрагмент реальности;

научные картины мира, рисующие обобщенные образы всей реальности, в которых  сведены в некое системное  единство все теории, допускающие  взаимное согласование. 

Проблема  различия теоретического и эмпирического  уровней научного познания коренится  в разнице способов идеального воспроизведения  объективной реальности, подходов к  построению системного знания. Отсюда вытекают и другие, уже производные  отличия этих двух уровней. За эмпирическим знанием, в частности, исторически  и логически закрепилась функция  сбора, накопления и первичной рациональной обработки данных опыта. Его главная задача — фиксация фактов. Объяснение же, интерпретация их — дело теории. 

Методологические  программы сыграли свою важную историческую роль. Во-первых, они стимулировали  огромное множество конкретных научных  исследований, а во-вторых, «высекли искру» некоторого понимания структуры  научного познания. Выяснилось, что  оно как бы «двухэтажно». И хотя занятый теорией «верхний этаж»  вроде бы надстроен над «нижним» (эмпирией) и без последнего должен рассыпаться, но между ними почему-то нет прямой и удобной лестницы. Из нижнего этажа на верхний можно попасть только «скачком» в прямом и переносном смысле. При этом, как бы ни была важна база, основа (нижний эмпирический этаж нашего зна­ния), решения, определяющие судьбу постройки, принимаются все-таки наверху, во владениях теории. 

В наше время стандартная модель строения научного знания выглядит примерно так. Познание начинается с установления путем наблюдения или экспериментов  различных фактов. Если среди этих фактов обнаруживается некая регулярность, повторяемость, то в принципе можно  утверждать, что найден эмпирический закон, первичное эмпирическое обобщение. И все бы хорошо, но, как правило, рано или поздно отыскиваются такие факты, которые никак не встраиваются в обнаруженную регулярность. Тут на помощь призывается творческий интеллект ученого, его умение мысленно перестроить известную реальность так, чтобы выпадающие из общего ряда факты вписались, наконец, в некую единую схему и перестали противоре­чить найденной эмпирической закономерности. 

Обнаружить  эту новую схему наблюдением  уже нельзя, ее нужно придумать, сотворить  умозрительно, представив первоначально  в виде теоретической гипотезы. Если гипотеза удачна и снимает найденное  между фактами противоречие, а  еще лучше — позволяет предсказывать  получение новых, нетривиальных  фактов, это значит, что родилась новая теория, найден теоретический  закон. 

Известно, к примеру, что эволюционная теория Ч. Дарвина долгое время находилась под угрозой краха из-за распространенных в XIX в. представлений о наследственности. Считалось, что передача наследственных признаков происходит по принципу «смешивания», т.е. родительские признаки переходят к потомству в некоем промежуточном варианте. Если скрестить, допустим, растения с белыми и красными цветками, то у полученного гибрида цветки должны быть розовыми. В большинстве случаев так оно и есть. Это эмпирически установленное обобщение на основе множества совершенно достоверных эмпирических фактов. 

Но из этого, между прочим, следовало, что  все наследуемые признаки при  скрещивании должны усредняться. Значит, любой, даже самый выгодный для организма  признак, появившийся в результате мутации (внезапного изменения наследственных структур), со временем должен исчезнуть, раствориться в популяции. А это  в свою очередь доказывало, что  естественный отбор работать не должен! Британский инженер Ф. Дженкин доказал это строго математически. Ч. Дарвину данный «кошмар Дженкина» отравлял жизнь с 1867 г., но убедительного ответа он так и не нашел. (Хотя ответ уже был найден. Дарвин просто о нем не знал.) 

Дело  в том, что из стройного ряда эмпирических фактов, рисующих убедительную в целом  картину усреднения наследуемых  признаков, упорно выбивались не менее  четко фиксируемые эмпирические факты иного порядка. При скрещивании  растений с красными и белыми цветками, пусть не часто, но все равно будут  появляться гибриды с чисто белыми или красными цветками. Однако при  усредняющем наследовании признаков  такого просто не может быть — смешав кофе с молоком, нельзя получить черную или белую жидкость! Обрати Ч. Дарвин внимание на это противоречие, наверняка, к его славе прибавилась бы еще и слава создателя генетики. Но не обратил. Как, впрочем, и большинство  его современников, считавших это  противоречие несущественным. И зря. 

Ведь  такие «выпирающие» факты портили  всю убедительность эмпирического  правила промежуточного характера  наследования признаков. Чтобы эти  факты вписать в общую картину, нужна была какая-то иная схема механизма  наследования. Она не обнаруживалась прямым индуктивным обобщением фактов, не давалась непосредственному наблюдению. Ее нужно было «узреть умом», угадать, вообразить и соответственно сформулировать в виде теоретической гипотезы. 

Эту задачу, как известно, блестяще решил Г. Мендель. Суть предложенной им гипотезы можно  выразить так: наследование носит не промежуточный, а дискретный характер. Наследуемые признаки передаются дискретными  частицами (сегодня мы называем их генами). Поэтому при передаче факторов наследственности от поколения к поколению идет их расщепление, а не смешивание. Эта  гениально простая схема, развившаяся  впоследствии в стройную теорию, объяснила  разом все эмпирические факты. Наследование признаков идет в режиме расщепления, и поэтому возможно появление  гибридов с «несмешивающимися» признаками. А наблюдаемое в большинстве  случаев «смешивание» вызвано тем, что за наследование признака отвечает, как правило, не один, а множество  генов, что и «смазывает» менделевское расщепление. Принцип естественного отбора был спасен, «кошмар Дженкина» рассеялся.