Концепции современного естествознания

1. Структура естественнонаучного познания

В современной философии науки все формы знания эмпирические факты, принципы, гипотезы, теории относятся к двум основным уровням организации знания: эмпирическому и теоретическому. Совокупность исследовательских процедур, которые ведут к достижению знания на этих уровнях, подразделяется соответственно на эмпирический и теоретический этапы исследования. Главной познавательной задачей эмпирического исследования является описание явлений, процессов и внешних связей между ними (напр., явление электромагнитной индукции). Оно позволяет обнаружить действие закона, имеющего характер эмпирических зависимостей. Теоретическое исследование предполагает объяснение изучаемых явлений.

В эмпирическом исследовании применяются абстракции, которые называются эмпирическими объектами, отличающиеся от объектов реальности. Реальный объект неисчерпаем в своих связях, свойствах и отношениях; в эмпирическом объекте фиксируются лишь некоторые свойства и отношения, необходимые для исследования. В теоретическом познании используют идеализированные объекты или теоретические конструкты. Идеализированные объекты это особые абстракции, которые являются логическими реконструкциями действительности (материальная точка, идеальный газ, абсолютно черное тело и т. п.). Эти объекты могут наделяться признаками, которых нет ни у одного реального объекта.

Основные формы знания на эмпирическом уровне научный факт и эмпирическое обобщение, сформулированное на основе научных фактов. На теоретическом уровне полученное знание фиксируется в форме законов, принципов и научных теорий, в которых раскрывается сущность изучаемых явлений. [1]

Методы познания также делятся на эмпирические (наблюдение, описание, эксперимент и др.) и теоретические (аналогия, моделирование, формализация и др.).

Структура эмпирического исследования включает два этапа:

а) наблюдения и эксперименты;

б) познавательные процедуры, обеспечивающие переход от данных наблюдения и эксперимента к установлению научных фактов, эмпирических зависимостей и их теоретическому осмыслению. Такими процедурами являются систематизация и классификация полученных эмпирических данных при помощи графиков, таблиц и т. п., а также процедура эмпирического обобщения.

Целью наблюдения является получение знания о внешних сторонах, свойствах и отношениях изучаемых объектов. Наблюдение носит деятельный характер, включает наблюдателя, объект наблюдения, средства наблюдения (приборы) и предполагает предварительную организацию изучаемого процесса, а также контроль за его протеканием.

Эксперимент это метод исследования, с помощью которого объект либо воспроизводится искусственно, либо ставится в определенные условия в соответствии с целями исследования. В процессе эксперимента исследование проходит в специально создаваемых, контролируемых и управляемых условиях. Отличительной особенностью научного эксперимента является то, что он может быть воспроизведен любым исследователем в любое время (разумеется, при соблюдении определенных условий) и с получением ожидаемого результата. Не над всеми телами можно провести эксперимент. Например, небесные светила можно только наблюдать. Эксперименты можно проводить и на моделях, т. е. на телах, размеры и масса которых пропорционально уменьшены по сравнению с реальными телами. Результаты модельных экспериментов считаются пропорциональными результатам взаимодействия реальных тел (модель заменяет объект, когда тот удален от исследователя, либо занимает обширные пространства и т. д.).

Результатом наблюдения или эксперимента выступает эмпирический факт, т. е. тот эмпирический базис, на котором основаны научные теории. Эмпирический факт это такая форма эмпирического знания, которая содержит объективную и достоверную информацию об изучаемых явлениях. Процедура перехода от наблюдений и эксперимента к установлению эмпирических зависимостей и фактов включает несколько этапов: обработку данных наблюдения, сравнение между собой данных наблюдения, устранения случайных возмущений и погрешностей, выявление в массиве данных устойчивого инвариантного содержания. Однако получение отдельных эмпирических фактов еще не позволяет построить систему законов, для этого надо перейти к теоретическому уровню научного познания.

Структура теоретического исследования содержит два уровня:

а) частные теоретические модели и законы, относящиеся к сравнительно ограниченной области явлений природы (напр., законы Кеплера, закон свободного падения тел Галилея);

б) фундаментальные научные теории, созданные на основе частных теорий и объединяющие их.

Частные теории есть следствие законов, установленных фундаментальной теорией. Так, для законов Кеплера и Галилея (свободное падение тел) такой фундаментальной теорией служит классическая механика Ньютона, обобщившая отдельные стороны механического движения.

Функционирование фундаментальных и частных теорий в научном познании предполагает их применение в объяснении и предсказании эмпирических фактов. В непрерывном процессе развития научных знаний происходит формирование частных теоретических моделей и законов.

Условием формирования нового знания является выдвижение гипотезы. Гипотеза (греч. основание, предположение) это научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо явления и требующее экспериментальной проверки и теоретического обоснования. Гипотеза, с одной стороны, призвана объяснить факты, противоречащие старой теории, а с другой способствует расширению и обобщению накопленного эмпирического материала и предсказанию новых фактов.

После выдвижения гипотезы исследование снова возвращается на эмпирический уровень для ее проверки. Если гипотеза выдерживает эмпирическую проверку, то она приобретает статус закона природы, если нет, считается опровергнутой и продолжаются поиски новой. «Превращение» гипотезы в закон науки важный этап научного познания мира. Только опираясь на законы, ученые имеют возможность понимать и объяснять многообразные факты и явления реального мира, предсказывать новые события.

Всякий закон составляет элемент научной теории. Развитая научная теория есть не что иное, как система или цепочка взаимосвязанных законов науки.

Теория (греч. рассматриваю, исследую) представляет собой систему идеальных образов, отражающих всю совокупность необходимых свойств и связей объектов в их естественной взаимозависимости. Теория является самой совершенной формой науки; только в ней знание достигает определенной полноты и завершенности, приобретая относительно безусловный, истинный характер. Когда теория построена, то выдвигается последняя задача: сопоставление теории с действительностью, построение соответствующей модели, которая бы связывала положения теории с эмпирическими фактами. При этом используется мысленный эксперимент. Связь теории с экспериментальными фактами дает основание считать эту теорию истинной вплоть до того момента, когда будет предложена новая теория, лучше объясняющая известные эмпирические факты, а также появятся новые факты, которые стали известны уже после принятия данной теории и оказались противоречащими ей.

Эмпирический и теоретический уровни знания, хотя имеют свою специфику, в действительности всегда неразрывно связаны между собой. Границы между ними условны и подвижны. В определенных точках развития науки эмпирическое переходит в теоретическое и наоборот. [1]

2. Специальная и общая теория относительности

Известно, что Фарадей отвергал атомистическую гипотезу и полагал, что в основе всех явлений природы лежит универсальное непрерывное физическое поле. Таким образом, в качестве элементарного основания физической реальности стали рассматриваться не частицы, корпускулы, а поле, которое, в отличие от корпускул, непрерывно. Новое понимание физической реальности требовало новой трактовки ее основных свойств движения, взаимодействия и т. д. Принцип дальнодействия был заменен принципом близкодействия, согласно которому взаимодействие распространяется с конечной скоростью и проходит через все промежуточные точки. Принципы близкодействия и предельной скорости света стали важнейшими в электродинамической картине мира, которая начала складываться на основе электромагнитной теории Максвелла. В новой картине материя выступает в двух формах вещества и поля.

Введение

понятия поля основное достижение электродинамической картины мира. Вещество и поле существуют порознь и не могут переходить друг в друга. Движение понимается не только как движение частиц, но и как распространение поля в виде электромагнитной волны.

Дальнейшее развитие теории поля связано с созданием релятивистской физики появлением двух новых фундаментальных физических теорий: специальной теории относительности (СТО), сформулированной А. Эйнштейном в работе «К электродинамике движущихся тел» (1905) и обшей теории относительности (ОТО, 1916).

В соответствии с этими теориями пространство, время и движение объективны и неразрывно связаны. При этом СТО устанавливает зависимость пространственно-временных свойств тела от скорости его движения.