Лекция № 3 Элементы современной физики – 4 часа

Научная парадигма анализа развития естествознания. Физическая исследовательская программа.

11. Роль концепции научной парадигмы при анализе развития естествознания

Естествознание, как и наука в целом, является частью об­щечеловеческой культуры, что предполагает необходимость выявления социокультурных детерминантов научного знания. Стремление к созданию обшей теории естествознания на фоне ин­теллектуальной атмосферы той или иной эпохи как части истории культуры привело к формированию культурно-исторического подхода к анализу развития науки, в рамках которого были вы­работаны понятия культурного фона, стиля мышления, научной картины мира, типа научной рациональности. Работы ряда физи­ков, философов, методологов и историков науки были посвящены поиску более емкой структурно-понятийной научной формации, чем фундаментальная теория, с помощью которой удалось бы найти механизмы, приводящие к революциям в науке, обосновать смену стилей мышления, научных картин мира, типов научной рациональ­ности. Наиболее известными (прижившимися в науке) являются следующие структурно-понятийные формации: научная парадигма Т. Куна, научно-исследовательская программа И. Лакатоса и кон­цепция физической исследовательской программы М.Л. Ахундова и СВ. Илларионова.

Парадигма в переводе с греческого означает пример, образец. Это понятие широко используется в языкознании, где под грамматиче­ской парадигмой понимается образец, согласно которому копиру­ются процедуры. Отсюда, по-видимому, это понятие и заимствовано Куном. «Под парадигмами я подразумеваю, - пишет Кун в работе Структура научных революций, - признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу*. Следует уточнить, что термин парадигма используется в книге Т. Куна в двух различных смыслах. С одной стороны, он обозначает всю со­вокупность убеждений, ценностей, технических средств и т.д., кото­рая характерна для членов данного сообщества, - социологический смысл термина. С другой стороны, парадигмы рассматриваются как образцовые достижения прошлого. Введение понятия парадигмы позволяет рассматривать процесс развития науки не как простое накопление отдельных открытий и изобретений, не как простой прирост знаний, а как процесс, условно разделенный на этапы, каждый из которых имеет два периода.

Первый период назван Куном периодом нормальной науки, второй период - периодом научной революции. Очевидно, что эти периоды сменяют друг друга. Понятие парадигмы у Куна тесно связано с категорией «научного сообщества*. Научное сообщество состоит из людей, признающих данную парадигму, в свою очередь, парадигма - это то, что членов научного сообщества объединяет. «Парадигмы-образцы* формируют способ видения, проверенный временем и разрешенный научной группой, определяют тем самым «стиль мышления* ученого. И непременно оказывают серьезное, в ряде случаев интуитивное влияние на направленность научных поисков при решении головоломок. Период нормальной науки знаменуется успешным решением головоломок научным сообще­ством в рамках принятой парадигмы. Смена научных парадигм происходит в связи с кризисом в науке и знаменует собой научную революцию.

Основным недостатком концепции Куна явилась слабая струк­турированность понятия парадигмы.

12. В чем преимущества концепции научно-исследова­тельских программ при анализе динамики разви­тия науки?

Концепция научно-исследовательских программ, предложенная И. Лакатосом, возникла как попытка установления таких механиз­мов и структур в динамике науки, которые адекватно описывали бы и период «нормальной науки*, и механизм смены парадигм в науке.

Лакатос предлагает следующую структуру научно-иссле­довательской программы:

1. Жесткое ядро программы.

2. Защитный пояс вспомогательных гипотез.

3. Негативная эвристика.

4. Позитивная эвристика.

Основной единицей научного знания в методологии Лакатоса является не изолированная теория или совокупность теорий, а более емкая формация - научно-исследовательская программа, объединяющая серию теорий в рамках жесткого ядра программы. В этом смысле жесткое ядро программы сопоставимо с понятием куновской парадигмы. Существование жесткого ядра - необхо­димое условие самого процесса научного исследования, обеспечи­вающее период нормальной науки. Жесткое ядро программы принимается конвенционально (по соглашению), однако в рамках данной научно-исследовательской программы оно пересмотру не подлежит.

Теоретической критике и эмпирическому опровержению под­вергаются лишь гипотезы защитного пояса. Пояс потому и на­зывается защитным, что изменения в нем не затрагивают жест­кого ядра. С течением времени исследовательская программа порождает множество теорий, каждая из которых имеет одно и то же «жесткое ядро. Сменяемость теорий в рамках одной иссле­довательской программы возможна лишь вследствие изменений вспомогательных гипотез.

Подвергать жесткое ядро фальсификации в рамках данной научно-исследовательской программы строго запрещено.

Негативная эвристика представляет собой методологические регулятивы и принципы, призванные исключать любые попытки объяснения, не согласованные с жестким ядром программы, а также предохранять жесткое ядро теории от экспериментального опровержения. И даже если в рамках программы назревают анома­лии при решении проблем, их можно не принимать во внимание, а продолжать исследование тех задач, которые решаемы.

Направление научных разработок определяет позитивная эв­ристика. Она определяет проблемы для исследования, выделяет защитный пояо вспомогательных гипотез, предвидит аномалии, вырабатывает план превращения их в подтверждающие примеры или же, фиксируя, оставляет их решение на более позднее время, если они не могут быть устранены изменением вспомогательных гипотез. И лишь когда активная сила позитивной эвристики ослабе­вает, аномалиям может быть уделено большее внимание. Исходным пунктом лакатосовской концепции является поддерживание старой научно-исследовательской программы, ее жесткого ядра, несмо­тря на аномалии, до тех пор, пока эта программа прогрессирует, до выдвижения новой, более прогрессивной программы. Научные революции связаны со сменой научно-исследовательских программ, заменой жесткого ядра старой программы жестким ядром но­вой. Все вышеназванные понятия, как-то: культурный фон, стиль мышления, тип научной рациональности, научная картина мира, научная парадигма, научно-исследовательская программа - играют важную роль при исследовании структуры и динамики естественно­научного знания, охватывают многие аспекты этого исследования и, безусловно, имеют свой круг вопросов, где каждая из концепций оказывается предпочтительней других, срабатывает лучшим об­разом. Но круг этих вопросов так или иначе ограничен, что является следствием ограниченности предложенных методологий либо их недостаточной структурированностью.

Понятия типа научной рациональности и стиля мышления имеют по существу одно и то же содержание, это близкие, даже идентичные понятия. Главная особенность их состоит в том, что они отражают уже произошедшие в науке перемены. Они являются достаточно широкими, но практически никак не структурирован­ными. Что, соответственно, и определяет границы функционирова­ния этих понятий в науке. При всей привлекательности концепции парадигмы Куна, ввиду ее слабой структурированности остаются невыясненными узловые проблемы развития научного знания, а именно, проблема генезиса нового знания, проблема выбора между конкурирующими научными теориями, проблемы критериев ис­тинности знания и т.д. Что касается научной картины мира, то в рамках этой концепции вопрос о механизмах смены научных теорий остается также неразрешенным. В этом смысле концепция научно-исследовательских программ обладает наибольшими воз­можностями для описания реального процесса развития научного знания. Она имеет определенную структуру, что позволяет прово­дить содержательный анализ элементов этой структуры, сочетает в себе глубокий историзм и динамизм в понимании научного процес­са. Однако формирующийся в настоящее время постнеклассический тип научной рациональности заостряет внимание на характере развития науки как самоорганизующемся процессе. Именно по­добного подхода недоставало Лакатосу в предлагаемой им методо­логии, что и обусловило определенные недостатки его концепции. Научно-исследовательская программа была модифицирована в формацию физических исследовательских программ, в рамках которой наиболее четко удается проследить эволюцию концепций, составляющих содержание физики как наиболее развитой есте­ственнонаучной дисциплины.

13. Содержание понятия физической исследовательской программы

Физическая исследовательская программа базируется на основных понятиях и отношениях концепции научно-иссле­довательской программы Лакатоса, но с тем важным уточнением, что в основе жесткого ядра лежит не фундаментальная, а базис­ная теория. Здесь проводится различие между фундаментальной и базисной теорией. Фундаментальная теория является конкретной теорией специального класса явлений. Базисная же должна быть представлена в такой обобщенной и абстрактной форме, которая допускает ее соединение с достаточно широким классом специаль­ных конкретизации и дополнительных гипотез. То есть базисная теория представляет собой синтез нескольких фундаментальных теорий, формируется с признаками системообразующей целостности. Именно этот фактор лежит в основе отличия базисной теории от фундаментальной. Так что не всякая фундаментальная теория становится базисной. Жесткое ядро лакатосовской модели, ис­пользуя различные гипотезы из защитного пояса, обеспечивает развитие какой-то одной конкретной фундаментальной теории. Базисная же теория использует дополнительные гипотезы не только для защиты одной теории, но способна соединяться с различными объектами исследований, формируя тем самым целый ряд фунда­ментальных теорий разнокачественных объектов. Так, например, квантовая теория поля как базисная теория формирует целый ряд фундаментальных теорий: атомную физику, ядерную физику, фи­зику элементарных частиц, физику кварков и т.д. Именно базисные теории дают возможность для развертывания в рамках программы концепций, имеющих трансдисцинлинарный характер.

Базисная теория, так же как и жесткое ядро концепции Лакатоса, включает в себя определенные положения, имеющие сугубо социокультурное происхождение. В содержании научного знания всегда имеются такие образы, происхождение которых вне-эмпирично, которые внедряются в науку как бы извне, являясь элементами культуры данной эпохи. Примером этого может служить атом Демокрита или понятие пустоты. Это так называемые «затравочные образы* теории (С.Н. Жаров). Важно то, что затра­вочные образы полностью не растворяются даже в содержании развитой теории, а функционируют в ней как системообразующее, логически необходимое ядро теоретического образа и формируют соответствующие принципы, на основе которых строится научная теория. Механизм революционных изменений в науке, возникно­вения новых исследовательских программ связан как раз с пере­смотром этих принципов. Потому чрезвычайно важно фиксировать и исследовать затравочные образы в базисной теории существующей научно-исследовательской программы.

14. Какие типы физических исследовательских программ имели место в ходе развития естествознания?

Выделяют 4 физические исследовательские программы, сменя­ющие друг друга в истории развития науки:

* механистическая исследовательская программа;

* релятивистская исследовательская программа;

* квантово-полевая исследовательская программа;

* современная физическая исследовательская программа -единая теория поля.

Механистическая исследовательская программа предпосылкой своего возникновения имеет механику Ньютона. Затравочными образами (С.Н. Жаров) ньютоновской механики выступают ато­мы (корпускулы) и пустота, а также абсолютное пространство и абсолютное время. Исходные принципы механики Ньютона яв­лялись нематематизированными, однако, базируясь на них, он получил математизированные следствия, ввел математическую символику для описания фундаментальных понятий физики и создал фундаментальную теорию - механику материальной точ­ки. Понятие материальной точки впервые введено Л. Эйлером, он же продолжает деятельность Ньютона и рассматривает большое число задач движения свободной точки в пустоте и в среде с сопро­тивлением, а также исследует движение систем связанных точек. Это последовательно приводит его к созданию фундаментальной теории - механики твердого тела. Создание базисной теории ме­ханистической исследовательской программы следует связывать с именем Ж. Лагранжа и его последователей — У. Гамильтона, П. Лапласа, Якоби и др. Обобщив достижения в области механики точки, связанных точек, движущихся по различным поверхностям, механики твердого тела, гидродинамики, теории машин и др., Лагранж находит общий аналитический метод решения различных механических задач. В дальнейшем базисная теория - аналити­ческая механика, соединяясь с различными классами различных объектов, приводит к формированию фундаментальных теорий, таких как механика небесных тел, гидродинамика, аэродинамика, механика твердого тела, теория упругости и т.д. Механистическая идеология господствовала на всем горизонте научных исследований вплоть до XX в. Однако возникли физические теории, которые не могли быть интерпретированы в рамках механистической исследо­вательской программы - это термодинамика и электродинамика. Необходимость устранения возникших несогласованностей и коллизий привела к возникновению новой физической програм­мы - релятивистской.

Релятивистская исследовательская программа своим возник­новением обязана попытке построения простой, свободной от про­тиворечий электродинамики движущихся тел. Это построение было успешно осуществлено А. Эйнштейном в созданной им специальной теории относительности (СТО). Теория относительности базируется на новом взгляде на природу пространства и времени и является, по существу, новой кинематической теорией, критически пере­осмысливающей понятия пространства и времени ньютоновской механики. На смену пространству Евклида в СТО приходит четы­рехмерное псевдоевклидово пространство Минковского, в котором время по своему месту в физических уравнениях эквивалентно трем пространственным координатам. В специальной теории относитель­ности пространство и время не могут быть рассмотрены независимо друг от друга, а речь идет о четырехмерном пространстве-времени. Четырехмерный формализм позволил создать адекватный матема­тический аппарат для обобщенного описания специальной теории относительности, то есть создать базисную теорию релятивистской исследовательской программы. Все фундаментальные физические теории впоследствии были переформулированы в четырехмерном формализме.

Несмотря на революционность специальной теории оптсительности, на возникновение на ее основе новой релятивистской исследовательской программы, включающей в себя ньютоновскую механику как свой предельный случай, релятивистская исследо­вательская программа не привела к новому типу научной рацио­нальности. Здесь возникает совершенно иной взгляд на простран­ство-время, однако вся эволюция физических явлений сохраняет идеал - классическое описание в смысле жесткой причинно-след­ственной, детерминированной связи явлений.

Стремление распространить принцип относительности на любые типы движения приводит Эйнштейна к созданию общей теории относительности (ОТО). Общая теория относительности лежит в основе космологии - науки о происхождении и эволюции Вселен­ной. Несмотря на широкий диапазон и спектр математических обобщений, используемых в построении ОТО, на сегодняшний день она может рассматриваться как фундаментальная теория, а именно, как классическая теория гравитации. По всей видимости, только синтез ОТО и квантовой теории поля приведет к построению базисной теории четвертой из рассматриваемых нами физических исследовательских программ — единой теории поля.

Кпантово-полевая исследовательская программа. Гениальная идея, высказанная Максом Планком, о дискретном характере излу­чения, о корпускулярной природе света привела к возникновению квантовой механики. Квантовая механика - фундаментальная теория, позволяющая описывать поведение объектов в микромире. Основополагающей в квантовой механике является идея о том, что корпускулярно-волновая двойственность свойств, установленная для света, имеет универсальный характер и распространяется на все объекты микромира. Синтез релятивистской исследователь­ской программы и квантовой теории привел к созданию квантовой электродинамики - фундаментальной теории, описывающей элект­ромагнитные взаимодействия.

Именно на основе этой фундаментальной теории была в даль­нейшем разработана базисная теория квантово-полевой исследо­вательской программы, описывающей любые взаимодействия микрочастиц - электромагнитные, сильные, слабые.

На протяжении всей истории возникновения и становления квантово-полевой исследовательской программы имело место фор­мирование нового неклассического типа научной рациональности, нового стиля мышления ученых, резко размежевываюш,егося с привычным классически-механистическим.

Единая теория поля. На современном этапе предпринята попытка построения единой теории поля — новой физической исследователь­ской программы, в которой удалось бы объединить известные четыре типа физических взаимодействий - гравитационное, электромаг­нитное, сильное и слабое в единое суперсимметричное суперполе. В рамках данной программы предполагается рассмотрение эволюции Вселенной из этого суперсимметричного состояния, в котором вся материя представлена только физическим вакуумом. Спонтанное нарушение симметрии вакуума в процессе расширения Вселенной и приводит к многообразию физического мира. Успех построения единой теории поля связан с возможностью осуществления синтеза общей теории относительности и квантовой теории поля.

Разрабатываемая программа имеет целостно-синергетическую направленность и способствует формированию постнеклассического типа научной рациональности.

Дата добавления: 2014-12-07