Развитие знания на уровне частных теоретических схем (гипотез) и законов

Прежде чем перейти к рассмотрению вопросов динамики развития (роста) научного знания, напомним: суть научного познания состоит в рационально-теоретическом постижении мира человеческой действительности в виде универсальных концептуальных схем, нацеленных на раскрытие причинно-следственных связей, законов. Это позволяет превзойти возможности познания единичных явлений, предоставляемые обыденным опытом человеческой деятельности.

В силу социокультурной природы процесса познания обобщенным субъектом познания выступает общество в целом, а такой специализированной форме познавательной деятельности как наука – научное сообщество, базовыми элементами структуры которого выступают профессионально подготовленные для этой деятельности ученые и различные формы их объединения. Научное сообщество и есть та социально-коммуникативная среда, в рамках которой осуществляется развитие научного знания.

Что следует отнести к движущим факторам развития научного знания? Это, как свидетельствует история науки, новые эмпирические данные, ставшие предметом научного познания (научные факты) и идеи, которые в форме предположений (гипотез), отрывают иной, новый способ видения и осмысления теоретического материала [4,5,6].

Как происходит этот процесс в истории научного познания?

Возьмем в качестве примера исторический процесс развития знания в такой специализированной области классической физики как электродинамика. Его можно начать рассматривать с1600 г., когда английский физик Уильям Гильберт, проводя свои опыты по изучению электрических и магнитных свойств тел, ввел сам термин «электричество». Эти изыскания Гильберта интересны, прежде всего, как свидетельство того, какую роль играет в научном познании господствующая картина мира, мировоззрение исследователя: с одной стороны формирующаяся установка на экспериментальное изучение природы, картины мира, представленная, в том числе, астрономическими наблюдениями той эпохи, с другой – представления о первоэлементах всего сущего (четырех стихиях: земля, вода, огонь, воздух) из средневековой (аристотелевской) натурфилософии.

Согласно Гильберту магнетизм, которым обладают материалы – это сгущение стихии «Земля», а электризуемость тел – сгущение стихии «Вода». Соответственно электрические явления – это результат истечения «флюидов» из наэлектризованных тел. Гильберт предположил, что электрические истечения могут, подобно воде, задерживаться преградами (например, бумагой, тканью) и уничтожаться огнем, поскольку тот «испаряет истечение». Эта гипотеза послужила импульсом к тому, чтобы ее экспериментально проверить: опыты действительно показали, что имеет

место экранирование, проявления электрических свойств некоторыми видами материалов.

Представление о магнетизме как сгущении Земли позволило Гильберту высказать гипотезу, что Земля есть магнитный шар (шаровой магнит); это представление земного шара как «большого магнита» было по аналогии экстраполировано на другие известные планеты солнечной системы: в картину мира вошло представление о планетах как магнитных телах, удерживаемых на своих орбитах силами магнитного притяжения.

Следующей вехой в истории познания природы электричества и магнетизма являются события, произошедшие спустя двести лет: в 1820 г. датский физик Х.К.Эрстед открывает магнитное действие электрического тока (электрический ток создает магнитное поле), а несколько позже – в 1831 г. – М.Фарадей открывает явление электромагнитной индукции, вводит в обиход научного познания понятие электромагнитного поля.

Следует отметить, что эти новые экспериментальные факты появляются и обсуждаются в контексте уже иной, механической, картины природы и первые попытки их объяснения связаны с созданием теоретических моделей (схем), основанных на понятиях и принципах механики Ньютона; при этом сохраняется известная преемственность с взглядами Гильберта: в том плане, что речь идет о представлении электрических и магнитных свойств тел как проявлениях невесомых

субстанций, типа жидкостей; отсюда представление: электрический ток «течет» от высокого потенциала к низкому, подобно жидкости, находящейся на разных уровнях. Авторов этой гипотетической модели не смущает парадоксальность представления о «невесомых жидкостях»; это означает – познание электричества и магнетизма поднялось уже на такой уровень, когда эти явления предстают как абстрактные объекты теоретического познания, позволяющие оперировать понятиями электрический заряд, проводник, изолятор и др.

Распространение на познание электрических явлений механики Ньютона способствовало открытию еще в 1785 г. французских инженером, физиком Ж.Кулоном закона взаимодействия электрических зарядов, удивительно совпадающим по математической форме своего выражения с законом взаимодействия гравитационных масс, что явилось еще одним свидетельством эвристического потенциала существующей научной картины мира. Правда у Ньютона, согласно этому закону, тела притягиваются друг к другу, а по закону Кулона и отталкиваются.

Первоначально введение Фарадеем понятия поля играло роль иллюстрации электрического взаимодействия. Поле распространяется волнами (подобно тому, как волнами распространяется жидкость); при этом каждая волна несет энергию заряда. В этом смысле электрический ток в проводнике – это движение электрических зарядов; неподвижное электрически заряженное тело создает статическое электрическое поле; движущиеся электрические заряды, взаимодействуя друг с другом, создают единое электромагнитное поле.

Все эти процессы в научном познании электричества способствовали формированию таких абстрактных объектов, как поле, потенциал, заряд, энергия, волна, проводник, и др., без которых создание теории электромагнетизма как более высокой формы обобщения и синтеза знаний об этих явлениях было бы невозможным.

Совершенно в духе идеала математически организованного знания об явлениях природы (классический пример – механика Ньютона) английский физик Дж Максвелл создает классическую теорию макроскосмической электродинамики.

Используя аналоговую модель – трубки тока несжимаемой жидкости, вихри в упругой среде (это теоретические схемы механики сплошных сред) и такие абстрактные объекты как заряд, потенциал, энергия, поле и др.

Максвелл вывел основное уравнение классической электродинамики, из содержательной интерпретации которого следовало: в результате колебаний электрических зарядов в окружающее пространство излучается определенная энергия в виде электромагнитных волн, распространяющихся с определенной скоростью; зная состояние поля в какой-либо момент времени можно однозначно определить, как оно будет изменяться со временем; законы, связывающие изменения электрического магнитного поля справедливы в любой точке пространства и в любой момент времени, т.е. носят всеобщий, универсальный характер.

Следует отметить, что создание и развитие теории классической электродинамики можно понять, лишь рассматривая этот процесс в контексте всего физического познания 18-19 столетий. Дело в том, что исследование света как физического явления шло в эти годы в рамках двух конкурирующих гипотез относительно природы света: корпускулярной (начиная с Ньютона – свет рассматривали как поток

световых дискретных частиц, корпускул) и волновой. Обе опирались на эмпирический материал: корпускулярная – на объяснение прямолинейного распространения света, его преломления при переходе от одной среды в другую, разложении (дисперсия) белого цвета; волновая – объясняла явления интерференции и дифракции света.

К моменту создания Максвеллом своей теории экспериментально была измерена скорость распространения световой волны (скорость света); она оказалась равной скорости распространения электромагнитной волны. Это обстоятельство позволило представить свет как особый вид электромагнитных волн. Так оптические явления, свет стали объектом теории электромагнетизма.

Поскольку световые волны (как и волна на поверхности жидкости) распространяются перпендикулярно колебательному процессу (в отличие, например, от звуковой волны) возникает вопрос: «Какая среда служит источником световых колебаний?». Была выдвинута гипотеза о существовании эфира (идея, которую в свое время готов был принять Ньютон), заполняющего все мировое пространство и обладающего свойством упругости. Возникает электромагнитная научная картина мира, которая с учетом открытия в самом конце 19 столетия «атома электричества» - электрона, завершается созданием Х.Лоренцем электронной теории электрических и магнитных явлений, оставаясь, однако, в границах механической картины мира классического периода развития науки.

Рассмотренный пример процесса формирования электромагнитной картины мира хорошо иллюстрирует динамику научного познания, основные этапы и формы которого рассмотрены в фундаментальной монографии акад.В.С. Степина «Теоретическое знание».

Действительно, на самом раннем этапе изучения явлений электричества и магнетизма решающую роль в выдвижении гипотез (гипотетических теоретических схем) играет картина мира, выступающая в функции своеобразной исследовательской программы. Далее наступает этап обоснования гипотетической модели.

Осмысление возникающего нового опыта (открытия Эрстеда и Фарадея) приводит к созданию идеальных (абстрактных) объектов, типа «проводник», «изолятор», «электрический заряд» и др. Этот процесс был назван В.С.Степиным «операцией конструктивного введения объектов в теорию», что позволяет связать физические величины опыта с математическим аппаратом (пример – закон Кулона).

Выстроенная таким образом теоретическая схема вновь сопоставляется с общей научной картиной природы, выстроенной на основе механики Ньютона. В результате, с одной стороны, уточняется и содержательно обогащается теоретическая схема электромагнитных явлений (электродинамика Дж.Максвелла), с другой – сама научная картина (картина природы, наряду с механической обогащается электромагнитной формой движения материи). В самом деле, в конце 19 столетия в физике происходит ряд событий, которые свидетельствуют о завершении познавательного цикла развития знания в области электромагнитных явлений на базе картины мира, основывающейся на принципах и законах механики Ньютона. В 1895 г. открывается рентгеновское излучение; в 1897 г – открытие «атома электричества» - электрона Дж.Дж.Томсоном, в 1898 г. – определение им же

заряда электрона; в 1896 г. – открытие естественной радиоактивности Беккерелем-Кюри.

Наряду с эфиром, атомами вещества в научную картину мира входит новое понятие – «электрон» (атом электричества), что, естественно, привело к выяснению вопроса: «Не входит ли электрон в состав атома? И никто иной, как сам его первооткрыватель – Дж.Дж.Томсон, предложил первую модель атома, в состав которого входил электрон. Все это вместе взятое свидетельствовало о сложном строении атомов вещества, требующее уже не только физического, но и философского осмысления.

Из классической электродинамики известно, что атомы вещества электрически нейтральны. Возникает задача – как построить «атом вещества» из отрицательно и положительно заряженных частиц атома электричества? Наступает этап создания гипотез в форме аналоговой модели – в данном случае – модели атома, выстроенной по аналогии с системой спутников и колец вокруг Сатурна (предложена в 1903 года японским физиком Х.Нагаоки). Но это еще не теоретическая схема опыта, а метод

трансляции из ранее сложившихся в рамках существующей картины мира областей знания (астрономии, механики, электродинамики) абстрактных теоретических объектов: орбита, центр потенциальных сил внутри физической системы, электрон, как элемент такой системы.

Эта гипотетическая модель, выраженная теперь уже системой абстрактных понятий позволяет оперировать физическими величинами, используя математический аппарат, и соотносится с эмпирическим материалом уже как теоретическая схема (экспериментальное подтверждение планетарной модели атома – Резерфорд), получая новый импульс для своего развития: гипотеза дискретного характера излучения и, соответственно, введение понятия «квант действия» - 1900 г. – М.Планк; открытие явления фотоэффекта и объяснение его гипотезой дискретного характера излучения – А.Эйнштейн; разрешение на основе гипотезы квантованности излучения и поглощения энергии трудности классической электродинамики в ее более современной форме (электронная теория Лоренца), оказавшейся неспособной

объяснить, почему электрон, вопреки всем законам классической электродинамики, не падает на ядро атома (Н.Бор). Это - с одной стороны. С другой – опыты А.Майкельсона, свидетельствующие о независимости скорости света относительно движения Земли и, тем самым, перечеркнувших гипотезу эфира (по крайне мере, в ее классическом варианте). Начинается новый познавательный цикл в истории физики и в целом в истории науки со своими особенностями, но в целом повторяющий рассмотренные выше основные этапы исторической логики развития научного знания: от оснований науки к гипотетическим аналоговым моделям, соотносимым с эмпирическим материала, от них к созданию гипотетических вариантов теоретических схем, их конструктивному обоснованию через объяснения

эмпирического материал и согласование с более общей системой теоретического знания (формирующаяся дисциплинарная картина мира), вновь обращаясь к основаниям науки.

В динамике этого процесса участвуют все логико-гносеологические единицы научного познания: научное понятие, научный факт, проблема, идея, гипотеза, теория, парадигма, исследовательская программа, что в своем системном результате и обеспечивает никогда не прекращающийся рост научного знания.

Как следует из истории науки, процесс научного познания осуществляется

циклами по следующей схеме:

научно исследовательская программа (в этой функции может выступать общая и специальная (дисциплинарная) картина мира).

Как видно из схемы, ведущим моментом в создании теории является введенная теоретическая схема в качестве гипотезы и ее обоснование.

При этом построение частной теоретической схемы непосредственно ориентированно на определенный класс задач; обобщающая теория

строится на основе синтеза имеющихся частных теорий.

Фундаментальная теоретическая схема разрабатывается продолжая указанный путь синтеза частных законов данной области знания.

В целом развитие научного знания идет в рамках познавательного цикла,

охваченного единой научно-исследовательской программой, задающей

единые направления теоретическому продвижению совершается до тех пор, пока в нем сохраняются ее исходные принципы и допущения, ее ведущая идея (парадигма).

Основные этапы исторической логики развития

научного знания:

от оснований науки к гипотетическим аналоговым

моделям, соотносимым с эмпирическим материалом,

от них к созданию гипотетических вариантов

теоретических схем, их конструктивному обоснованию

через объяснение эмпирического материала и

согласования с более общей системой теоретического

знания, вновь (через дисциплинарную научную

картину мира) к основаниям науки.

Дата добавления: 2015-05-10