Становление научного метода

Типичный для эпохи Средневековья метод познания демонстрировали схоласты, которые пытались вывести ответы на все вопросы чисто умозрительным путем, опираясь на правила логики. Но, в отличие от Аристотеля, исходным пунктом их рассуждений служили не подсмотренные в природе закономерности, а положения Священного Писания и сочинений отцов церкви.

Естественно, ни к какому положительному и практически эффективному знанию метод схоластов привести не мог. Поэтому уже в то время начались робкие поиски иного пути. В XIII веке монах-францисканец Роджер Бэкон писал: «Есть три источника знания: 1) авторитет; 2) разум, то есть силлогистическое знание; 3) опыт. Познанию лучше всякого силлогизма служит опыт… Математика — корень и завершение, ключ всех наук».

В огромной степени становление научного метода познания обязано универсальному гению Возрождения Леонардо да Винчи (1452—1519), который провозгласил: «La sapienza e la figliola della sperienza! (Знание — дочь опыта)… Пусты и полны заблуждений те науки, которые не порождены опытом, отцом всякой достоверности, и не завершаются в наглядном опыте, то есть науки, начало, середина или конец которых не проходят ни через одно из пяти чувств… Опыт никогда не ошибается, ошибаются только суждения… Ни одно человеческое исследование не может называться истинной наукой, если оно не прошло через математические доказательства».

Родоначальниками современной науки считаются Френсис Бэкон (1561—1626), Галилео Галилей (1564—1642) и Уильям Гарвей (1578—1657), которые осознали необходимость органического единства опыта и теории, индукции и дедукции.

Ф. Бэкон в своем главном сочинении «Новый органон»[6] (1620) писал: «Наш путь и наш метод состоит в следующем: мы извлекаем не опыты из опытов, а причины и аксиомы из практики и опытов, а из причин и аксиом — снова практику и опыты, как верные истолкователи природы… Лучше же всего продвигается вперед естественное исследование, когда физическое завершается в математическом».

Галилей реализовал экспериментальный метод на практике, придав ему такие современные черты, как создание идеализированной модели реального процесса, абстрагирование от несущественных факторов, многократное повторение опыта… Он теоретически и экспериментально опроверг утверждение Аристотеля о том, что скорость падения пропорциональна весу тела, указал, что шар, катящийся по горизонтальной плоскости, должен двигаться равномерно, пока не кончится плоскость (подход к закону инерции). С помощью телескопа Галилей открыл горы на Луне и пятна на Солнце, продемонстрировав, что небесные тела отнюдь не совершенные светильники ночи, как им приписывала традиция. Обнаружив спутники Юпитера, которые образуют как бы гелиоцентрическую систему в миниатюре, Галилей окончательно похоронил геоцентрическую космологию.

Эпоха научной биологии отсчитывается с 1628 года, когда вышла книга Гарвея «Исследование о движении сердца и крови у животных». До этого в медицине господствовали взгляды древнеримского врача Галена, который считал, что вены и артерии — это две независимые системы, два «дерева» кровеносных сосудов, по каждой из которых кровь движется, в основном, от сердца и поглощается в органах. Гарвей же представил экспериментальные доказательства, подкрепленные убедительной теорией того, что артерии и вены являются частями замкнутого круга кровообращения, по которому кровь циркулирует под воздействием мощного насоса — сердца. Гарвей впервые серьезно применил математику в науке о живом: он вычислил количество крови, проходящей через сердце за час. Получилась величина, сравнимая с весом человека. Очевидно, этот результат был несовместим со старым представлением о

Итак, в XVII веке научный метод приобрел все свойственные ему основные черты, включая систематическое использование математики и эксперимента. Рис. 1.5 иллюстрирует ход научного познания, от первых наблюдений до высшей формы научного знания, теории.

Однако с построением теории развитие науки не заканчивается. В соответствии с критическим духом, пронизывающим всю деятельность ученых, каждая теория постоянно подвергается проверке на соответствие ее предсказаний результатам наблюдений и экспериментов. И рано или поздно обнаруживаются условия, в которых теоретические выводы расходятся с реальностью. Это не означает, что наша теория была полностью неверной — это всего лишь означает, что мы вышли за пределы ее области применимости. В новой области требуется новая, более широкая теория, и спираль научного познания делает новый виток: от наблюдательных и экспериментальных фактов — к эмпирическим обобщениям, гипотезам и, в конце концов, — к новой теории. Соотношение между новой и старой теориями устанавливается принципом соответствия (п 2.5.3), согласно которому новая теория не отменяет старую, а включает ее в себя как частный случай.

1.7.5. Возникновение первой науки: ньютоновская механика

Создание первой науки — в том смысле, который мы сегодня вкладываем в слово «наука», — связано с именем и методом И. Нью­тона (1643–1727), который довел до логического завершения развитие индуктивного метода Галилея. Он сознательно отказался от поиска «ко­неч­ных причин» природных явлений («Ги­по­тез не измышляю!»), который до того считался главной задачей ученого, и ограничился изучением количественных закономерностей этих явлений, из которых уже индуктивно выводил общие законы. Вся последующая история науки свидетельствует, что успех в понимании природных явлений приходит, когда размышлению над вопросом «почему?» предшествует поиск ответа на вопрос «как? каким образом? подчиняясь каким математическим закономерностям, происходит данный круг явлений?»

Ньютоновская система описания Вселенной покоится на трех китах:

1) законы динамики (три закона Ньютона, которые проходят в школе): закон инерции, гласящий, что тело, на которое не действуют другие тела, движется прямолинейно и равномерно; второй закон, согласно которому, если на тело действуют другие тела с силой F, то оно приобретает ускорение[7], пропорциональное F и обратно пропорциональное своей массе; и третий закон — «действие равно противодействию»;

2) исчисление бесконечно малых (на современном языке — математический анализ);

3) закон всемирного тяготения.

Законы динамики (главным образом, второй закон a = F/m) позволяют поставить математическую задачу о вычислении траектории тела. Закон всемирного тяготения дает возможность вычислить силу F, входящую в уравнения динамики. Математический анализ, честь создания которого Ньютон делит с Лейбницем, позволяет решить эти уравнения.

Такой подход оказался исключительно плодотворным. Теория Ньютона была уже не философским учением, а точным инструментом исследования и преобразования мира. Сам он с помощью этого инструмента показал, что планеты должны двигаться вокруг Солнца в полном соответствии с эмпирически установлен­ными законами Кеплера; что кометы принадлежат Солнечной системе (его последователь Э. Галлей впервые вычислит траекторию и предскажет возвращение одной из комет); что приливы и отливы объясняются притяжением вод океана к Солнцу и Луне… Предположив, что закон тяготения справедлив в масштабах всей Вселенной, Ньютон пришел к выводу, что лишь в бесконечной Вселенной материя может существовать в виде множества небесных тел. В конечной же Вселенной все они рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Так он заложил основу научной космологии.

1.7.6. Ньютоновская парадигма: механическая картина мира

В результате работ Ньютона и целого ряда блестящих математиков и физиков XVIII века механика выделяется в отдельную развитую науку, обладающую беспрецедентной до тех пор предсказательной силой. На ее основе возникает первая научная механическая картина мира. Перечислим ее основные элементы.