Этапа научного метода

школьном учебнике химии) словесную формулировку, и в такую же, всего в две страницы объемом (там же), классификацию (периодическую систему) химических элементов. Более того, полученная Дмитрием Ивановичем систе-ма тут же проявила свои эмерджентные (свойственные только системе, как единому целому) качества, чего не могло быть присуще исходной, послужившей основой для ее создания, бессистемной информации (совокупности эмпирических фактов), а именно, предсказала не просто существование еще не обнаруженных химических элементов, но и их свойства.

Примером индукционистского закона в виде эмпирической зависимос-ти можно назвать результат обобщения Галилеем результатов своих экспе-риментов по сбрасыванию тел с Пизанской башни – что время падения тела не зависит от его веса, и с одинаковой высоты h тела неравного веса падают с одной и той же скоростью v, равной v² = 2gh, где g – ускорение свободного падения.

Еще раз напомним, что с помощью эмпирического исследования воз-можно только фиксирование внешних общих признаков свойств и явлений (см. табл. 1.2). Выявить же внутренние механизмы, определяющие связь и природу эмпирических фактов, т.е. объяснить их (там же), позволяет лишь теоретический уровень познания, как более высокий по отношению к уров-ню эмпирическому. Так, если обратиться к приведенному выше примеру пе-риодического закона Д.И. Менделеева, как к случаю, без преувеличения, бле-стящей реализации в его лице систематизирующей и прогностической функ-ций науки (см. рис. 1.2), то в отношении функции объяснительной (там же) такого не получилось – почему одна группа родственных химических эле-ментов в данной последовательности их расположения обязательно сменяет-ся другой, и почему именно в этом месте и именно при таком количестве раз-ных элементов в их смежных группах – ответов на эти логичные вопросы, напрямую вытекающие из данной системы, как результата именно эмпири-ческого этапа, ни она, ни являющийся ее основой периодический закон дать не смогли. Точно такой же, на уровне «детской», т.е. наипростейшейлоги-ки, вопрос, как следствие эмпирического обобщения Галилея, можно задать ему (Галилею), и тоже не получить ответа – почему с Пизанской башни тела разного веса падают вниз с одной и той же скоростью? Ответы на подобные «детские» вопросы, как на самые трудные, поскольку логика этих ответов должна быть тоже «по-детски»понятной, т.е. убедительнойдля всех,и призван дать теоретический этап научного метода

Еще одним ограничением, присущим эмпирическим законам, является их противоречие новымэмпирическим фактам, которые в качестве исходной информации при получении данных законов путем индукции не фигуриро-вали, поскольку их просто ещё не было. Такие новые факты, как результаты более поздних, по отношению к ранее сформулированным эмпирическим за-конам, наблюдений или экспериментов, не вписываются в зафиксированную данными законами регулярность. Тут также на помощь призывается теоре-тический этап для того, чтобы мысленно перестроить известную реальность (существующие эмпирические законы) так, чтобы выпадающие из неё факты вписались в иную, уже теоретического происхождения, схему и перестали противоречить выше упомянутым законам. Если такая схема удачна, то есть снимает данное противоречие, она получает статус гипотезы (см. табл. 1.2), а если, что ещё лучше, позволяет предсказывать получение новых, нетривиаль-ных фактов (например, свойств эмпирических объектов, не поддающихся на-блюдению и измерению) – статус закона или даже теории (там же).

Примером разрешения подобного противоречия является трансформа-ция представлений о наследственности. Эволюционная теория Дарвина на основе обобщения множества совершенно достоверных эмпирических фак-тов трактовала передачу наследственных признаков по принципу усреднения или смешивания, когда скрещивание, допустим, растений с белыми и красны-ми цветками дает гибриды следующего поколения с цветками розовыми. Од-нако из ряда эмпирических фактов, рисующих убедительную картину подоб-ного «розового» усреднения наследуемых признаков выбивались не менее четко и достоверно фиксируемые случаи пусть не частого, но обязательного появления гибридов с чисто белыми или с полностью красными цветками. При усредняющемся наследовании такого быть не могло – смешав кофе с мо-локом нельзя в результате получить чисто черную или полностью белую жидкость! Кроме этого противоречия принцип усреднения наследуемых при-знаков еще и запрещал естественный отбор – это Дарвину математически строго доказал британский инженер Ф. Дженкин. Действительно, усреднение при скрещивании означает, что любой, даже самый выгодный для организма признак, появившийся в результате мутации – внезапного изменения наслед-ственной информации под воздействием внешних признаков – закрепиться и уцелеть в популяции не может, он должен исчезнуть тем быстрее, чем в бóльшем количестве гибридов следующих поколений, которые этой мутации не испытали, он в результате усреднения «растворится». Дарвину «кошмар Дженкина» отравлял всю оставшуюся жизнь, но опровергнуть инженера уче-ный так и не смог.

А ответ-то был, причем еще при жизни Дарвина, обрати он внимание на труды своего современника Г. Менделя. Тогда бы он и факты появления красных и белых цветков в большом букете цветков розовых объяснил, и «кошмар Дженкина» разогнал, а к своей известности как естествоиспытателя добавил бы еще и славу создателя генетики. По Менделю, передача от поко-ления к поколению наследуемых признаков идет не усредняющимся, а расще-пляющимся порядком с помощью большого числа дискретных частиц, сего-дня называемых генами. Случайная комбинация генов, в полном соответст-вии с законом нормального распределения Гаусса, может привести к появле-нию гибридов с признаками только одного из «родителей» (крайние зоны кривой Гаусса, рис. 1.4). А наблюдаемое в большинстве случаев (средняя зо-

Рис.1.4. Схема наследования по Г. Менделю

на этой же кривой, там же) более или менее равномерное «смешивание» нас-ледуемых признаков является, опять же в полном соответствии с теорией ве-роятности, наиболее представительным. Точно так же данная гипотеза Мен-деля «спасает» и естественный отбор – случайно приобретенный признак в популяции уцелеть может, поскольку математика (см. выше) это допуска-ет, хотя и с известной долей вероятности.

Для создания гипотез и других форм теоретического знания (см. табл. 1.2) на данном этапе используется иной (там же) инструментарий:

· абстрагирование – прием мышления, заключающийся в отвлечении от несущественных, незначимых для субъекта познания («теоретика», реа-лизующего теоретический этап) свойств (черт, сторон, качеств) исследу-емого объекта с одновременным выделением тех его свойств, которые представляются важными в контексте исследования. Абстрагирование является очень эффективным инструментом теоретических исследова-ний, позволяющим хирургически точно «вырезать» из хаоса множества реальных свойств изучаемого объекта именно те, которые представляют его сущность. А поскольку подобная «хирургическая» операция – один из вариантов первого шага процесса создания идеализированного объек-та (см. табл. 1.2), то она имеет синоним «идеализация» (там же);

· другой вариант такого же шага – это аналогия – прием познания, при котором наличие сходства (совпадение свойств) нетождественных объ-ектов позволяет предположить их сходство и в других чертах или ка-чествах. Но, как и абстрагирование, «аналогия не есть доказательство» (Аристотель), поскольку это доказательство – прерогатива следующего приема теоретического этапа;

· гипотетико-дедуктивный метод (см. тему 1.1) – это вторичная (см. выше) и главная рациональная обработка данных уже не только эмпи-рического, но и частично (после абстрагирования или аналогии) теоре-тического этапа, позволяющая почти (почему не в полной мере – об этом ниже) решить его главную задачу – построить логику, объясняю-щую с помощью созданного для этого уже законченного (см. выше) иде-ализированного объекта природу изучаемого предмета с учетом всей имеющейся на момент построения данной логики информации о нем. Результатом гипотетико-дедуктивного метода является первый по вре-мени получения продукт дедукционистского знания – гипотеза (см. табл. 1.2) – предположение, объясняющее ряд эмпирических и/или тео-ретических фактов;

· как и знание индукционистское (см. выше), гипотеза может иметь вер-бальную (словесную) или символьную (математическую) форму. Гипо-теза в виде абстрактной математической модели (системы уравнений, например) есть результат формализации или математического моде-лирования (см. табл. 1.2);

Научного метода

низшего, т.е. наиболее выгодного энергетического состояния. Данное условие выполняется при числе электронов на каждой из их орбит, равной 2n² , где n – номер орбиты (электронной оболочки). Как только число электронов стано-вится больше 2n² , появляется следующая по счету орбиталь атома, поэтому на первой из них может находиться максимум 2 ∙ 1² = 2 электрона, на второй 2 ∙ 2² = 8, на третьей 2 ∙ 3² = 18 и т.д. Так вот, химические и физические свойства элементов определяются конфигурацией внешней электронной оболочки их атомов, а, точнее, степенью ее отличия от выше описанной оптимальной и, как следствие, наименее затратными, с энергетической точки зрения, путями достижения данного оптимума. Так, для неона (рис. 1.6), имеющего две полностью «упакованные» орбитали, условие оптимума выполняется, потому он и инертный, т.е. не вступающий ни в какие химические реакции, газ. Для его соседа слева по периодической системе – фтора (там же) – наименее затратным путем достижения такого же оптимума является, очевидно, «достройка» своей второй орбитали недостающим электроном, что и реализуется с помощью свойств фтора как сильнейшего окислителя (напомним, что окисление – это как раз присоединение окислителем валентных электронов вступающего с ним в данную реакцию вещества). Для натрия, как следующего за неоном элемента (см. рис. 1.6), наоборот, энергетически выгодно «избавиться» от единственного на третьей орбитали электрона, поскольку присоединить недостающие на ней 17 электронов (там же) невозможно опять же из энергетических соображе-

Рис. 1.6. Систематика заполнения электронных оболочек атомов согласно принципу Паули

ний. Именно поэтому натрий «отдает» свой валентный электрон вообще без всякого внешнего воздействия, вступая в противоположную реакцию – вос-становления – прямо с атмосферным воздухом, (из-за чего и хранят этот ще-лочной металл в керосине).

Аналогичным образом, результаты опытов Галилея, сбрасывавшего те-ла разного веса с Пизанской башни (см. выше), были объяснены с позиций закона всемирного тяготения Ньютона – тела падают с одной высоты с оди-наковой скоростью, не зависящей от их массы, потому, что последняя есть бесконечно малая величина по сравнению с массой Земли, в силу чего сила притяжения к ней этих тел, эквивалентом которой как раз и выступает ско-рость их падения, практически одинакова.

Можно привести также пример фальсифицированной (см. рис. 1.5) ги-потезы, а именно, гипотезы теплорода (конец 18 века), согласно которой Вселенная заполнена некой субстанцией, состоящей из элементарных части-чек теплоты, перетекание которых из тела в тело составляет суть процессов нагрева и охлаждения этих тел. На основании такой трактовки данных про-цессов писались равенства типа «лед + теплород = вода» или «водяной пар – теплород = вода», т.е. явления нагрева и охлаждения трактовались как цир-куляция в обе стороны теплорода между телами. Опроверг гипотезу теплоро-да М.В. Ломоносов, экспериментально доказав, что она противоречит закону сохранения вещества – он помещал металл в герметически закрытый сосуд и взвешивал его до и после нагревания до разных температур. Вес сосуда, из-меряемый с максимальной для тех времен точностью, оставался всегда одним и тем же, следовательно, заключил Михаил Васильевич, никакого теплоро-да, «накачиваемого» в сосуд при его нагреве или «вытекающего» из этого со-суда в процессе его остывания, нет. А температура тела есть мера средней скорости движения его молекул – положение, легшее в основу будущей мо-лекулярно-кинетической теории.

Получением именно теории – совокупности некоторого количества законов (принципов, начал), относящихся к одной области познания – завер-шается трансформация форм научного знания, показанная на рис. 1.5. Так, упоминавшийся выше принцип Паули – это один из законов теории, которая называется «квантовая механика», закон всемирного тяготения (там же) вхо-дит составной частью в другую теорию – классическую механику. Теория выступает самой совершенной формой научного знания, в которой оно дос-тигает определенной полноты и завершенности, а также приобретает отно-сительно безусловную истинность. Выделенные жирным курсивом качества данной формы теоретического знания призваны обратить внимание на очень важный нюанс – теория считается всеобъемлющей и истинной только до тех пор, пока она в состоянии объяснить эмпирические факты, ставшие извест-ными после её принятия. Если эти факты существующей теории противоре-чат, возникает необходимость в разработке новой, более совершенной теории в соответствии с алгоритмом, показанном на рис. 1.5. Так, упоминавшаяся выше квантовая механика появилась только тогда, когда новые факты, каса-ющиеся поведения объектов микромира (атомов и элементарных частиц), не смогли объяснить теории существующие – классическая механика Ньютона и электродинамика Максвелла. Можно также добавить, что тот же Ньютон, ис-черпывающе объяснивший с помощью закона всемирного тяготения динами-ку движения как земных, так и небесных тел, причину и природу гравитации – движущей силы этой динамики – объяснить не смог («Гипотез не измыш-ляю!» – его знаменитая фраза). Это объяснение дал, спустя двести лет, Эйнштейн в общей теории относительности. Подобная цикличность пересмотра содержания и статуса различных форм теоретического знания выступает важнейшей и неотъемлемой чертой процесса познания мира.

Осталось добавить, что помимо приемов (способов) исследования, яв-ляющихся атрибутами либо эмпирического, либо теоретического этапов на-учного метода (см. табл. 1.2), выделяют еще общенаучные приемы и спо-собы, применяемые на обоих указанных уровнях научного познания. К ним относят анализ – расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства и отношения) в целях их всестороннего изуче-ния, и синтез – соединение ранее выделенных частей предмета в единое це-лое. Действительно, препарировать, т.е. расчленять, можно объекты реаль-ные, исследуя, например, внутреннюю структуру фрагмента живой или не-живой природы, а можно также фрагментировать какую-либо часть теоре-тического знания с целью более детального её изучения. Да и по сущности своей предметы исследования на эмпирическом и теоретическом этапах есть результаты именно анализа – у эмпирического объекта для изучения выделя-ются только конкретные, а не все его свойства (см. табл. 1.2), а идеализиро-ванный объект – всегда инструмент построения логики такого же конкрет-ного, а не всеобъемлющего теоретического знания (там же). Точно так же предметом синтеза могут быть эмпирические результаты обособленных ис-следований, когда, например, опытный образец нового продукта – предмета потребления или технологического оборудования – собирается из инноваци-онных узлов, разработанных разными специалистами – механиками, элект-ронщиками, биотехнологами, программистами и т.д. Что касается синтеза фрагментов теоретического знания, то, по сути, всё содержание одноимен-ного этапа (см. рис. 1.5) представляет собой как раз переход от локальных ко все более общим его формам.

К общенаучным приемам (способам), строго говоря, следует отнести и эксперимент, поскольку, во-первых, он является инструментом реализации как эмпирического, так и теоретического этапа (см. табл. 1.2), и, во-вторых, выступает средством подтверждения или неподтверждения достоверности также обоих видов научного знания (процедуры его проверки на воспроиз-водимость и на подтверждаемость соответственно, там же).