Классификация методов научного познания

Методы научного познания принято подразделять по степени их общности, т.е. по области применения в процессе научного исследования, на всеобщие (философские), общенаучные и частнонаучные.

Всеобщих методов в истории познания известно два: диалектический и метафизический. Это общефилософские методы. Метафизический метод с середины XIX века начал все больше и больше вытесняться из естествознания диалектическим методом.

Вторую группу методов познания составляют общенаучные методы, которые используются в самых различных областях науки, т.е. имеют весьма широкий междисциплинарный спектр применения.

К третьей группе методов научного познания относятся методы, используемые только в рамках исследований какой-то конкретной науки или какого-то конкретного явления. Такие методы именуются частнонаучными. Каждая частная наука (биология, химия, геология и т.д.) имеет свои специфические методы исследования. При этом частнонаучные методы, как правило, содержат в различных сочетаниях те или иные общенаучные методы познания. Таким образом, частнонаучные методы не оторваны от общенаучных. Они тесно связаны с ними, включают в себя специфическое применение общенаучных познавательных приемов для изучения конкретной области объективного мира. Частнонаучные методы связаны и со всеобщим диалектическим методом, который как бы преломляется в них. Например, всеобщий диалектический принцип развития проявился в биологии в виде открытого Дарвином естественно-исторического закона эволюции животных и растительных видов. Важно еще умение правильно применять научный метод в процессе познания.

По уровню познания общенаучные методы можно разделить на методы эмпирического познания, методы эмпирио-теоретического познания, методы теоретического познания.

Среди методов эмпирического познания выделяют наблюдение, эксперимент, измерение.

Наблюдение – это целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, которые не должны быть изменены. Это исходный метод эмпирического познания, позволяющий получить некоторую первичную информацию об объектах окружающей действительности. Научное наблюдение (в отличие от обыденных, повседневных) характеризуется рядом особенностей:

– целенаправленностью (наблюдение должно вестись для решения поставленной задачи исследования, а внимание наблюдателя фиксироваться только на явлениях, связанных с этой задачей);

– планомерностью (наблюдение должно проводиться строго по плану, составленному исходя из задачи исследования);

– активностью (исследователь должен активно искать, выделять нужные ему моменты в наблюдаемом явлении, привлекая для этого свои знания и опыт, используя различные технические средства наблюдения).

По способу проведения наблюдения выделяются непосредственные и опосредственные наблюдения. Непосредственные наблюдения связанны с отражением различных сторон и свойств объекта посредством органов чувств человека. Особенно большое значение в этом случае имеет зрение. Опосредственные наблюдения связаны с отражением различных сторон и свойств объекта с помощью технических средств (телескопы, зонды, метеоспутники и др.).

Развитие современного естествознания связано с повышением роли так называемых косвенных наблюдений. Так, объекты и явления, изучаемые ядерной физикой, не могут прямо наблюдаться ни с помощью органов чувств человека, ни с помощью самых совершенных приборов. То, что ученые наблюдают в процессе эмпирических исследований в атомной физике, – это не сами микрообъекты, а только результаты их воздействия на определенные объекты, являющиеся техническими средствами исследования.

Измерение – это определение количественных значений изучаемых сторон или свойств объекта исследования с помощью специальных технических средств. Большую роль в этих исследованиях играют единицы измерения – эталоны, с которыми сравниваются полученные данные. Считается, что методика построения основных и производных единиц измерения принадлежит К.Гауссу, который в 1832 году ввел три независимые единицы измерения: миллиметр, миллиграмм, секунда.

В связи с бурным развитием естествознания за последние четыре века было создано множество различных систем измерения. Поэтому в 1960 году Генеральная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц – СИ. Она базируется на семи основных единицах: метр – единица длины, килограмм – единица массы, секунда – единица времени, ампер – сила электрического тока, кельвин – термодинамическая температура в градусах, кандела – сила света, моль – количество вещества – и двух дополнительных: радиан – плоский угол и стерадиан – телесный угол.

Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Эксперимент – это целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий его объект. Таким образом, в ходе эксперимента ученый может вмешиваться в естественный ход процесса, помещать его в искусственные условия. В этом случае экспериментатор отделяет существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию. Ведь в обычных условиях все природные процессы крайне сложны и запутаны и не поддаются полному контролю и управлению. Эксперимент вошел в число важнейших методов науки со времен Г.Галилея.

Эксперимент обладает рядом важных особенностей:

– во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в «очищенном» виде, т.е. устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования. Например, проведение некоторых экспериментов требует специально оборудованных помещений, экранированных от внешних электромагнитных воздействий на изучаемый объект;

– во-вторых, в ходе эксперимента объект может быть поставлен в некоторые искусственные, в частности, экстремальные условия, т.е. изучаться при сверхнизких температурах, при чрезвычайно высоких давлениях или, наоборот, в вакууме, при огромных напряженностях электромагнитного поля и т.п. Очень интересными и многообещающими являются в этом плане космические эксперименты, позволяющие изучать объекты, явления в таких особых, необычных условиях (невесомость, глубокий вакуум), которые недостижимы в земных лабораториях;

– в-третьих, изучая какой-либо процесс, экспериментатор может вмешиваться в него, активно влиять на его протекание. Как отмечал академик И.П.Павлов, «опыт как бы берет явления в свои руки и пускает в ход то одно, то другое и таким образом в искусственных, упрощенных комбинациях определяет истинную связь между явлениями. Иначе говоря, наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что хочет»;

– в-четвертых, важным достоинством многих экспериментов является их воспроизводимость. Условия эксперимента, а соответственно, и проводимые при этом наблюдения, измерения могут быть повторены столько раз, сколько это необходимо для получения достоверных результатов.

Среди методов эмпирио-теоретического познания выделяют анализ, синтез, аналогию, моделирование.

Анализ – это метод научного познания, в основу которого положена процедура мысленного или реального расчленения предмета на составляющие части и их отдельное изучение. Особое значение анализу как методу естествознания придавалось в классическом естествознании Нового времени. Для изучения объекта как единого целого недостаточно знать его составные части, важно понять, как они связаны друг с другом. Для этого метод анализа дополняется синтезом. Однако в науке Нового времени аналитический метод был абсолютизирован. В указанный период ученые, изучая природу, «рассекали ее на части» и, исследуя части, не замечали значения целого. Это было результатом метафизического метода мышления, который господствовал тогда в умах естествоиспытателей.

Несомненно, анализ занимает важное место в изучении объектов материального мира. Но он составляет лишь первый этап процесса познания. Для постижения объекта как единого целого нельзя ограничиваться изучением лишь его составных частей. В процессе познания необходимо вскрывать объективно существующие связи между ними, рассматривать их в совокупности, в единстве. Осуществить этот второй этап в процессе познания – перейти от изучения отдельных составных частей объекта к изучению его как единого связанного целого – возможно только в том случае, если метод анализа дополняется другим методом – синтезом.

Синтез – это метод научного познания, в основу которого положено объединение в единое целое расчлененных анализом элементов. Важно понять, что синтез не является простым механическим объединением разрозненных элементов. Он вскрывает роль и место каждого элемента в этой системе. В процессе синтеза производится соединение воедино составных частей (сторон, свойств, признаков и т.п.) изучаемого объекта, расчлененных в результате анализа. На этой основе происходит дальнейшее изучение объекта, но уже как единого целого. Он раскрывает место и роль каждого элемента в системе целого, устанавливает их взаимосвязь и взаимообусловленность. Анализ и синтез с успехом используются и в сфере мыслительной деятельности человека, т.е. в теоретическом познании. Но и здесь, как и на эмпирическом уровне познания, анализ и синтез – это не две оторванные друг от друга операции. По своему существу они как бы две стороны единого аналитико-синтетического метода познания.

Метод аналогии (метод познания, при котором происходит перенос знаний об одном объекте на другой, менее изученный, но схожий с первым объектом по каким-либо существенным свойствам) основан на методе сравнения. Еще древние мыслители утверждали, что сравнение – это мать познания. Несмотря на то, что метод аналогии дает лишь вероятное заключение, он играет огромную роль в познании, так как ведет к образованию гипотез. Аналогия с простым позволяет понять более сложное.

Метод аналогии применяется в самых различных областях науки: в математике, физике, химии, кибернетике, в гуманитарных дисциплинах и т.д. Существуют различные типы выводов по аналогии. Но общим для них является то, что во всех случаях непосредственному исследованию подвергается один объект, а вывод делается о другом объекте. Поэтому вывод по аналогии в самом общем смысле можно определить как перенос информации с одного объекта на другой. При этом первый объект, который, собственно, и подвергается исследованию, именуется моделью, а другой объект, на который переносится информация, полученная в результате исследования первого объекта (модели), называется оригиналом (иногда прототипом, образцом и т.д.). Таким образом, модель всегда выступает как аналогия, т.е. модель и отображаемый с ее помощью объект (оригинал) находятся в определенном сходстве (подобии).

В современной науке получил большое распространение метод моделирования. Этот метод основывается на замещении объекта исследования моделью. Появление этого метода вызвано тем, что иногда сам объект оказывается недоступным по ряду причин. Объект-заместитель называют моделью, а объект исследования – оригиналом или прототипом. В современной науке известно несколько типов моделирования: мысленное, физическое, символическое и численное.

В зависимости от характера используемых в научном исследовании моделей различают несколько видов моделирования.

1. Мысленное (идеальное) моделирование. К этому виду относятся самые различные мысленные представления в форме тех или иных воображаемых моделей. Например, модель атома, предложенная Резерфордом, напоминала Солнечную систему: вокруг ядра («Солнца») обращались электроны («планеты»). Следует заметить, что мысленные (идеальные) модели нередко могут быть реализованы материально в виде чувственно воспринимаемых физических моделей.

2. Физическое моделирование. Оно характеризуется физическим подобием между моделью и оригиналом и имеет целью воспроизведение в модели процессов, свойственных оригиналу. По результатам исследования тех или иных физических свойств модели судят о явлениях, происходящих (или могущих произойти) в так называемых «натуральных условиях». Пренебрежение результатами таких модельных исследований может иметь тяжелые последствия. В настоящее время физическое моделирование широко используется для разработки и экспериментального изучения различных сооружений (плотин электростанций, оросительных систем и т.п.), машин (аэродинамические качества самолетов, например, исследуются на их моделях, обдуваемых воздушным потоком в аэродинамической трубе), для лучшего понимания каких-то природных явлений, для изучения эффективных и безопасных способов ведения горных работ и т.д.

3. Символическое (знаковое) моделирование. Оно связано с условно-знаковым представлением каких-то свойств, отношений объекта-оригинала. К символическим (знаковым) моделям относятся разнообразные топологические и графовые представления (в виде графиков, номограмм, схем и т.п.) исследуемых объектов или, например, модели, представленные в виде химической символики и отражающие состояние или соотношение элементов во время химических реакций. Особой и очень важной разновидностью символического (знакового) моделирования является математическое моделирование. Символический язык математики позволяет выражать свойства, стороны, отношения объектов и явлений самой различной природы. Взаимосвязи между различными величинами, описывающими функционирование такого объекта или явления, могут быть представлены соответствующими уравнениями (дифференциальными, интегральными, интегро-дифференциальными алгебраическими) и их системами.

4. Численное моделирование на ЭВМ. Эта разновидность моделирования основывается на ранее созданной математической модели изучаемого объекта или явления и применяется в случаях больших объемов вычислений, необходимых для исследования данной модели. При этом для решения содержащихся в ней систем уравнений с помощью ЭВМ необходимо предварительное составление программы (совокупности предписаний для вычислительной машины). Эта программа выполняется затем электронной вычислительной машиной в виде последовательности элементарных математических и логических операций. В данном случае ЭВМ вместе с введенной в нее программой представляет собой материальную систему, реализующую численное моделирование исследуемого объекта или явления.

Метод моделирования непрерывно развивается, на смену одним типам моделей по мере прогресса науки приходят другие. В то же время неизменным остается одно: важность, актуальность, а иногда и незаменимость моделирования как метода научного познания.

Среди методов теоретического познания выделяют абстрагирование, формализацию, идеализацию, мысленный эксперимент, индукцию, дедукцию.

Процесс познания всегда начинается с рассмотрения кон­кретных, чувственно воспринимаемых предметов и явлений, их внешних признаков, свойств, связей. Только в результате изучения чувственно-конкретного человек приходит к каким-то обобщенным представлениям, понятиям, к тем или иным теоретическим положениям, т.е. научным абстракциям. В процессе абстрагирования происходит отход (восхож­дение) от чувственно воспринимаемых конкретных объек­тов (со всемиих свойствами, сторонами и т. д.) к воспро­изводимым в мышлении абстрактным представлениям о них. Аб­страгирование, таким образом, заключается в мысленном отвлечении от каких-то менее существенных свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновременным вы­делением, формированием одной или нескольких существен­ных сторон, свойств, признаков этого объекта.

В научном познании широко применяются, например, абстракции отождествления и изолирующие абстракции. Аб­стракция отождествления представляет собой понятие, ко­торое получается в результате отождествления некоторого множества предметов (при этом отвлекаются от целого ряда индивидуальных свойств, признаков данных предметов) и объединения их в особую группу. Примером может служить группировка всего множества растений и животных, оби­тающих на нашей планете, в особые виды, роды, отряды и т. д. Изолирующая абстракция получается путем выделения некоторых свойств, отношений, неразрывно связанных с предметами материального мира, в самостоятельные сущ­ности («устойчивость», «растворимость», «электропровод­ность» и т. п.).

Конечно, в истории науки имели место и ложные, не­верные абстракции, не отражавшие ровным счетом ничего в объективном мире (эфир, теплород, жизненная сила, электрическая жидкость и т. п.). Использование подобных «мертвых абстракций» создавало лишь видимость объясне­ния наблюдаемых явлений.

Но формирование научных абстракций, общих теоре­тических положений не является конечной целью познания, а представляет собой только средство более глубокого, раз­ностороннего познания конкретного. Поэтому необходимо дальнейшее движение (восхождение) познания от достиг­нутого абстрактного вновь к конкретному. Получаемое на этом этапе исследования знание о конкретном будет каче­ственно иным по сравнению с тем, которое имелось на эта­пе чувственного познания.

Мысленная деятельность исследователя в процессе на­учного познания включает в себя особый вид абстрагирова­ния, который называют идеализацией. Идеализация пред­ставляет собой мысленное внесение определенных измене­ний в изучаемый объект в соответствии с целями исследо­ваний. В результате таких изменений могут быть, например, исключеныиз рассмотрения какие-то свойства, стороны, признаки объектов. Так, широко распространенная в меха­нике идеализация, именуемая материальной точкой, подра­зумевает тело, лишенное всяких размеров. Такой абстракт­ный объект, размерами которого пренебрегают, удобен при описании движения. Причем подобная абстракция позволя­ет заменить в исследовании самые различные реальные объек­ты: от молекул или атомов при решении многих задач статистической механики и до планет Солнечной системы при изу­чении, например,их движения вокруг Солнца.

Будучи разновидностью абстрагирования, идеализация допускает элемент чувственной наглядности (обычный про­цесс абстрагирования ведет к образованию мысленных аб­стракций, не обладающих никакой наглядностью). Эта осо­бенность идеализации очень важна для реализации такого специфического метода теоретического познания, каковым является мысленный эксперимент (его также называют ум­ственным, субъективным, воображаемым, идеализирован­ным).

Мысленный эксперимент предполагает оперирование идеализированным объектом (замещающим в абстракции объект реальный), которое заключается в мысленном подбо­ре тех или иных положений, ситуаций, позволяющих обна­ружить какие-то важные особенности исследуемого объекта. В этом проявляется определенное сходство мысленного (иде­ализированного) эксперимента с реальным. Более того, вся­кий реальный эксперимент, прежде чем быть осуществлен­ным на практике, сначала «проигрывается» исследователем мысленно в процессе обдумывания, планирования.

Результаты мысленных экспериментов могут ставить иногда серьезные проблемы перед наукой, разрешить кото­рые бывает не так-то легко. Интересным примером в этом плане является мысленный эксперимент Максвелла, выз­вавший сенсацию в начале 70-х годов прошлого столетия. Этот мысленный эксперимент, описанный в его работе «Те­ория теплоты», ставил под сомнение второе начало термо­динамики. В своем мысленном эксперименте Максвелл допустил наличие особого существа – «демона», «... спо­собности которого настолько изощрены, что оно может сле­дить за каждой молекулой на её пути и в состоянии делать то, что в настоящее время для нас невозможно». «Предпо­ложим, – писал Максвелл, – что имеется сосуд, разде­ленный на две части А и В перегородкой с небольшим от­верстием, и что существо, которое может видеть отдельные молекулы, открывает и закрывает это отверстие так, чтобы дать возможность только более быстрым молекулам перейти из А в В и только более медленным перейти из В в А. Это существо, таким образом, без затраты работы повысит тем­пературу в В и понизит в А вопреки второму началу термо­динамики».

Сражение с «демоном» Максвелла заняло длительный период времени. Только в нашем столетии американские физики Сцилард, Димерс и Гейбор доказали, что второе начало термодинамики остается незыблемым и что никако­го «вечного двигателя», даже с помощью «демона», пост­роить нельзя. Они сумели спроектировать и рассчитать ма­шину-демона и убедились, что такая машина работать бу­дет, но требует питания внешней энергией. Причем затра­ты энергии на ее работу окажутся больше, чем выход энер­гии в результате ее деятельности.

Под формализацией понимается особый подход в науч­ном познании, который заключается в использовании спе­циальнойсимволики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов, от содержания описывающих их теоре­тических положений и оперировать множеством символов (знаков). Достоинство формализации состоит в обеспечении краткости и четкости записи научной информации, что открывает большие возможности для оперирования ею. Вряд ли удалось бы успешно пользоваться, например теорети­ческими выводами Максвелла, если быони не были компактно выражены в видематематических уравнений, а описывались бы с помощью обычного естественного языка.

Разумеется, искусственные языки не обладают гибкостью и богатством языка естественного. Зато они характеризуются точно построенным синтаксисом (устанавливающим правила связи между знаками безотносительно к их содержанию) и од­нозначной семантикой (правила формализо­ванного языка вполне однозначно определяют соотнесенность знаковой системы с определенной предметной областью).

Поучительным примером формально полученного и, на первый взгляд, «бессмысленного» результата, который об­наружил впоследствии весьма глубокий физический смысл, являются решения уравнения Дирака, описывающего движение электрона. Среди этих решений оказались такие, которые соответствовали состояниям с отрицательной кинетической энергией. Позднее было установлено, что указанные решения описывали поведение неизвестной частицы позитрона, являющегося антиподом электрона. В данном случае множество формальных преоб­разований привело к содержательному и интересному для науки результату. Язык современной науки существенно отличается от ес­тественного человеческого языка. Он содержит много спе­циальных терминов, выражений, в нем широко использу­ются средства формализации, среди которых центральное место принадлежит математической формализации.

Индукция (от лат. «наведение», «побуждение») есть метод познания, основывающийся на формальнологи­ческом умозаключении, которое приводит к получению об­щего вывода на основании частных посылок. Другими сло­вами, это есть движение нашего мышления от частного, единичного к общему.

Индукция широко применяется в научном познании. Обнаруживая сходные признаки, свойства у многих объек­тов определенного класса, исследователь делает вывод о наличии этих признаков, свойств у всех объектов дан­ного класса. Например, в процессе экспериментального изучения электрических явлений использовались проводники тока, выполненные из различных металлов. На основании многочисленных единичных опытов сформировался общий вывод об электропроводности всех металлов. Наряду с дру­гими методами познания индуктивный метод сыграл важ­ную роль в открытии некоторых законов природы (всемир­ного тяготения, атмосферного давления, теплового расши­рения тел и др.).

Родоначальником классического индуктивного метода познания является Ф. Бэкон. Но он трактовал индукцию чрезвычайно широко, считал ее важнейшим методом от­крытия новых истин в науке, главным средством научного познания природы. По мере разви­тия естествознания становилось все более ясным, что мето­ды классической индукции далеко не играют той всеохваты­вающей роли в научном познании, которую им приписыва­ли Ф. Бэкон и его последователи вплоть до конца XIX века.

Дедукция (от лат. «выведение») есть получе­ние частных выводов на основе знания каких-то общих по­ложений. Другими словами, это есть движение нашего мыш­ления от общего к частному, единичному. Например, из общего положения, что все металлы обладают электропро­водностью, можно сделать дедуктивное умозаключение об электропроводности конкретной медной проволоки (зная, что медь – металл). Если исходные общие положения яв­ляются установленной научной истиной, то методом дедук­ции всегда будет получен истинный вывод. Общие прин­ципы и законы не дают ученым в процессе дедуктивного исследования сбиться с пути: они помогают правильно по­нять конкретные явления действительности.

Получение новых знаний посредством дедукции суще­ствует во всех естественных науках, но особенно большое значение дедуктивный метод имеет в математике. Оперируя математическими абстракциями и строя свои рассуждения на весьма общих положениях, математики вынуждены чаще все­го пользоваться дедукцией. В науке Нового времени пропагандистом дедуктивного метода познания был видный математик и философ Р. Де­карт. Вдохновленный своими математическими успехами, будучи убежденным в безошибочности правильно рассуждающего ума, Декарт односторонне преувеличивал значе­ние интеллектуальной стороны за счет опытной в процессе познания истины. Дедуктивная методология Декарта была прямой противоположностью эмпирическому индуктивизму Бэкона.

Но, несмотря на имевшие место в истории науки и фи­лософии попытки оторвать индукцию от дедукции, проти­вопоставить их в реальном процессе научного познания, эти два метода не применяются как изолированные, обособлен­ные друг от друга. Каждый из них используется на соответ­ствующем этапе познавательного процесса.