1. Научное описание мира

1.2. Природа и ее изучение, естествознание

Современная наука подразделяется на множество отраслей знаний или частных наук, которые различаются тем, какую сторону действительности они изучают. По предмету и методу познания выделяют науки о природе - естествознание и обществе - обществознание. Отдельную группу составляют технические науки и технологии. Очень своеобразной наукой является математика. Каждая группа наук, в свою очередь, подразделяется на ряд научных дисциплин. Несмотря на такое деление, наука остается многогранным, но вместе с тем целостным образованием, отдельные компоненты которого в своих глубинных мировоззренческих и методологических основаниях тесно связаны между собой.

Существуют и другие критерии для классификации наук. По удаленности от практики науки разделяют на два крупных типа: фундаментальные (чистые), где нет прямой ориентации на практику - они основаны только на стремлении человека к расширению кругозора, и прикладные (включая технологии), направленные непосредственно на применение результатов научного познания для решения производственных и социально-практических проблем. Здесь широко используются принципы и законы природы, полученные фундаментальной наукой.

Наука - особый вид познавательной деятельности, направленной на получение, уточнение и распространение объективных, системно-организованных и обоснованных знаний о природе, обществе, мышлении.

Основой этой деятельности является сбор научных фактов, их постоянное обновление и систематизация, критический анализ и на этой базе синтез новых научных знаний или обобщений, которые не только описывают наблюдаемые природные или общественные явления, но и позволяют построить причинно-следственные связи и, как следствие, - прогнозировать. Те естественнонаучные теории и гипотезы, которые подтверждаются фактами или опытами, формулируются в виде законов природы или общества.

Наука в широком смысле включает в себя все условия и компоненты научной деятельности:

• разделение и кооперацию научного труда;

• научные учреждения, экспериментальное и лабораторное оборудование;

• методы научно-исследовательской работы;

• понятийный и категориальный аппарат;

• систему научной информации, а также всю сумму накопленных ранее научных знаний.

Изучение природы составляет предмет естествознания. При исследовании явлений природы во всем их многообразии мы вводим понятия, открываем законы и строим научные теории, с помощью которых объясняем, интерпретируем или истолковываем эти явления. Каждая из естественных наук, например, физика, химия, биология, геология, география, минералогия и т. д., исследует какую-то одну из ее сторон, так что в целом картина оказывается пестрой. Чтобы с ней разобраться, необходимо найти ключ к единству естествознания. Считается, что природа едина и ее изучение также должно базироваться на едином фундаменте, основу которого составляют, прежде всего, физика, химия и биология.

Слово «естествознание» представляет собой сочетание двух слов - «естество» («природа») и «знание». Под естествознанием, прежде всего, понимают точное естествознание, т. е. уже вполне оформленное (часто в математических формулах) - точное знание обо всем, что действительно есть в природе. Естествознание рассматривается как единая система наук о природе, занимающаяся систематическим экспериментальным исследованием природы. Оно вскрывает специфические закономерности, объясняя мир с точки зрения единства и взаимосвязи его общих свойств. Естествознание является теоретической основой техники и медицины, научным фундаментом философского материализма.

Предметом естествознания является познание различных форм движения материи. Устройство и организация всего, что есть во Вселенной, - это все проблемы естествознания. Оно вскрывает специфические закономерности, объясняющие конкретные свойства материального мира. Естественные науки достигли в наше время грандиозных успехов. Физический мир, доступный исследованию, охватывает сегодня фантастический диапазон масштабов. В микроскопических масштабах, например, в физике элементарных частиц, мы имеем дело с величинами порядка 10^-22 см. В макроскопических масштабах, например, в космологии, расстояния могут достигать 10²⁸ см.

Основная задача изучения естествознания состоит в том, чтобы ясно представить единство природы, ее целостность и то единое основание, на котором построено все бесчисленное разнообразие предметов и явлений природы и из которого вытекают основные законы, связывающие микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления между собой и с жизнью, разумом. Нельзя познать природу во всей ее целостности, изучая только отдельные естественные дисциплины. С другой стороны, такой подход позволяет выявить скрытые связи, которые создают органическое единство всех физических, химических и биологических явлений и в результате намного глубже и точнее понять сами эти явления, а значит, полнее и, до известной степени, по - новому освоить физику, химию, биологию. Цель естествознания состоит в том, чтобы находить сущность явлений, их законы и на этой основе предвидеть или открывать новые явления и законы, раскрывать новые возможности использования на практике познанных законов природы.

Развитие естествознания шло от непосредственного созерцания природы через разделение знаний и анализ внутри отдельных дисциплин к синтезу наук, к воссозданию картин мира. С развитием письменности в странах древних цивилизаций накапливались и осмысливались эмпирические знания о природе, человеке и обществе, возникали зачатки математики, логики, геометрии, астрономии, медицины. Предшественниками современных учёных были философы Древней Греции и Рима, для которых размышления и поиск истины становятся основным занятием.

Наука в современном понимании начала складываться с XVI-XVII веков. В ходе исторического развития её влияние вышло за рамки развития техники и технологии. Наука превратилась в важнейший социальный, гуманитарный институт, оказывающий значительное влияние на все сферы общества и культуру. Объём научной деятельности с XVII века удваивается примерно каждые 10-15 лет (рост открытий, научной информации, числа научных работников).

Трудно переоценить ту роль, которую играют естественные науки в развитии современного общества. Обсудим это на примере физики, которая считается самой глубоко развитой областью человеческого знания и составляет фундамент его технического, естественнонаучного и теоретического мышления. За последние 100 лет пик достижений естественных наук пришелся именно на физику. В основании современной естественнонаучной картины мира лежат физические принципы и концепции, т. е. физика составляет фундамент естествознания. Ее идеи пронизывают все естественные науки, она таит в себе огромный мировоззренческий потенциал. Приобретая новые представления в процессе познания, она все время развивается, помогает нам лучше и полнее понимать природу, обогащает нас глубокими теориями и гипотезами, увеличивает способности человечества. Не преувеличивая, можно сказать, что физика является неотъемлемой частью общей культуры человечества. Ведь недаром представление о физике в умах многих людей сливается с понятием «знание».

Современная физика оказала влияние почти на все стороны человеческой жизни. Она составляет основу всех естественных и технических наук. Практически не существует отрасли промышленности, не использующей достижений физики.

Естественнонаучное образование

Фундаментальные науки и естественнонаучное образование имеют в России сравнительно недолгую историю. Профессиональное образование официально появилось на свет только в 1701 году, когда по указу Петра I были организованы светские учебные заведения: навигацкая, пушкарская и госпитальная школы. Несколько позже были открыты около 40 «цифирных школ», в которых изучались азы математики, а в 30-е годы XVIII века в военных поселениях появились так называемые гарнизонные школы, дававшие не только военное, но и начальное инженерное и математическое образование.

За 200 лет развития, к началу Первой мировой войны, Россия имела систему образования, сконструированную по европейским образцам, которая, однако, была весьма несбалансированной, хотя и обладала некоторыми уникальными достоинствами. Уместно напомнить, что к 1914 году более 70 % населения Российской империи оставалось неграмотным или малограмотным, и это существенно отличало Россию от ведущих европейских стран.

Тем не менее, элитное научное и научно-техническое образование в России уже вполне отвечало требованиям времени. В стране к началу ХХ века функционировало восемь университетов и около 30 технических, медицинских и сельскохозяйственных вузов, в которых обучалось более 100 тыс. студентов. Работало несколько тысяч гимназий, а также реальных училищ - средних школ, в которых не преподавались классические языки, но больший упор делался на математику, механику, физику и химию и в которых учились более 1 млн. школьников.

Подтверждением успешного развития естественных наук и появления в России серьезных научных школ стало мировое признание многих научных результатов и изобретений российских ученых во второй половине XIX и начале ХХ века. Вспомним лишь несколько выдающихся имен: Н. И. Лобачевский, И. М. Сеченов, Б. О. Якоби, Д. И. Менделеев, П. И. Яблочков, Н. И. Пирогов, М. В. Остроградский, П. Л. Чебышев, И. П. Павлов, А. С. Попов, В. А. Стеклов, Н. Е. Жуковский. Без сомнения, такому списку могла бы позавидовать наука любой европейской страны.

После окончания Великой Отечественной войны, в первую очередь в связи с запросами военной промышленности, были предприняты серьезные усилия по развитию научного и научно-технического потенциала. В рамках Академии наук были созданы десятки новых институтов, возникли новые научные центры. В ноябре 1946 года постановлением Совнаркома СССР был создан физико-технический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова с особым статусом, а осенью 1951 года на базе ФТФ МГУ был организован новый вуз - Московский физико-технический институт для подготовки инженеров-исследователей в областях новой техники.

Конечно, картина не была такой благостной. Как известно, значительная часть инженеров и ученых в эти послевоенные годы работали в заключении, в так называемых шарашках - интеллектуальных подразделениях ГУЛАГа. Тем не менее, физико-математическое, химическое, а также многие направления инженерного образования действительно развивались. Следует отметить, что с середины 50-х годов, возможно благодаря именно этому особому государственному вниманию, советским ученым-физикам было присвоено 10 нобелевских премий (из всего 15, полученных Россией и СССР в области естественных наук).

Большой авторитет в мире завоевала и имеет до сих пор советская математическая школа. Представители этой школы сделали возможным реализацию уникальных научно-технических проектов в области авиации, ракетостроения и космонавтики.

Понятно, что естественнонаучное образование, как и наука в целом, не является гарантом разумного и устойчивого развития общества. Однако сегодня уже понятно, что в XXI веке роль знаний станет определяющей, что успешными и благополучными смогут стать только те общества, которые научатся ценить и развивать интеллект, а также эффективно использовать этот потенциал в интересах всех его членов.

Научный метод и принципы познания естественных наук

Мы познаем мир с помощью органов чувств - естественных физических «приборов» человеческого организма. Основную информацию об окружающем мире человек получает с помощью органов зрения. Но наши органы чувств могут нас обманывать. Не все существующие в мире звуки мы воспринимаем, достаточно субъективны наши вкусовые и тепловые ощущения, чувство боли. Постепенно человек научился создавать приборы и системы для получения информации об окружающем мире, а знания стали более достоверными и глубокими. Научное знание, в отличие от обыденного, характеризуется рядом специфических черт. Во-первых, это не опыт отдельного человека и его мироощущение. Наука - это суммарный опыт всего человечества на всем историческом пути его развития.

Во-вторых, научное знание, в отличие от обыденного, имеет не простые формы (непосредственного отражения, ощущения и восприятия), а сложные - специально выработанные формы выражения научной истины в виде научных понятий, принципов, методов и теорий. Главная особенность научных знаний заключается в глубоком проникновении в суть явлений, в их теоретическом характере. Научное знание начинается тогда, когда за совокупностью фактов осознается закономерность - общая, необходимая связь между ними, что позволяет объяснить, почему данное явление протекает так, а не иначе, предсказать дальнейшее его развитие. Научное познание отличает стремление к объективности, т. е. к изучению мира таким, каким он есть вне и независимо от человека. Научное познание - это объективно-истинное знание о природе, обществе и человеке, полученное в результате научно-исследовательской деятельности и, как правило, апробированное (доказанное) практикой.

Научный метод - совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки. Метод включает в себя способы исследования феноменов, систематизацию, корректировку новых и полученных ранее знаний.

Умозаключения и выводы делаются с помощью правил и принципов рассуждения на основе эмпирических (наблюдаемых и измеряемых) данных об объекте. Базой получения данных являются наблюдения и эксперименты. Для объяснения наблюдаемых фактов выдвигаются гипотезы и строятся теории, на основании которых формулируются выводы и предположения. Полученные прогнозы проверяются экспериментом или сбором новых фактов.

Важной стороной научного метода, его неотъемлемой частью для любой науки, является требование объективности, исключающее субъективное толкование результатов. Не должны приниматься на веру какие-либо утверждения, даже если они исходят от авторитетных учёных. Для обеспечения независимой проверки проводится документирование наблюдений, обеспечивается доступность для других учёных всех исходных данных, методик и результатов исследований. Это позволяет не только получить дополнительное подтверждение путём воспроизведения экспериментов, но и критически оценить степень адекватности (валидности) экспериментов и результатов по отношению к проверяемой теории.

Виды научного метода

Теория - система знаний, обладающая предсказательной силой в отношении какого-либо явления. Теории формулируются, разрабатываются и проверяются в соответствии с научным методом. Стандартный метод проверки теорий - прямая экспериментальная проверка. Однако часто теорию нельзя проверить прямым экспериментом (например, теорию о возникновении жизни на Земле), либо такая проверка слишком сложна или затратна (макроэкономические и социальные теории), и поэтому теории часто проверяются не прямым экспериментом, а по наличию предсказательной силы - то есть если из неё следуют неизвестные/не замеченные ранее события, и при пристальном наблюдении эти события обнаруживаются, то предсказательная сила присутствует.

Гипотеза - недоказанное утверждение, предположение или догадка. Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений (примеров) и поэтому выглядит правдоподобно. Гипотезу впоследствии или доказывают, превращая её в установленный факт, или же опровергают.

Закон - вербальное и/или математически сформулированное утверждение, которое описывает соотношения, связи между различными научными понятиями, предложенное в качестве объяснения фактов и признанное на данном этапе научным сообществом.

Моделирование - это изучение объекта посредством моделей с переносом полученных знаний на оригинал. Предметное моделирование - создание моделей уменьшенных копий с определёнными дублирующими оригинальными свойствами. Мысленное моделирование - с использованием мысленных образов. Знаковое или символическое - представляет собой использование формул, чертежей. Компьютерное - компьютер является и средством, и объектом изучения, моделью является компьютерная программа.

Эксперимент в научном методе - набор действий и наблюдений, выполняемых для проверки (истинности или ложности) гипотезы или научного исследования причинных связей между феноменами. Эксперимент является краеугольным камнем эмпирического подхода к знанию.

Научное исследование - процесс изучения, эксперимента, концептуализации и проверки теории, связанный с получением научных знаний.

Наблюдение - это целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, результаты которого фиксируются в описании. Для получения значимых результатов необходимо многократное наблюдение.

Измерение - это определение количественных значений, свойств объекта с использованием специальных технических устройств и единиц измерения.