Естественнонаучная картина мира

Теория представляет собой целостную, обобщенную, непротиворечивую систему знаний, в которой раскрываются существенные связи и отношения, имеющиеся между элементами изучаемой реальности. При этом данные отношения описываются с помощью системы законов. Обратим внимание на то, что удачность какой-либо теории определяется не только численностью фактов, которые вписываются в нее (или выводятся из нее), но и количеством теоретических средств, которые для этого привлекаются. Теория является тем более эффективной и тем на более длительный срок определяет развитие какой-либо области научного знания, чем более малыми теоретическими средствами она не только объясняет по возможности больший круг явлений, но и предсказывает феномены, еще не обнаруженные.

Надо заметить, что иногда можно услышать ошибочное утверждение о том, что теория вытекает из фактов, или, иначе говоря, что с первого «этажа» научного познания (эмпирического) на второй (теоретический) есть плавный переход в виде некой удобной «лестницы». В действительности все обстоит иначе и сложнее. Теория не вытекает из фактов по той причине, что они сами по себе ничего не говорят и ни о чем не свидетельствуют. Часто к слову «факты» применяется эпитет «голые». Наверняка все сталкивались со словосочетанием «голые факты», но многие ли задумывались над тем, что оно означает? По всей видимости, данное понятие указывает на то, что факты безмолвны и из них ничего не вытекает, кроме самих фактов. Например, существует постоянно наблюдаемый нами факт медленного дневного движения Солнца по небосводу с востока на запад. О чем он говорит? О том, что Солнце вращается вокруг неподвижной Земли? Или может быть о том, что, наоборот, Земля вращается вокруг неподвижного Солнца? Или же о том, что и Солнце, и Земля вращаются друг относительно друга? А может быть, не о том и не о другом, и не о третьем, а о чем-то еще? Как видим, на один факт приходится несколько различных и даже взаимоисключающих объяснений. Однако если бы объяснение фактов или теория вытекали непосредственно из них, то никаких разногласий не было бы: одному факту строго соответствовало бы только одно определенное объяснение.

Если теория вытекает не из фактов, тогда откуда она берется? Теория выдвигается человеческим разумом и применяется (прикрепляется) к фактам с целью их объяснения. Причем первоначально разум создает не теорию, а гипотезу. В том случае, если гипотеза согласует между собой факты, свяжет их в единую картину и даже предвосхитит обнаружение новых, еще не известных фактов, то она превратится в теорию и на долгое время займет господствующие позиции в том или ином разделе научного знания. Если же, наоборот, гипотезе не удастся согласовать между собой все имеющиеся в какой-либо области действительности факты и связать их в единую картину, то она будет отброшена и заменена новой гипотезой. Точно ответить на вопрос, почему некий ученый выдвигает для объяснения каких-нибудь фактов именно такую гипотезу, а не иную, не возможно, потому что ее создание – это во многом интуитивный акт, представляющий собой тайну научного творчества. Только после соотнесения гипотезы с фактами выясняется ее большая или меньшая состоятельность, происходит ее подтверждение или опровержение. Как уже говорилось, гипотеза может объяснять факты более или менее удачно, и именно от этого будет зависеть ее дальнейшая судьба.

Итак, научное познание состоит из двух «этажей»: нижнего – эмпирического и верхнего – теоретического. Причем второй «этаж», будучи надстроенным над первым, должен без него рассыпаться: теория для того и создается, чтобы объяснить факты (если их нет, то и объяснять нечего). Теоретический уровень познания не возможен без эмпирического, но это не означает, как уже говорилось, что теория вытекает из фактов. При всей взаимосвязи этих двух уровней, они тем не менее достаточно автономны: между нижним и верхним «этажами» научного познания не существует прямой и удобной «лестницы», попасть с одного на другой можно только «прыжком» или «скачком», который представляет собой не что иное, как выдвижение гипотезы с ее последующим подтверждением и превращением в теорию или же – опровержением и заменой новой гипотезой.

Для каждого из уровней научного познания характерны свои методы (способы или пути достижения поставленной цели). К методам эмпирического уровня относятся: наблюдение (целенаправленное восприятие объектов, явлений, процессов в естественных для них условиях), описание (процесс и результат закрепления и передачи информации об исследуемом), измерение (познавательная операция, результатом которой является получение численного значения измеряемых величин), эксперимент (контролируемый и воспроизводимый опыт, имеющий познавательный, целенаправленный, методический характер и проводящийся в специально заданных условиях).

На теоретическом уровне используются такие методы, как: идеализация (процедура мысленного конструирования идеального (нематериального) объекта, например, для проведения мысленного эксперимента), формализация (построение абстрактных математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых объектов, явлений или процессов физической реальности), аксиоматический метод (построение теоретического знания на базе изначально заданного набора исходных положений, не требующих доказательства), исторический метод (всестороннее исследование истории изучаемого феномена с последующим установлением на ее основе общей закономерности), логический метод (изучение чего-либо не в исторической перспективе, а на высших стадиях его развития).

Кроме того, существуют методы, в целом присущие человеческому познанию, на основе которых строится не только научное, но и философское, и даже обыденное знание. Их называют универсальными методами познания. К ним относятся: анализ (прием мышления, подразумевающий разъединение целого на составляющие его части с последующим всесторонним их изучением), синтез (прием мышления, представляющий собой соединение ранее выделенных частей чего-либо в единое целое), абстрагирование (прием мышления, суть которого в отвлечении от одних свойств и отношений исследуемого с одновременным выделением других свойств и отношений, интересующих в данный момент познающего), обобщение (прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов), моделирование (метод исследования объекта путем создания и изучения его модели), индукция (метод исследования, способ и результат рассуждения, в котором общий вывод строится на основе частных случаев), дедукция (метод исследования, способ и результат рассуждения, посредством которого из общего положения (положений) выводится заключение для частного случая), аналогия (метод исследования, способ и результат рассуждения, при котором на основе сходства объектов в одних признаках делается вывод об их сходстве в других).

Наряду с универсальными и общенаучными методами (эмпирическими и теоретическими) существуют так называемые узкоспециализированные (конкретно научные) методы, разрабатываемые, применяемые и совершенствуемые не во всех абсолютно науках, а только в отдельных научных дисциплинах, например: метод спектрального анализа в химии или астрономии, метод кольцевания (метод «маячка») в биологии, интервьюирование в социологии или психологии и т. п. Конечно, эти методы не оторваны от универсальных и общенаучных, а содержат в себе в различных сочетаниях и те, и другие. Причем, специфика их сочетания и использования зависит от условий исследования и природы изучаемых феноменов физической реальности.

Большая часть современного научного знания построена с помощью гипотетико-дедуктивного метода, предполагающего выполнение алгоритма, который состоит из четырех звеньев: 1) обнаруживаются определенные факты, относящиеся к какой-то области действительности; 2) выдвигается первоначальная гипотеза, обычно называемая рабочей, которая на основе некоей регулярности или повторяемости найденных фактов конструирует наиболее простое их объяснение; 3) устанавливаются факты дополнительные, в том числе и те, которые не встраиваются (не вписываются) в это объяснение; 4) с учетом выпадающих из первоначального объяснения фактов создается новая, более разработанная, или научная гипотеза, которая не только согласует все имеющиеся эмпирические данные, но и позволяет предсказать получение новых, или, говоря иначе, из которой можно вывести (дедуцировать) все известные факты, а также указание на неизвестные (то есть пока не открытые).

Например, при скрещивании растений с красными и белыми цветками у получающихся гибридов цветки чаще всего бывают розовыми. Это обнаруженные факты, на основе которых можно предположить (создать рабочую гипотезу), что передача наследственных признаков происходит по принципу смешивания, то есть родительские признаки переходят к потомству в некоем промежуточном варианте (такие представления о наследственности были распространены в первой половине XIX в.). Однако в это объяснение не вписываются другие факты. При скрещивании растений с красными и белыми цветками, пусть не часто, но все же появляются гибриды не с розовыми, а с чисто красными или белыми цветками, чего не может быть при усредняющем наследовании признаков: смешав, например, кофе с молоком, нельзя получить черную или белую жидкость. Для того чтобы вписать эти факты в общую картину, требуется какое-то иное объяснение механизма наследственности, необходимо изобретение другой, более совершенной (научной) гипотезы. Как известно, она была создана в 60-х гг. XIX в. австрийским ученым Грегором Менделем, который предположил, что наследование признаков происходит не путем их смешивания, а наоборот, посредством разделения. Наследуемые родительские признаки передаются следующему поколению с помощью маленьких частиц – генов. Причем за какой-либо признак отвечает ген одного из родителей (доминантный), а ген другого родителя (рецессивный), также переданный потомку, никак себя не проявляет. Вот почему при скрещивании растений с красными и белыми цветками в новом поколении могут быть или только красные, или только белые цветки (один родительский признак проявляется, а другой подавляется). Но почему появляются также растения с розовыми цветками? Потому что нередко ни один из родительских признаков не подавляется другим, и оба они проявляются у потомков. Эта гипотеза, столь удачно объяснившая и согласовавшая между собой различные факты, превратилась впоследствии в стройную теорию, положившую начало развитию одной из важных областей биологии – генетики.

§ 4. Всесильна ли наука? Границы научного познания

В начале эпохи Нового времени, когда наука отделилась от философского знания, превратившись в самостоятельную форму духовной культуры, с ней связывали большие надежды, ожидая от нее решения чуть ли не всех проблем человечества. Тогда казалось, что она всесильна, и в скором времени научное познание, нигде не встречая преград, проникнет во все тайны природы и достигнет исчерпывающего знания о мире, на основе которого станет возможным всеобщее благоденствие. XVIII в. вошел в историю под названием «века Просвещения». Философы и ученые этого периода потому и стали называться просветителями, что в числе их основных идей было утверждение, по которому все человеческие проблемы и несчастья связаны с недостаточным количеством знаний, с малой просвещенностью людей. Надо приумножить знания с помощью науки, считали они, просветить умы, и тогда жизнь обязательно изменится к лучшему. В XIX в. восторженных ожиданий стало меньше: наука явно не справлялась с возлагаемыми на нее надеждами по достижению всеобщего процветания. Знаний было накоплено немало, люди стали значительно более просвещенными по сравнению с предыдущими столетиями, а жизнь не менялась к лучшему. Если в XIX в. люди всего лишь усомнились в неограниченных возможностях науки, то в настоящее время говорят о ее фундаментальных границах, то есть о таких, которые она не сможет преодолеть никогда.

Первая граница обусловлена объектами и методами научного познания. Выше говорилось о том, что наука изучает только нечто уже данное, существующее и опирается на доказательство, то есть включает в сферу своего внимания то, что можно подтвердить или опровергнуть. Понятно, что при этом огромное количество вопросов и проблем, причем очень широких и важных (например, откуда произошел мир, реальностью или иллюзией он является, такой ли он на самом деле, каким мы его видим, материя или дух лежит в основе всего, кто такой человек, и в чем смысл его жизни и т. п.), остается вне сферы ее интересов. Она принципиально не задается этими вопросами и никогда не будет искать ответы на них. Понятно, что, если бы наука занималась подобными вопросами, она не была бы наукой. Получается, что данная ограниченность – это ее неотъемлемый признак, без которого она не будет самою собой. Поэтому она и является всего лишь одной из форм духовной культуры, наряду с другими ее формами, наиболее важные из которых – это философия, религия и искусство. Занимаясь только тем, что есть наука включает в поле своего зрения все, что так или иначе поддается наблюдению, описанию, измерению, вычислению и т. д., и предпочитает иметь дело с точными понятиями.

Вторая граница науки порождается ее инструментальным характером. За время своего существования наука добилась колоссальных результатов и ответила на огромное количество вопросов. Теперь она знает, как добраться до Луны или Марса, как создать искусственный интеллект и даже как клонировать самого человека. Однако, будучи в состоянии ответить на эти и множество других сложных вопросов, наука никогда не сможет ответить на один, с виду очень простой и бесхитростный вопрос: «Зачем все это нужно (добираться до Марса, создавать искусственный интеллект, клонировать живые организмы и т. д.)?» На этот вопрос может ответить только человек, наделенный свободой воли, то есть свободой выбора между добром и злом; а наука всегда будет оставаться пассивным инструментом в его руках, который можно использовать как в благих, созидательных, так и в дурных, разрушительных целях.

Третья граница науки обусловливается специфическим характером научного познания, которое имеет одну важную и примечательную черту: чем больше наука открывает, тем большим становится количество принципиально невозможных вещей, то есть тем больше она «закрывает». Например, после того как был сформулирован закон сохранения энергии, суть которого в том, что в изолированной физической системе энергия ниоткуда просто так не берется и никуда просто так не пропадает (она может перейти в работу), стало понятно, что создание «вечного двигателя» (такой закрытой физической системы, в которой постоянно появляется все новая и новая энергия) невозможно (только во второй половине XVIII в. Парижская академия наук приняла постановление не рассматривать более проектов вечного двигателя). Кстати говоря, под энергией в науке понимается способность физического объекта совершать работу, то есть его способность перемещать массу на конкретное расстояние, воздействуя на нее с определенной силой.

Еще один пример, иллюстрирующий данную границу науки: теория относительности, созданная Альбертом Эйнштейном, наложила строжайший запрет на превышение скорости света, а следовательно, и закрыла человечеству путь в глубокий космос. Уже упоминавшийся нами философ Карл Поппер даже утверждал, что, чем больше некая теория что-то запрещает, тем она лучше. Открывая человеку большие возможности, наука одновременно показывает и области невозможного. Причем, чем более она развита, тем больше «площадь» запрещенных областей.

Четвертая граница науки связана с возрастом человечества. По современным научным представлениям Вселенная существует приблизительно 13,8 млрд лет, а человек современного типа – примерно 40 тыс. лет. Первые цивилизации появились приблизительно 5 тыс. лет назад, а возраст науки, как уже говорилось, насчитывает всего 2,5 тыс. лет. Срок жизни человечества и время существования науки неизмеримо малы на фоне возраста Вселенной, ведь 13,8 млрд лет по сравнению с 40 тыс. лет – это почти бесконечность. Понятно, что если бы человек прожил намного больше, и его возраст был бы хоть как-то сопоставим с возрастом Вселенной (например, 1 млрд лет вместо 40 тыс.), то он и знал бы о ней намного больше, чем знает сейчас. Иначе говоря, сколько бы еще человек ни прожил и сколько бы ни накопил научных знаний, все равно срок его жизни и все его знания по отношению к возрасту Вселенной будут оставаться ничтожно малыми.

Пятая граница науки определяется природой человека. По современным научным представлениям окружающая нас действительность подразделяется на три большие области, или сферы.

Первая из них называется макромиром (от греч. makros – большой). Это то, что повседневно нас окружает. Расстояния в макромире измеряются миллиметрами, сантиметрами, метрами и километрами, а время – секундами, минутами, часами, месяцами и годами. Однако, по современным представлениям, помимо макромира есть еще две области природы. Одна из них – это микромир (от греч. mikros – маленький) – сфера необычайно малых объектов – атомов и элементарных частиц, где расстояния измеряются величинами от 10–8 до 10–16 см, а время жизни от почти бесконечности до 10–24 с. Для пояснения скажем, что 10–10 см – это величина, равная одной миллиардной части миллиметра, то есть если один миллиметр на Вашей линейке Вы мысленно разделите на миллиард частей, то одна такая часть будет равна 10–10 см. Величина 10–16 см в миллион раз меньше, чем 10–10 см, то есть для того, чтобы представить себе величину 10–16 см, надо один миллиметр поделить на миллион миллиардов частей и мысленно представить себе одну эту часть. Она будет равна 10–16 см. Что касается временных промежутков, то 10–9 с, например, – это одна миллиардная часть секунды. Другая область природы – это мегамир (от греч. megas – огромный) – сфера колоссальных космических расстояний и громадных временных промежутков. Расстояния в нем измеряются световыми годами, а время существования различных объектов – миллионами и миллиардами лет. Например, ближайшая к нам галактика – туманность Андромеды – находится от нас на расстоянии приблизительно 2 700 000 световых лет. Это значит, что для достижения этой галактики нам надо 2 700 000 земных лет (а один земной год, как известно, – это 365 дней) лететь к ней со скоростью света – 300 000 километров в секунду.

Человек родом из макромира, или, говоря иначе, он обладает макроприродой, и поэтому ему довольно трудно исследовать то, что происходит как в микромире, так и в мегамире, ведь для полноценного постижения этих областей ему надо быть, условно говоря, размером с электрон или с галактику. Но неужели современная наука не изучает микро- и мегамир, спросите Вы. Конечно же, изучает, но не так успешно и эффективно, как макромир. Насколько благополучно обстоят дела в изучении последнего, настолько же с малыми результатами продвигается естествознание в освоении двух других областей природы. Насколько много существует твердых положений и точных теорий, посвященных макромиру, настолько же мало в науке чего-либо надежно установленного и общепризнанного, относящегося к микро- и мегамиру.

Человек познает природу с помощью мышления, а полученные им знания находят свое выражение в языке. Таким образом, мышление и язык – это инструменты познания. Однако человек неизбежно обладает макромышлением и макроязыком. И с этими макроинструментами он пытается исследовать микро- и мегаобласти окружающего мира. Получается, что инструмент познания не соответствует его объектам. Приведем аналогию: Вам предлагают покрасить шестнадцатиэтажный дом… акварельной кисточкой или, наоборот, нарисовать маленькую акварельную картинку размером 5×5 сантиметров с помощью… малярного валика. Понятно, что и в том, и в другом случае ничего не получится именно по причине несоответствия объектов и направленных на них инструментов. Здесь могут возразить, что существует универсальный язык для описания каких угодно объектов – язык математики, который, будучи предельно абстрактным, вполне может быть одним из эффективных инструментов для освоения микро- и мегамира. Однако и математика родом из привычного нам макромира, ведь она родилась из практических потребностей и интересов, которые, конечно же, имеют макроприроду.

§ 5. Общие модели развития науки

До XX в. считалось, что наука развивается плавно, постепенно, эволюционно: год за годом накапливаются новые факты, делаются научные открытия, приумножаются теории, в результате чего люди узнают о природе все больше и больше. Рост научного знания, по этим представлениям, можно условно сравнить с постепенным подъемом уровня жидкости в сосуде, в который она непрерывно наливается: с каждой секундой этот уровень становится все выше. Такую модель развития науки философы и ученые называют «кумулятивной» (от лат. cumulo – накапливаю). Однако в XX в. представление радикально изменилось: теперь считается, что в развитии науки есть не только постепенное накопление знания и его своего рода эволюция, которая выражается в постепенности, плавности и последовательности, но и революции, то есть кризисы, обвалы, скачки, перестройки и т. п. Сам же процесс, сама история развития науки понимается как смена научных картин мира.

Термин «научная картина мира» означает систему научных представлений об общих принципах и законах устройства мироздания, включающую в себя множество теорий, в совокупности своей описывающих известную человеку физическую реальность. При этом принято выделять как общенаучную картину мира, включающую систематизированное и обобщенное знание, полученное в различных областях науки, так и отдельно естественнонаучную (система общих представлений о природе) и социально-гуманитарную картины мира (система общих представлений о человеке и обществе). В отдельных областях науки также можно выделить как конкретно научные картины мира (например, физическая картина мира или химическая картина мира), так и специальные (частные, локальные) научные картины мира отдельных отраслей науки (например, механическая картина мира).

Но вернемся к моделям развития науки. Наибольшую известность приобрели в XX в. модели американского философа Томаса Куна и британского философа Имре Лакатоса. С точки зрения Куна, развитие науки представляет собой смену научных парадигм. Парадигма, в широком смысле слова, – это совокупность каких-либо идей, взглядов, положений и т. п. Научная парадигма представляет собой систему наиболее общих, широких научных представлений об окружающем мире. Та или иная парадигма какое-то время господствует в науке, определяет направление ее развития; в рамках парадигмы накапливаются факты, делаются научные открытия, создаются новые теории. Содержание научной парадигмы отражено в трудах крупнейших ученых и учебниках, а основные ее идеи проникают даже в массовое создание через научно-популярную литературу. Причем во время господства той или иной парадигмы ее положения признаются и разделяются всеми представителями научного сообщества: никто, как правило, не сомневается в ее верности и эффективности. Кстати, отправным пунктом размышлений Куна над проблемами эволюции науки стал отмеченный им любопытный факт: ученые-обществоведы и гуманитарии славятся своими разногласиями по фундаментальным вопросам, исходным основаниям своих теорий, в то время как представители естествознания по такого рода проблемам дискутируют редко, большей частью в периоды так называемых кризисов в их науках. В обычное же время они относительно спокойно работают и как бы молчаливо поддерживают неписаное соглашение: пока храм науки не шатается, качество его фундамента не обсуждается. Возможно, в этом заключается одна из причин большой результативности естественных наук и весьма скромных достижений гуманитарных: первые, построив фундамент, давно приступили к сооружению самого здания, а вторые в основном занимаются только тем, что постоянно строят и перестраивают фундамент.

В естествознании также случаются перестройки фундамента научного знания, но крайне редко. Это происходит тогда, когда очередная парадигма устаревает, то есть уже с трудом справляется с объяснением новых фактов, утрачивает прежнюю широту научного видения мира, начинает тормозить дальнейшее поступательное развитие науки. В этом случае происходит научная революция, и старая парадигма заменяется новой. Причем появляется несколько альтернативных вариантов новой парадигмы, и прогрессивное научное сообщество выбирает одну из них, как считает Кун, во многом стихийно, случайно, немотивированно, или иррационально, то есть не на основе логики и жесткого расчета, а в большей степени на основе ощущения, наития, интуиции. Переходы от одной научной парадигмы к другой Кун сравнивал с обращением людей в новую веру: мир привычных объектов предстает в совершенно ином свете благодаря решительному пересмотру исходных объяснительных принципов. Аналогия с обращением в новую веру понадобилась ему для того, чтобы подчеркнуть, что смену парадигм нельзя объяснить строго рационально, то есть с помощью одной только логики. Утверждение новой парадигмы осуществляется в условиях мощного противодействия сторонников прежней. Причем, новаторских подходов, как уже говорилось, может оказаться несколько. Поэтому выбор принципов, которые составят будущую успешную парадигму, осуществляется учеными не столько на основании логики или под давлением эмпирических фактов, сколько в результате внезапного озарения, просветления, иррациональной веры в то, что окружающий мир устроен так, а не иначе.