Методология научных исследований

Историческое  изучение парадигмального изменения  раскрывает в эволюции наук характеристики, весьма сходные с отмеченными. Выбор между конкурирующими парадигмами оказывается выбором между несовместимыми моделями жизни сообщества. Вследствие того, что выбор носит такой характер, он не детерминирован и не может быть детерминирован просто оценочными характеристиками процедур нормальной науки. Последние зависят частично от отдельно взятой парадигмы, а эта парадигма и является как раз объектом разногласий. Когда парадигмы, как это и должно быть, попадают в русло споров о выборе парадигмы, вопрос об их значении по необходимости попадает в замкнутый круг: каждая группа использует свою собственную парадигму для аргументации в защиту этой же парадигмы. Этот логический круг сам по себе, конечно, еще не делает аргументы ошибочными или даже неэффективными. Тот исследователь, который использует в качестве исходной посылки парадигму, когда выдвигает аргументы в ее защиту, может, тем не менее, ясно показать, как будет выглядеть практика научного  исследования для тех, кто усвоит новую точку зрения на природу. Такая демонстрация может быть необычайно убедительной, а зачастую и просто неотразимой. Однако природа циклического аргумента, как бы привлекателен он ни был, такова, что он обращается не к логике, а к убеждению. Ни с помощью логики, ни с помощью теории вероятности невозможно переубедить тех, кто отказывается войти в круг. Логические посылки и ценности, общие для двух лагерей при спорах о парадигмах, недостаточно широки для этого. В выборе парадигмы нет инстанции более высокой, чем согласие соответствующего сообщества. Новая  теория  не должна противоречить ни одной  из  предшествующих  ей,  Она  может  касаться исключительно тех явлений, которые ранее не  были  известны;  так  квантовая механика (но лишь в значительной мере, а  не  исключительно)  имеет  дело  с  субатомными феноменами, неизвестными до XX  века.  Или  новая  теория  может быть просто теорией более высокого уровня,  чем  теории,  известные  ранее,— теорией, которая связывает воедино группу теорий более низкого  уровня,  так что ее формирование протекает без существенного изменения любой  из  них.  В настоящее время теория сохранения энергии обеспечивает  именно  такие  связи между динамикой, химией, электричеством, оптикой, теорией теплоты  и  т.  д.

Можно представить  себе еще и другие возможные связи  между старыми  и  новыми теориями, не ведущие к  несовместимости  тех  и  других.  Каждая  из  них  в отдельности и все вместе  могут  служить  примером  исторического  процесса, ведущего к развитию науки. Если бы все связи между теориями были таковы,  то развитие науки было бы подлинно кумулятивным. Новые виды  явлений  могли  бы  просто раскрывать упорядоченность в некотором аспекте природы, где до  этого она никем не была замечена. В эволюции науки новое знание  приходило  бы  на смену невежеству. Конечно, наука (или некоторое другое  предприятие,  возможно,  менее эффективное)  при  каких-то  условиях  может  развиваться  таким   полностью кумулятивным  образом.  Многие  люди  придерживались  убеждения,  что   дело обстоит именно так, а большинство все еще, вероятно, допускает, что  простое накопление знания, по крайней мере, является идеалом,  который,  несомненно, осуществился бы в историческом развитии, если бы только  оно  так  часто  не искажалось человеческой субъективностью.

Раздел 3.  Научные революции XVI-XVII веков

Общеустановленным считается положение о том, что  именно  в  XVII  веке возникла европейская наука  (прежде  всего  это  относится  к  классическому естествознанию), причем "в начале века ее еще не было, в конце века она  уже была". Характерно, что возникла она сразу во взаимосвязи всех  составляющих: теоретического  знания,  его  логического  обоснования   и   математического описания, экспериментальной проверки, социальной структуры с  сетью  научных коммуникаций и общественным применением.

Основное  внимание при анализе данного  периода   уделяется  рассмотрению соотношения когнитивных,  социальных  и  психологических  факторов  процесса возникновения науки Нового времени, ее  отличию  от  того,  что  может  быть названо "не  наукой".  Источниками  для  изучения  темы  являются  в  первую очередь   изданные труды творцов науки естественнонаучного, гуманитарного  и технического направлений Нового времени -  от  Ф.  Бэкона,  Р.  Декарта,  Г. Галилея до И. Ньютона.

Рассмотрим географию периода. Она включает в себя  немало  европейских стран и городов, но представляется возможным выделение Италии  в  начале,  и Англии в конце периода, как  главных научных центров.

Хронология периода. В данной теме используется специфический критерий периодизации, связанный с науковедческим пониманием  небесспорного  феномена научной  революции.   Условно  могут  быть  выделены  три   этапа.  

Первый этап, связанный, прежде всего, с деятельностью Г.  Галилея  -  формирование  новой научной парадигмы; 

Второй этап  связанный с Р.  Декартом  -  формирование  теоретико-методологических основ новой науки;

Третий этап   -  "главным"  героем  которого был И.  Ньютон,  -  полное  завершение  новой  научной  парадигмы  -  начало современной  науки.

Развитию  науки в XVII веке посвящено огромное  число  работ  различного плана: скрупулезно изданных многотомных трудов Галилея,  Декарта,  Лейбница, Ньютона,   детальных   биографий,   переписок,   исторических   исследований естественнонаучного, философского и  социологического характера. И хотя не все согласны  с  определением  "научная  революция",  впервые введенным в 1939 году А. Койре и впоследствии  столь  удачно  использованным Т. Куном, но все сходятся в том, что именно в XVII веке была  создана  наука - классическая наука современного типа.  В связи с этим,  XVII  веке  как целостное историческое явление, чрезвычайно важен  для  понимания  процессов генезиса и современного состояния науки.

Познавательной  моделью античности был  Мир  как  Космос;  и  мыслителей волновала скорее проблема идеальной, чем "реальной" природы. Познавательной моделью средневековья был Мир как  Текст;  и  "реальная" природа  также  мало  заботила  схоластов. Познавательной  моделью Нового времени стал Мир как Природа. В Новое время религиозность не исчезла, но она "обратилась" на природу, как на  наиболее  адекватное,  "не  замутненное"  последующими  толкованиями высказывание  Бога.  Поэтому  иногда  суть  научной  революции   XVII   века интерпретируется как первое прямое и систематическое  "вопрошание"  природы.

Разработка  общезначимой процедуры "вопрошания"  -  эксперимента  и  создания специального научного  языка  описания  диалога  с  Природой  -   составляет главное содержание научной революции.

В каждой  революции  решаются  две  проблемы:  разрушения  и  созидания (точнее,  разрушения  для созидания).  В   содержательном   плане   научная революция XVII века ознаменовала собой смену картин  мира.  Поэтому  главной предметной областью проходивших процессов была физика и астрономия.

Разрушение-созидание  совпадали (правда, в различной степени)  в  трудах отдельных "героев" научной революции. Если Возрождение выявило  тенденцию  к разрушению старого Космоса, то, начиная с 1543 года - года выхода  книги  Н. Коперника (1473 - 1543) "О вращении небесных  сфер"  -  процесс  приобретает четкие научные формы.

“Старый космос" - это мир по Аристотелю  и Птолемею.  Их  модели  были призваны воспроизвести с максимальной точностью, то что они  непосредственно наблюдали на небе, а не  истинную  картину  мира.  Космос  имеет  шаровидную форму,  вечен  и  неподвижен;  за  его  пределами   нет   ни   времени,   ни пространства. В центре его – Земля. Он дихотомичен:  изменяющийся  подлунный мир и совершенно неизменный надлунный. Пустоты нет: в  подлунном  мире  -  4 элемента: земля, вода, воздух, огонь, в надлунном –  эфир.  Все  движения  в космосе - круговые, в соответствии с кинематикой Птолемея.

"Новый космос" (по Копернику) начинался с простой модели, совпадавшей с моделью  Аристарха  Самосского:  вращение  Земли  происходило  вокруг   оси, центральное положение Солнца - внутри планетной системы.  Земля  -  планета, вокруг которой вращается Луна. Именно эта модель, как  пифагорейский  символ гармоничного мира  вдохновляла  и  самого  Коперника,  Галилея,  и  Кеплера, поскольку   соответствовала   астрономическим   наблюдениям    лучше,    чем геоцентрическая  модель  Птолемея.  Нельзя  сказать,  что  теория  Коперника позволила с большей точностью толковать астрономические наблюдения: в  одних отношениях она  была  более  точной,  в  других  менее.  А  в  одном  важном отношении она  явно  противоречила  тому,  что  считалось  неоспоримым:  она предсказывала наличие параллактического смещения звезд на  протяжении  года. Ни сам Коперник, ни кто-либо из его  предшественников  не  могли  обнаружить такого рода смещений. Коперник объяснял это удаленностью  звезд,  вследствие чего  параллакс  слишком  мал,  чтобы  его  заметить.  Но  возникала  другая  проблема:  если  при  большой  удаленность  звезд  мы  их  видим  достаточно крупными, то по  своим  размерам  они  должны  превосходить  диаметр  земной орбиты. Это противоречило здравому смыслу.

Модель  Коперника,  когда  он   попытался   ее   расширить,   оказалась малопригодной для практического применения.  Гелиоцентрическая  модель  была столь  же  громоздкой,  как  и  геоцентрическая.   Не   отличалась   большой точностью, вытекающие из нее выводы о размерах звезд –  абсурдными.  К  тому же, она сохраняла и весь аппарат птолемеевской  модели  -  круговые  орбиты, эпициклы  и  т.д..  Значительно  мощнее  оказался  удар   этой   модели   по христианскому мировоззрению - недаром Мартин  Лютер  и  Джон  Донн  в  своей сатирической  поэме  "Святой  Игнатий,  его  тайный  совет" всячески оговаривали католического священника Коперника. Коперник,  "остановив  Солнце", лишил Землю сакральности центра мироздания. В практической же деятельности, как до  Коперника,  так  и  после  него использовалась  видоизмененная  астрономическая  модель  Птолемея.  Практика включала  два  основных  направления  деятельности:  реформу   календаря   и обеспечение навигации.

Переход на новую систему летоисчисления был узаконен папской буллой  от 24 февраля 1582 года.  Она предписывала  всем  христианам  по  всей  Европе принять григорианский календарь со следующего  года.  Необходимость  реформы календаря была очевидна с XIV века, но отсутствовали точные  астрономическиеданные. Прежде всего, не была известна истинная величина  тропического  года (промежуток  времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия).

Для ориентации корабля, как и вообще для определения  положения  планет на  небесной  сфере,  использовались  альфонские  таблицы,  составленные  по указанию Альфонса X еще в 1252 году. В 1474 году в  Нюрнберге  впервые  были напечатаны "Эфемериды" Региомонтана, а следующее их  издание  уже  содержало таблицы для решения самой сложной задачи -  определения  широты  места.  Все великие мореплаватели XV века - Диас, Васко  да  Гама,  Америго  Веспуччи  и Колумб пользовались этими таблицами. С их помощью Веспуччи определил в  1499 году долготу Венесуэлы, а  Колумб  смог  поразить  туземцев,  сообщив  им  о предстоящем солнечном затмении 29 февраля 1504 года.

Первый "рабочий чертеж"  новой   модели  мира  суждено  было  выполнить Иоганну  Кеплеру.   Кеплер   был   открытым   и последовательным пифагорейцем и совершенство  своей  астрономической  модели искал (и нашел) в  сочетании  правильных  многогранников  и  описывавших  их окружностей,  правда,  нашел  их  в  своей  третьей  геометрической  модели, отказавшись при этом  от круговой орбиты небесных тел.     В книге "Новая астрономия” завершенной в 1607  году,  Кеплер  приводит два, из своих трех знаменитых законов движения планет:

1 закон. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

2 закон. Каждая планета движется  в  плоскости,  проходящей  через  центр  Солнца,    причем, линия соединяющая Солнце с планетой (радиус-вектор  планеты),  за ее равные промежутки времени описывает равные площади.

Эти законы были выведены в следствии изучения  движения  планеты  Марс, когда Кеплер стал помощником датского  астронома  Тихо  Браге.  Кеплер  внес несколько коренных изменений в геометрическую модель мира Аристарха:

- Планетарные орбиты, которые в модели  Аристарха  целиком  лежали  в  оной плоскости, следовало поместить в различные  плоскости.  Плоскости  должны проходить через Солнце.

- Принцип равномерного кругового движения, который неизменно лежал в основе    математического подхода к астрономии с момента зарождения  до  конца XVI века, следовало заменить новым – отрезок прямой,  соединяющий  планету с Солнцем, описывает равные площади за равные промежутки времени.

- Движение планет по круговой орбите  заменить  эллиптическим,  поместив  в один из фокусов эллипса Солнце.

Никаких  промежуточных моделей за всю предшествующую историю астрономии не было. Для достижения этих идей от Кеплера требовалось беспрецедентные по точности наблюдения, самоотверженность, математический гений.     Кеплер не смог объяснить причины планетных движений: он считал, что их "толкает" Солнце,  испуская  при своем вращении  особые  частицы (species immateriata),  при этом эксцентричность  орбиты   определяется   магнитным  взаимодействием Солнца и планеты. Все  его  усилия  ушли  на  математическое описание предложенной геометрической  модели.  Сколь  не  простой  была  эта задача, свидетельствует  множество безуспешных  попыток  Кеплера  совместить его закон площадей с круговыми формами орбит. 

Закон площадей Кеплера - это первое математическое описание планетарных движений,  исключившее  принцип  равномерного  движения  по  окружности  как первооснову: «Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца соотносятся как  кубы больших полуосей их орбит.»

Более того, он  впервые  выразил  связь  между  мгновенными  значениями непрерывно  изменяющихся  величин  угловой  скорости  планеты   относительно Солнца и ее расстояния до него. Этот "мгновенный"  метод  описания,  который Кеплер впоследствии вполне осознано использовал при анализе движения  Марса, стал одним  из  выдающихся  принципиальных  достижений  науки  XVII  века  - методом дифференциального исчисления, оформленного Лейбницем и Ньютоном.