8.Квантово-полевая картина мира

Практические потребности людей, их постоянный интерес к вопросу об устройстве мира, привели к созданию совершенно новой теории - квантовой теории поля и на её основе квантово-полевой картины мира (КПКМ). В КПКМ возникает новая концепция - квантовое волновое поле, которое является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех ее проявлений, как волновых, так и корпускулярных. На смену классическим полям типа электромагнитного поля Фарадея-Максвелла и классическим частицам приходят единые объекты - квантовые поля.  Основоположниками новой физической картины мира стали Макс Планк, Нильс Бор, Луи де Бройль, Эрвин Шрёдингер, Поль Дирак, Вернер Гейзенберг и многие другие не менее известные и выдающиеся учёные. Центральными понятиями новой картины мира стали понятия «квант энергии», «дискретные состояния», «корпускулярно-волновой дуализм».  У частиц обнаружили волновые свойства (дифракция электронов), у электромагнитных волн - корпускулярные. Оказалось, что законы макромира отличаются от законов микромира. Микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами.  На первое место в изучении явлений природы выдвинулись квантовая механика и квантовая электродинамика. В КПКМ выясняется обменный характер взаимодействия, описываются четыре вида фундаментальных силовых взаимодействий, возникают новые представления о материи, движении, взаимодействии, энергии, массе.  Как и остальные картины мира, за время своего существования в XX веке КПКМ претерпевало существенное развитие. Полное и целостное рассмотрение квантово-полевой картины мира является очень сложной задачей и на данном этапе практически невыполнимой, но отдельные элементы КПКМ изучаются в старших классах средней школы на занятиях по физике, химии, биологии и астрономии. Благодаря многочисленным экспериментам и настойчивым теоретическим изысканиям у физиков ХХ века появилось ощущение необыкновенного могущества, когда наука существенно продвинулась в изучении строения атома и атомного ядра, природы элементарных частиц. Это чувство подкрепилось в середине и во второй половине ХХ века, когда законы современной физики оказалось возможным применить к явлениям жизни. Не случайно основоположниками молекулярной биологии считаются в том числе и известные физики (Эрвин Шрёдингер, Макс Дельбрюк). В квантово-полевой картине мира рассматриваются, изучаются и объясняются явления, остававшиеся загадочными в других картинах мира, возникших на более ранних этапах развития науки, решаются задачи, неразрешимые для мыслителей древности, представителей механической и электромагнитной картин мира. Мы знаем, как устроен микромир до расстояний 10^-17 м и мегамир до расстояний 10²⁷ м. Никогда еще мы не знали о природе так много и точно. И электрический ток в полупроводниках (исследование которого подарило нам современные компактные радио- и телевизионные устройства, компактные и удобные мобильные средства связи, компьютеры – электронно-вычислительные машины); и сверхпроводимость (с которой связывают будущее цивилизации); и новые конструкционные материалы (современная химия – это квантовая химия, а смысл периодической системы нашего с Вами гениального соотечественника Д.И.Менделеева объясняется только этой картине мира); и источники энергии, благодаря которым мы сохранили нашу биосферу пригодной для существования человека и всех живых организмов и еще многое-многое другое – все это рассматривается и объясняется квантово-полевой картиной мира. Кроме того, развитие квантово-полевой картины мира еще раз продемонстрировало нам важность механической и электромагнитной картин мира, указав на то, что они верно отражали многие объективные свойства окружающего мира, абсолютизируя, однако, отдельные его стороны. 

Вопросы для контроля усвоения материала:

1. Почему наука как форма познания возникает только в 6-4 веках до н.э., а не раньше?

2. Каковы отличительные особенности научного знания? Назовите критерии различия теоретического и эмпирического уровней научного познания. Какую роль играет каждый из них в научном познании?

3. Какова панорама современного естествознания? Назовите его успехи, фундаментальные проблемы и тенденции развития.

4. Какова основная роль науки в развитии культуры, общества и человека?

5. Какую роль играет наука в решении основных проблем современности?

Лекция 2 .Структура и динамика естественнонаучного познания

(2 часа)

План:

1. Эмпирический и теоретический уровни познания

2.Формы научного познания

3. Методы научного познания

4. Особенные теоретические методы научного познания

1. В современном естествознании обычно выделяют эмпирический и теоретический уровни познания.

Эмпирический уровень познания. На эмпирическом (опытном) уровне познания используются методы, опирающиеся на чувственно-наглядные приемы и способы познания, такие, как систематическое наблюдение, сравнение, аналогия и т.д. Здесь накапливается первичный опытный материал, который требует дальнейшей обработки и обобщения. На данном уровне познание имеет дело с фактами и их описанием. Вся научная информация основана на наблюдениях и подвергается объективной проверке. Непосредственные наблюдения ограничиваются только ощущениями, полученными от пяти органов чувств. Чтобы понять эти наблюдения, нужно пойти дальше и перейти с эмпирического на теоретический уровень познания.

Эмпирическое знание – первичное научное знание, которое получается при контакте с изучаемым объектом. Эмпирия (лат.) – опыт. На негативном опыте (ошибках) учатся.Эмпирическое знание – описательное.Наука, 3 функции: описание, объяснение и предсказание.Эмпирический уровень: объяснение отсутствует, но предсказывать можно (если видим, что медь расширяется при нагревании, то можно предсказать, что и другие металлы тоже).Методы получения знания: эмпирическое исследование осуществляется при помощи наблюдения, эксперимента и измерения.Наблюдение – присутствует не только при реальном контакте с объектом, но и в нашем воображении (знаковое наблюдение – чтение, математика).Вначале наблюдение предшествуют познанию, мы формулируем проблему. Мы можем высказать гипотезу. Наблюдение в конце исследования носит проверочный характер нашей теории.В структуру наблюдения включают: объект, наблюдатель, условия наблюдения, приборы (инструменты), базисные знания.Научное наблюдение требует протоколирование всех явлений (чтобы учёного могли проверить).Наблюдения: прямые (объект доступен) и косвенные (объект не доступен, доступны только его следы и т.п., которые он оставил).Апробация (лат.) – одобрение (оно не от слова «проба»).Измерение: прямое (измерение длины), косвенное (времени, температуры; температура – энергия движения молекул).Измерение в науке проводится многократно. Так как все величины будут разные в измерении. Каждый конкретный результат – среднее значение (также считается погрешность).Эксперимент – активное воздействие на объект. Задача: поиск (не знаем, что будет) или проверяем уже существующую гипотезуЭмпирическое знание имеет логическую форму понятия. Когда мы связываем два эмпирических понятия или явления, то получаем законом (чем больше объём, тем меньше давление и пр.).Эмпирическое знание – первое и последнее научное знание (Конт, Мах, это мнение позитивистов). Теоретическое знание не содержит нового знания по их мнению.Но учёный не может быть эмпириком, так как использует язык (а язык абстрактен, он использует понятия, которые нельзя потрогать).Факт – почти то же самое, что и теория (и то и другое – одно знание). Факт нуждается в интерпретации. Интерпретация факта вкладывает в него значение. У факта всегда много интерпретаций.Структура факта: то, что мы переживаем (психологический компонент); то, что мы высказали (лингвистический компонент); само событие.Факты, роль в науке: источник и проверка. Факты должны подтверждать знания. Постпозитивизм (Попер): факт не может подтверждать, но может опровергать теорию.Локатор: любое научное знание – предположение (оно не может опровергаться и подтверждаться). Цель заменять старые предположения (догадки) новыми. А о том, что новые лучше старых мы «догадываемся».Научные знания представляют собой сложную развивающуюся систему, в которой по мере эволюции возникают все новые уровни организации. Они оказывают обратное воздействие на ранее сложившиеся уровни знания и трансформируют их. В этом процессе постоянно возникают новые приемы и способы теоретического исследования, меняется стратегия научного поиска.Существует два вида организации знания: эмпирический и теоретический. Соответственно можно выделить два типа познавательных процедур, порождающих эти знания.Обращаясь к философскому аспекту этого вопроса необходимо отметить таких философов Нового Времени, как Ф.Бэкон, Т.Гоббс и Д.Локк. Фрэнсис Бэкон говорил, что путем, ведущим к знанию, является наблюдение, анализ, сравнение и эксперимент. Джон Локк полагал, что все наши знания мы черпаем из опыта и ощущений.Различие эмпирического и теоретического уровней научного познания касается средств исследования, специфики методов и характера предмета исследования.Рассмотрим средства эмпирического уровня научного познания. Эмпирическое исследование базируется на непосредственном практическом взаимодействии исследователя с изучаемым объектом. Оно предполагает осуществление наблюдений и экспериментальную деятельность. Поэтому средства эмпирического исследования необходимо включают в себя приборы, приборные установки и другие средства реального наблюдения и эксперимента.В теоретическом же исследовании отсутствует непосредственное практическое взаимодействие с объектами. На этом уровне объект может изучаться только опосредованно, в мысленном эксперименте, но не в реальном.Кроме средств, которые связаны с организацией экспериментов и наблюдений, в эмпирическом исследовании применяются и понятийные средства. Они функционируют как особый язык, который часто называют эмпирическим языком науки. Он имеет сложную организацию, в которой взаимодействуют собственно эмпирические термины и термины теоретического языка.Смыслом эмпирических терминов являются особые абстракции, которые можно было бы назвать эмпирическими объектами. Их следует отличать от объектов реальности. Эмпирические объекты — это абстракции, выделяющие в действительности некоторый набор свойств и отношений вещей. Реальные объекты представлены в эмпирическом познании в образе идеальных объектов, обладающих жестко фиксированным и ограниченным набором признаков. Реальному же объекту присуще бесконечное число признаков.Что же касается теоретического познания, то в нем применяются иные исследовательские средства. Здесь отсутствуют средства материального, практического взаимодействия с изучаемым объектом. Но и язык теоретического исследования отличается от языка эмпирических описаний. В качестве его основы выступают теоретические термины, смыслом которых являются теоретические идеальные объекты.Особенности средств и методов двух уровней научного познания связаны со спецификой предмета эмпирического и теоретического исследования. На каждом из этих уровней исследователь может иметь дело с одной и той же объективной реальностью, но он изучает ее в разных предметных срезах, в разных аспектах, а поэтому ее видение, ее представление в знаниях будут даваться по-разному. Эмпирическое исследование в основе своей ориентировано на изучение явлений и зависимостей между ними. На этом уровне познания сущностные связи не выделяются еще в чистом виде, но они как бы высвечиваются в явлениях, проступают через их конкретную оболочку.На уровне же теоретического познания происходит выделение сущностных связей в чистом виде. Сущность объекта представляет собой взаимодействие ряда законов, которым подчиняется данный объект. Задача теории как раз и заключается в том, чтобы, расчленив эту сложную сеть законов на компоненты, затем воссоздать шаг за шагом их взаимодействие и таким образом раскрыть сущность объекта.Эмпирический и теоретический уровни различаются по методам исследования. С помощью эмпирических методов исследования осуществляется накопление, фиксация, обобщение и систематизация опытных данных, их статистическая и индуктивная обработка, в то время как, с помощью теоретических происходит формирование законов наук и теорий.теоретическим – аналогию, идеализацию, формализацию и др.Наблюдение - это целенаправленное систематическое восприятие объекта, доставляющее первичный материал для научного исследования. Целенаправленность - важнейшая характеристика наблюдения. Концентрируя внимание на объекте, наблюдатель опирается на имеющиеся у него некоторые знания о нем, без которых нельзя определить цель наблюдения. Наблюдение характеризуется также систематичностью, которая выражается в восприятии объекта многократно и в разных условиях, планомерностью, исключающий пробелы в наблюдении, и активностью наблюдателя, его способностью к отбору нужной информации, определяемой целью исследования.Требования, предъявляемые к научным наблюдениям:четкая постановка цели наблюдения;выбор методики и разработка плана;системность;контроль за надежностью и корректностью результатов наблюдения;обработка, осмысление и истолкование полученного массива данных;Как метод научного познания наблюдение дает исходную информацию об объекте, необходимую для его дальнейшего исследования.Важную роль в познании играют сравнение и измерение. Сравнение представляет собой метод сопоставления объектов с целью выявления сходства или различия между ними. Если объекты сравниваются с объектом, выступающим в качестве эталона, то такое сравнение называется измерением. Наиболее сложным и эффективным методом эмпирического познания является эксперимент, опирающийся на другие эмпирические методы. Эксперимент - метод исследования объекта, при котором исследователь (экспериментатор) активно воздействует на объект, создает искусственные условия, необходимые для выявления определенных его свойств. Эксперимент предполагает применение определенных средств: приборов, инструментов, экспериментальных установок, характеризуется активным воздействием на объект, может быть повторен столько раз, сколько требуется для получения достоверных результатов. Существуют два типа экспериментальных задач: исследовательский эксперимент, который связан с поиском неизвестных зависимостей между несколькими параметрами объекта; проверочный эксперимент, который применяется в случае, когда требуется подтвердить или опровергнуть те или иные следствия теории. В эксперименте, как правило, используются приборы – искусственные или естественные материальные системы, принципы работы которых нам хорошо известны. Т.о. в рамках нашего эксперимента уже фигурирует в материальной форме наше знание, некоторые теоретические представления. Без них невозможен эксперимент, по крайней мере, в рамках науки. Всякая попытка отделить эксперимент от теории знаний делает невозможным понимание его природы, познавания сущности. Эксперименты и данные наблюдения. Различие между данными наблюдения и эмпирическими фактами как особыми типами эмпирического знания было зафиксировано еще в позитивистской философии науки 30-х годов. В это время шла довольно напряженная дискуссия относительно того, что может служить эмпирическим базисом науки. Вначале предполагалось, что ими являются непосредственные результаты опыта - данные наблюдения. В языке науки они выражаются в форме особых высказываний - записей в протоколах наблюдения, так называемые протокольные предложения. В протоколе наблюдения указывается, кто наблюдал, время наблюдения, описываются приборы, если они применялись в наблюдении, Анализ смысла протокольных предложений показал, что они содержат не только информацию об изучаемых явлениях, но и, как правило, включают ошибки наблюдателя, наслоения внешних возмущающих воздействий, систематические и случайные ошибки приборов и т.п. Но тогда стало очевидным, что данные наблюдения, в силу того, что они отягощены субъективными наслоениями, не могут служить основанием для теоретических построений. В ходе дискуссий было установлено, что такими знаниями выступают эмпирические факты. Именно они образуют эмпирический базис, на который опираются научные теории. Уже сам характер фактофиксирующих высказываний подчеркивает их особый объективный статус, по сравнению с протокольными предложениями. Но тогда возникает новая проблема: как осуществляется переход от данных наблюдения к эмпирическим фактам и что гарантирует объективный статус научного факта? Постановка этой проблемы была важным шагом на пути к выяснению структуры эмпирического познания. Эта проблема активно разрабатывалась в методологии науки XX столетия. В конкуренции различных подходов и концепций она выявила многие важные характеристики научной эмпирии, хотя и на сегодняшний день проблема далека от окончательного решения. Важно сразу же уяснить, что научное наблюдение носит деятельностный характер, предполагая не просто пассивное созерцание изучаемых процессов, а их особую предварительную организацию, обеспечивающую контроль над их протеканием.Деятельностная природа эмпирического исследования на уровне наблюдений наиболее отчетливо проявляется в ситуациях, когда наблюдение осуществляется в ходе реального эксперимента. По традиции эксперимент противопоставляется наблюдению вне эксперимента.

Теоретический уровень познания. Только на этом уровне становится возможным формулирование законов, являющееся целью науки. Для этого нужно уметь увидеть за многочисленными, часто совершенно непохожими внешне фактами, именно существенные, а не просто повторяющиеся свойства и характеристики предметов и явлений.

Главная задача теоретического уровня познания - приведение полученных данных в стройную систему и создание из них научной картины мира. Для этого отдельные чувственные данные складываются в одну целостную систему — теорию.

Теоретический уровень научного познания характеризуется преобладанием рационального момента - понятий, теорий, законов и других форм мышления и "мыслительных операций". Живое созерцание, чувственное познание здесь не устраняется, а становится подчиненным (но очень важным) аспектом познавательного процесса. Теоретическое познание отражает явления и процессы со стороны их универсальных внутренних связей и закономерностей, постигаемых путем рациональной обработки данных эмпирического знания. Эта обработка осуществляется с помощью систем абстракций "высшего порядка" - таких как понятия, умозаключения, законы, категории, принципы и др.

На основе эмпирических данных здесь происходит мысленное объединение исследуемых объектов, постижение их сущности, "внутреннего движения", законов их существования, составляющих основное содержание теорий - "квинтэссенции" знания на данном уровне. Важнейшая задача теоретического знания - достижение объективной истины во всей ее конкретности и полноте содержания. При этом особенно широко используются такие познавательные приемы и средства, как абстрагирование - отвлечение от ряда свойств и отношений предметов, идеализация - процесс создания чисто мысленных предметов ("точка", "идеальный газ" и т.п.), синтез - объединение полученных в результате анализа элементов в систему, дедукция - движение познания от общего к частному, восхождение от абстрактного к конкретному и др. Присутствие в познании идеализаций служит показателем развитости теоретического знания как набора определенных идеальных моделей.

Характерной чертой теоретического познания является его направленность на себя, внутринаучная рефлексия, т.е. исследование самого процесса познания, его форм, приемов, методов, понятийного аппарата и т.д. На основе теоретического объяснения и познанных законов осуществляется предсказание, научное предвидение будущего.

На теоретической стадии науки преобладающим (по сравнению с живым созерцанием) является рациональное познание, которое наиболее полно и адекватно выражено в мышлении. Мышление - осуществляющийся в ходе практики активный процесс обобщенного и опосредованного отражения действительности, обеспечивающий раскрытие на основе чувственных данных ее закономерных связей и их выражение в системе абстракций (понятий, категорий и др.). Человеческое мышление осуществляется в теснейшей связи с речью, а его результаты фиксируются в языке как определенной знаковой системе, которая может быть естественной или искусственной (язык математики, формальной логики, химические формулы и т.п.).

Говоря о важнейшем значении мышления для научного познания, М. Борн подчеркивал, что "человеческий ум может проникать в тайны природы с помощью мышления вследствие гармонии между законами мышления и законами природы". Отсутствие такой гармонии, расхождение законов мышления с законами бытия закрывает путь к истине, ведет к заблуждению.

Мышление человека - не чисто природное его свойство, а выработанная в ходе истории функция социального субъекта, общества в процессе своей предметной деятельности и общения, идеальная их форма. Поэтому мышление, его формы, принципы, категории, законы и их последовательность внутренне связаны с историей социальной жизни, обусловлены развитием труда, практики. Именно уровень и структура последней обусловливают в конечном итоге способ мышления той или иной эпохи, своеобразие логических "фигур" и связей на каждом из ее этапов. Вместе с развитием практики, ее усложнением и внутренней дифференциацией изменяется и мышление, проходя определенные уровни (этапы, состояния и т.п.).Исходя из древней философской традиции, следует выделить два основных уровня мышления - рассудок и разум. Рассудок - исходный уровень мышления, на котором оперирование абстракциями происходит в пределах неизменной схемы, заданного шаблона, жесткого стандарта. Это способность последовательно и ясно рассуждать, правильно строить свои мысли, четко классифицировать, строго систематизировать факты. Здесь сознательно отвлекаются от развития, взаимосвязи вещей и выражающих их понятий, рассматривая их как нечто устойчивое, неизменное. Главная функция рассудка - расчленение и исчисление. Мышление в целом невозможно без рассудка, он необходим всегда, но его абсолютизация неизбежно ведет к метафизике. Рассудок - это обыденное повседневное житейское мышление или то, что часто называют здравым смыслом. Логика рассудка - формальная логика, которая изучает структуру высказываний и доказательств, обращая основное внимание на форму "готового" знания, а не на его содержание.