Научный метод познания действительности.

Его цель – познание истины и способы её достижения: моделирование явлений и его роль в сочетании с использованием математики. О научной работе, её этапах, итогах и о диалектической спирали познания

Научный метод познания природы проще всего изложить на примере рассмотрения его в физике, как наиболее научной, наряду с математикой, дисциплине. В основе физики лежит опыт, если же явление нельзя воспроизвести в лабораторных условиях – тогда довольствуются наблюдением природных явлений. Из множества накапливаемых фактов ищут повторяющиеся характерные. Далее устанавливают закономерности, обобщая их, анализируя и опуская второстепенные признаки. Так, в частности, возникают гипотезы. Если же удаётся объединять отдельные стороны явлений в целостную картину, то говорят, что синтезировали эту информацию. Обобщение широкой области явлений называют законом или принципом.

Таковыми являются законы механики Ньютона, электромагнитной индукции Фарадея и другие. Открытие законов проходило сложным и тернистым путем, за редкими исключениями. При установлении законов колоссальна роль отвлечения от второстепенного и выделения главного – абстрагирование. Именно в этом суть метода математического моделирования в исследовании физических явлений. Например, Аристотель сказал, что тело, приведенное в движение все-таки остановится. Галилей усомнился в этом и, отсекая второстепенное, пришел к принципу инерции: тело сохраняет равномерное прямолинейное движение при отсутствии силы, действующей на него. Иногда принцип или закон становится генератором новых идей. Так было с частицей позитрон, которую П.Дирак открыл теоретически, а затем её обнаружили на опыте.

На установлении законов поиск истины не останавливается. Некоторая их совокупность может дать жизнь теории. Выводы, следующие из неё, далее досконально проверяются и уточняются. Суть так называемой диалектической спирали познания формулируется так: в начале эксперимент, затем его логическая обработка, интуитивное обобщение, формулирование закона, и, наконец, изучение следствий из него, а затем нацеливание на новые опыты, новая логическая обработка и т.д. Эти законы чаще всего нельзя предсказывать логическим путем.

Например, законы сохранения энергии и импульса стали подвергать сомнению после открытия альфа-распада радиоактивных ядер. Когда же допустили, что в этой реакции должна рождаться ещё одна частица - нейтрино – законы сохранения восторжествовали. Уровень развития науки сейчас настолько высок, что четыре, так называемых вида фундаментальных взаимодействий, почти удалось объединить в один - возможно, это суперобъединение, из которого они, как частный случай, вытекают из законов симметрии. Уже замечено, что чем ближе мы подходим к некоторой истине, тем проще оказываются основные законы, её выражающие, и тем меньше их число. Получается так, что Природа любит простоту, красоту, но не любит излишеств.

В процессе познания математика выступает в качестве его инструмента. Для неё характерно применение моделей, их проще описать количественно. Однако, например, законы психологии уже не удается записать количественно, так как нет четких соответствующих моделей. Примером моделей, весьма плодотворных, является понятие о материальной точке, идеальном газе – это абстракции, которых в природе вообще не существует. Математика формулой объединяет самые разнородные явления, она даёт высочайший уровень абстракции и обобщения. Тем не менее математика – «падчерица физики», хотя и «царица наук». Она, по Гексли, как мельница перемалывает все, что в неё засыпали. По Гиббсу математика – язык для физики ёмкий, четкий и образный. Именно для производства расчетов движения небесных тел с использованием своих законов Ньютону пришлось разработать математический аппарат (независимо от Лейбница), позволяющий, например, точно рассчитывать солнечные затмения - это дифференциальное и интегральное исчисления.

Математика решает прямые и обратные задачи. В одной из них, например, по заданным траекториям движения тела восстанавливают силу, предопределяющую эту траекторию, а в другой, наоборот, по силе и начальной скорости и местоположению определяют траекторию движения. Если результаты на основе данной модели плохо согласуются с опытом, то применяя ЭВМ и подбирая другие граничные условия, добиваются уточнением модели лучшего согласия с опытом. После этого модель считается адекватной опыту. Используя вычислительную математику и ЭВМ, можно объединить в этом синтезе все сильные стороны человеческого ума и мощи ЭВМ. Заложив модель в суперкомпьютер и систему взаимосвязей, например, между населением, сельскохозяйственным производством, промышленными, естественными ресурсами, окружающей средой, пришли в результате обработки всей это информации к следующему выводу для всей Земли.

Если темпы и тенденции роста всех этих показателей, начиная с 1900 года, сохранятся, то в самом ближайшем будущем, по данным так называемого Римского клуба (объединяющего сотни ученых самых разных специальностей), на Земле ожидается внезапный (наиболее вероятный) спад народонаселения и производственных мощностей. Эта глобальная модель дает достаточно убедительные выводы. Речь здесь идет о ближайших десятках, а не сотен лет. Чтобы избежать этого глобального кризиса нашей цивилизации, нужен коренной пересмотр всех существующих тенденций мирового развития.

Рассмотрим устойчивость биосферы Земли, для которой можно говорить о некоторых критических нагрузках. Так вот, если эти нагрузки на Биосферу выше критических, она теряет устойчивость и наша система – Земля выходит на режим пересечения нескольких возможных путей её дальнейшего развития. Тогда допустимой становится целая совокупность новых состояний. Точка, в которой эволюционная траектория разветвляется, называется точкой бифуркации. Предсказать же какая из возможных эволюционных траекторий осуществится – невозможно.

Выбор системой (Биосферой) какой-либо конкретной траектории зависит от случайных внешних воздействий на систему, в том числе даже самых незначительных, подобно тому, как крик в горах вызывает снежную лавину. Бифуркационные механизмы в поведении таких систем изучает теория катастроф. В настоящее время имеются признаки потери устойчивости Биосферы Земли.

Например, уменьшение генетического разнообразия животного и растительного мира. Потеря любого генотипа это безвозвратная утрата информации. Многие виды растений и животных исчезли. Оказалось, что уничтожить жизнь на Земле человеку достаточно легко. Для этого достаточно несколько взрывов мегатонных ядерных бомб произвести одновременно. Это приведет к «ядерной зиме», то есть к резкому похолоданию, но такому сильному, что все живое на Земле вымерзнет. Поэтому, чтобы погасить факел жизни достаточно арсенала одной атомной подводной лодки. Когда Биосфера, как нелинейная система, станет нестабильной, начинается её необратимый переход в некое состояние, но какое – мы не знаем. Параметры этого состояния, вероятнее всего, не подойдут для продолжения жизни. Переход в это состояние, как показывают оценки, происходит со скоростью растущей во времени по экспоненциальному закону (~еt). Когда же приближение точки бифуркации увидят даже скептики, предотвратить грядущий кризис уже не удастся.

Таким образом, проблема стабильности Биосферы – важнейшая для человечества. Конечно, в точках бифуркации законы природы по-прежнему действуют, а их изучает физика. Поэтому, последняя может сейчас многое сказать о глубинной сущности и других, идущих сейчас кризисных процессах. Это как раз подтверждают законы термодинамики неравновесных процессов для открытых систем. Создателем этой части физики, во многом перевернувшей наше миропонимание, является Илья Пригожин.