1.2. Методы научных исследований.

Во все времена накопление знаний являлось чрезвычайно важным для человечества, ибо человек, в отличие от животных, выживает за счёт знаний о   природе  и способностей изменять окружающий мир под свои потребности. Окружающий нас Мир бесконечно сложен, многообразен и развивается очень динамично. Человеческие знания о нём пополняются непрерывно. Процесс познания Мира и отдельных объектов природы может продолжаться бесконечно долго. Специальное образование в конкретных науках быстро устаревает. Знания всегда являются относительными и никогда не бывают исчерпывающими.

Человек – продукт эволюции биосферы, живое существо, обладающее наиболее развитым интеллектом (по мнению человека). Потребность постоянного увеличения знаний становится наиболее приоритетным процессом. Человек добывает свои знания, чтобы добывать себе пищу, воду и другие ресурсы. Считается, что процесс познания у человека идёт от чувственных восприятий к законам и теориям абстрактного характера, а от последних – к теориям и парадигмам. Исследования К. Поппера [209] и Д. Кемпбелла [114] показали, что это подтверждает история любой достаточно развитой науки.

Обычно первый шаг в установлении закономерностей явлений природы состоит в наблюдении. Затем, изменяя условия, исследователи  переходят от простого наблюдения к эксперименту. Объяснение экспериментальных данных проводится с помощью различных гипотез. Прошедшая проверку и доказанная на опыте своими следствиями гипотеза становится научной теорией. Научная теория представляет собой систему основных идей, обобщающих опытные данные и отражающих объективные закономерности природы на определённом уровне человеческого знания. По истечении некоторого промежутка времени новые наблюдения приходят в противоречия с теорией, созданной ещё до их открытия, и заставляют пересмотреть всю совокупность фактов с новой точки зрения. Тогда возникает более совершенная теория, которая со временем будет заменена ещё более совершенной и т. д.

Известны факты познания, происходящие от интуиции (озарение) и только потом проверенные экспериментально (таблица Менделеева). Модель будущего ноосферы может оказаться никогда не проверенной, если эта ложная модель приведет к гибели проверяющих (людей). Предположить можно все, что угодно, но проверка не всегда возможна.

Процесс приобретения знаний человечеством идёт как бы по двум направлениям. Первое направление реализуется в стремлении упростить действительность, вычленить объект наблюдения из общей картины и выявить единую перовооснову явлений (линия редукционизма). Это направление в основном представляла классическая наука (17-19 вв.). Она рассматривала объекты природы в отрыве от окружающей среды, стремилась исследовать объект максимально изолированный от своего окружения.

 Постнеклассическая наука соответствует парадигме самоорганизации. Каждая стадия имеет в науке свою парадигму. Классическая стадия базируется на принципе жесткого детерминизма, считая, что весь мир связан как часовой механизм (механика Ньютона). С неклассической наукой связана парадигма относительности, дискретности, вероятности, дополнительности [124].

 В наше время невозможно сделать серьезную научную работу вне современных представлений таких как:      

      1.    Идеи и методы синергетики.     

      2.    Парадигма целостности.           

      3.    Идеи коэволюции.

      4.    Междисциплинарные  подходы к описанию объектов.

      5.    Принцип историзма.

      6.    Принципы глобального эволюционизма.

      7.    Восприятие мира как неустойчивого, неравновесного, неопределенного.

      8.     Использование внелогических методов исследования, интуиции.

      9.     Соединение объективного мира и мира человека.

Поясним сущность перечисленных научных подходов. В синергетике показано, что Мир представляет собой системы разных уровней сложности. Совокупность «простых» систем порождает новую сложную систему, свойства которой не являются простой суммой свойств ее составляющих. В системе, как правило, возникает новое эмерджентное свойство. Мир нелинеен. Линейность всегда упрощение [123]. Сложные системы имеют множественность путей развития, что делает эволюцию трудно предсказуемой.

Любые природные и социальные процессы стохастичны и протекают в условиях той или иной степени неопределенности. Хаос – естественная составляющая Мира. На фоне хаоса могут самопроизвольно возникать относительно устойчивые структуры, которые снова могут «растворяться» в хаосе. Разработана теория катастроф,  раскрывающая  проблему устойчивости [20]. Порядок не отделим от хаоса, а хаос это - сверхсложная упорядоченность [68, 106]. Макроскопическое проявление хаоса - это диссипация – рассеяние системами вещества, энергии, информации [122]. Следует сказать, что идеи синергетики «выросли» из диалектики Шеллингера, Гегеля, Маркса. Термин «синергетика» введен Г. Хакеном в 1970 г. [277]. Альтернативная Бельгийская школа И. Пригожина развивает термодинамический подход к самоорганизации [188, 67, 74]. Рассмотрим основные концепции современной  постнеклассической науки.

Принцип историзма развивается в связи с тем, что эволюционный взгляд на Мир обратил внимание на то, что не только жизнь, но и вся Вселенная имеет историю [215]. Мы находимся на пути к пониманию того, что   изменчивость наблюдается повсюду от элементарных частиц до космических объектов. Исторический аспект любой науки все более выдвигается  на передний план, например, формируется эволюционная химия (историзм в химии). Ставятся вопросы об эволюции времени и пространства и даже о корректности понятия мировая константа. В абсолютно изменчивом мире не должно быть констант, но теоретики упорно настаивают на их существовании, т.к. это удобно для описания Мира.

Принцип глобального эволюционизма объединяет в единое целое идеи системного и эволюционного подходов. Долгое время даже физика не включала идеи эволюции в свои фундаментальные постулаты. Представления об универсальности процессов эволюции во Вселенной реализуеюся в концепции глобального эволюционизма, распространяющегося на все без исключения сферы деятельности в неживой, живой и социальной материи.

Глобальный эволюционизм характеризует взаимосвязь самоорганизующихся систем разной сложности и объясняет генезис новых структур. Такие «синтетические» устремления проявляются в разных науках. Биологи хотят построить целостную теоретическую биологию. Математики хотят построить огромное здание математики на единой основе теории множеств. Физики хотят создать единую теорию поля – единую теорию всех взаимосвязей. А в пределе должна возникнуть единая теория ВСЕГО. Глобалистика, охват возможно большего разнообразия многогранного мира, требует очень широких знаний в области физики, химии, биологии, естествознании, социологии, управлении, системном анализе. Узкая специализация ученых - это барьер взаимного непонимания,  ограниченность видения Мира,  неспособность правильно прогнозировать будущее.

  Восприятие мира как неустойчивого, неравновесного сегодня выступает на передний план. Без неустойчивости нет развития [123, 124], поэтому при исследовании развивающегося мира надо видеть два его аспекта – стабильность и нестабильность, порядок и хаос, определенность и неопределенность [124]. Устойчивость и неустойчивость выступают условием развития, которое происходит за счет генерации новых структур и уничтожения нежизнеспособных форм. Неопределенность это не просто отсутствие наших знаний, это атрибутивная характеристика бытия [150].

Использование внелогических методов исследования расширяет палитру естествоиспытателя. Рациональные нормы и принципы исследования дополняются интуитивными подходами и другими нерационалистическими компонентами. Человеческий мозг может освободиться от формализуемой, рутинной логической деятельности, предоставив  ее компьютерам [271] и, используя свои еще не полностью понятные возможности, угадывать закономерности окружающего Мира. Эволюция носит сложный характер и не является ни полностью упорядоченным, ни полностью хаотичным процессом. Она подчиняется законам гармонии, смысл которых отражает понятие «золотое сечение» [296, 297, 69], введённое много веков назад Птолемеем для обозначения пропорциональности правильного телосложения человека. Подчинение эволюции законам гармонии тонко чувствует человек. Об этом говорили и физики [35], и натуралисты [48]. «Золотое сечение» в природе видели Леонардо де Винчи, Пифагор и усматривают  современные учёные.

Чем больше мы узнаём, тем шире становится граница ещё неизвестного. Можно уверенно утверждать, что Мир необъятно сложен. А наш мозг (инструмент познания) явно ограничен в своих возможностях, следовательно, полная, исчерпывающая картина Мира современному человеку не доступна.  Несовершенство органов чувств человека компенсируется техническим средствами, однако, знания остаются лишь приближенным образом реальности, так как никакое отражение  не несёт в себе всей информации об объекте.  

Приближенный образ реальности назовём моделью. Модель – всегда есть приближение. Модель формируется в мозге, а затем может переноситься на другие информационные носители (макеты, игрушки, формулы, графики, алгоритмы, математические построения). Чем сложнее объект, тем большим количеством  моделей его приходится описывать. Первые модели, как правило, рисуются «крупными мазками». Рост знаний уточняет, детализирует модели, но всё равно не раскрывает всех сторон объекта. Мозг в целях экономии своего ресурса вынужден часто искусственно упрощать модели, чтобы получить хотя бы какое-нибудь решение. Слишком сложная задача с большим объёмом информации может оказаться не решённой. Слишком большой объём материала для многих оказывается непосильным. При очень малом количестве информации модель может быть построена, но с большими неточностями. При избытке информации модель построить также трудно. Приходится идти на компромисс: или иметь приближенное решение или не иметь его вообще. Очевидно, лучше первое. В связи со сказанным целесообразно рассмотреть понятие «вера», которое как метод познания проявляется и в науке и в религии.

 Модели сотворения, образования мира создавались человечеством с глубокой древности. Все мировые религии суть модели, объясняющие как появился Мир и человек, и как следует себя вести, чтобы не разрушить это творение. Эти модели проверить нельзя, их следует принимать на веру. Научные модели преследуют ту же цель – познание Мира, но так как полных знаний не бывает, то очень многие стороны этих научных моделей так же приходиться принимать на веру. Любая «научная» модель имеет ограничения в применимости. Например, геометрия Евклида утверждает, что сумма углов в треугольнике равна 180 градусам, однако это утверждение справедливо в одном единственном случае, если все построения происходят на плоскости. Всем ясно, что треугольник содержит всего три угла, однако можно показать, что кроме трех углов эта фигура содержит  еще множество углов в 180⁰. Угол 180⁰ вырождается в линию и сливается со стороной треугольника. Аксиома о непересекающихся параллельных прямых также является приближением не доказанным экспериментально. Никто не может дотянуться до бесконечности и проверить, что там произойдет с якобы непересекающимися прямыми. А если пространство гравитационно замкнуто, то прямые линии должны уступить место геодезическим линиям, которые могут стать окружностями. Аксиомы - это утверждения, принимаемые  на веру без доказательства. Современная наука также полна суеверий, как и тысячи лет назад. Многие догмы остаются вне критики только потому, что их нельзя критиковать по причине принадлежности авторитетам, что так думает большинство, что это привычно и не противоречит «здравому смыслу». Часто издательства отказываются публиковать статьи, монографии из-за того, что в их содержании много спорных моментов. Но кому нужны «бесспорные»  работы, которые привычны, соответствуют общепринятым взглядам, т.е. не  несут новой информации. Такой подход годится для учебников, но не для научных исследований. Впрочем, и в учебниках важно проводить альтернативное изложение спорных гипотез и моделей. Приведем примеры таких научных догм.

 В основу Специальной теории относительности (СТО) положен постулат постоянства скорости света в вакууме, полученный добросовестными, тщательными измерениями Физо и Майкельсона. Но все их измерения проведены только на Земле или в околоземном пространстве спустя 15 – 20 млрд. лет после рождения Вселенной, фактически в одно из мгновений существования Вселенной. Тогда почему мы считаем, что так было и будет всегда.  Другой постулат о невозможности превысить скорость света во взаимодействиях между объектами Мира является ничем не доказанной декларацией. Это просто постулат (вера). Следуя СТО, свет распространяется по пространству, но в ходе расширения Вселенной пространство сильно изменяло свою кривизну, как надуваемый  «воздушный шарик». Скорость распространения волны зависит от параметров среды, по которой распространяется волна. При расширении Вселенной изменялась кривизна пространства, уменьшалась плотность материи, так почему же скорость распространения электромагнитной волны должна оставаться всегда неизменной?  Пространство и время также должны эволюционировать, если   эволюционирует  вся Вселенная. Но постулат Эйнштейна принят на веру и этот авторитет, возможно, затормозил развитие науки.

Молчаливо предполагается, что гравитация распространяется со скоростью света, но еще никто не обнаружил гравитационных волн и, следовательно, не измерил скорость их распространения. Опять вера. Кроме того, гравитационная постоянная (константа) определена во времена Ньютона (относительно недавно), а какой она была миллиарды лет назад? Нет ответа, и приходится верить в догмы. На вере в постоянство скорости света построено все здание современной физики микромира. «Постоянная Планка» является константой до тех пор, пока скорость света считается неизменной. Если окажется, что это всего лишь вера, то рухнет весь теоретический фундамент современной физики (кому этого хочется).

Представления о расширяющейся Вселенной опираются на эффект «красного смещения» длин волн в спектрах далеких галактик, открытый Хабблом. Красное смещение объясняют эффектом Доплера (если излучающий объект удаляется, то частота излучения должна смещаться в длинноволновую область спектра, в сторону красного света). Но наряду с этим объясняют явление реликтового космического излучения (радиоволновый диапазон, т.е, низкие частоты), тем, что фотоны (гамма излучение) родившиеся 15-20 млрд. лет тому назад просто «остыли», потеряли свою энергию из-за долгого блуждания во Вселенной и теперь окружают Землю со всех сторон в виде реликтового фона. Если фотоны могут «остывать», т.е. изменять свой спектр, сдвигать его в сторону низких частот (красное смещение), то почему нельзя предположить, что свет от далеких галактик, идущий до Земли также десятки миллиардов лет, также «стареет», что и объясняется красное смещение. А может быть, имеют место оба эффекта. Тогда возраст Вселенной и её размеры надо будет пересмотреть.

Явление веры в науке и религии связано с тем, что стремление всё объяснить генетически заложено в мозге. Психологам известно, что непонятное, необъяснимое всегда вызывает чувство тревоги, страха. Объяснения, даже неправильные, успокаивают. Поэтому и создаются мифы, теории, гипотезы, предположения. Человек рождается с генетическим набором программ поведения. Одной из таких программ является чувство веры. Вообразите себе, что ребенок не верит в абсолютность знаний своих родителей, и что его мама самая красивая. Можно ли осуществить воспитание в таких условиях?

Модель от мифа отличается тем, что правильная модель способна предсказывать события и факты, которые до этого не были известны. Если модель предсказывает,  и эти предсказания сбываются, то это уже не миф. Миф (неправильная модель) не обладает предсказательной силой. Например, механика Ньютона предсказала существование двух неизвестных планет (Нептун, Плутон). Релятивистская механика Эйнштейна предсказала возможность искривления пространства, существование «чёрных дыр» и т.п. [91],  поэтому эти модели считаются правильными, но в рамках их применимости. Но и такие «авторитетные» теории как СТО и ОТО не могут объяснить многие явления в микромире. В этих сферах господствуют (пока) квантовая механика и квантовая электродинамика, но и они имеют много «глухих» вопросов.   

     Что такое электрический заряд, масса, энергия? Откуда взялись ЗАКОНЫ природы, например, закон всемирного тяготения? Ньютон, описав взаимодействия масс количественно, не ответил на вопрос, откуда берется это притяжение. Эйнштейн провозгласил гравитацию следствием искривления пространства, но почему порождает гравитацию «кривое» пространство, до сих пор нет ответа. Строение атома по Бору декларирует положение электрона на строго заданных  электронных орбитах, но почему электрону нет места между этими орбитами, ответа нет. Есть нечто туманное, называемое квантовым запретом. В какой среде распространяется свет, если он волна? Говорят в пространстве. Значит, пространство может «волноваться», но что такое пространство и какие у  него  количественные характеристики кроме геометрических (протяженность, кривизна)?   

Откуда же взялся антропный (модельный) взгляд на Мир? Можно ответить, что это эволюционное приобретение. Рыбаки знают, что щуку можно ловить на блесну – модель живой рыбки. Следовательно, образ пищи (рыбы) у щуки весьма упрощён. Достаточно, чтобы объект был нужного размера, двигался и блестел. Окунь ловится на блестящую бусинку с крючком (мормышку). Утки значительно сложнее рыб по своему поведению, но также не могут отличить настоящую утку от резинового макета (подсадная утка). Глаз и мозг лягушки регистрирует только движущиеся предметы, так как и пища, и враги лягушки – движущиеся объекты.

Как видно, человек унаследовал от своих предшественников принципы получения и переработки информации. Главный из них – принцип фильтрации (ограничение информации). И модельное видение мира, и системный взгляд на мир есть следствие этого принципа.

Чем архаичнее структуры Мира, чем глубже они лежат в недрах материи, тем труднее их вообразить «здравым умом», и приходиться строить абстрактные модели.  То же самое можно сказать и о далеком будущем.

Вероятно, одними из самых фундаментальных понятий являются понятия: пространство, время, гравитация, масса, энергия, информация. Поэтому представление о них самые смутные. На таких «глубинах» вперёд идут уже не экспериментаторы, а теоретики, своими догадками задавая задачи практикам.

Есть класс задач, нуждающихся в обобщениях. Эти задачи появляются тогда, когда из фрагментов нужно сложить цельную модель. В истории науки примерами таких обобщений может послужить объединение оптики и электромагнетизма (Максвелл), распространение понятия тяготения к Земле  на весь Мир (закон всемирного тяготения Ньютона), объединение времени с пространством, массы с энергией (Эйнштейн), генерализация роли живого вещества в биосфере (Вернадский), стремление создать единую теорию поля, и т. п. В настоящей работе авторы решают именно задачу на обобщение огромного фактического материала, добытого «армией» ученых «всех времен и народов».

Рассмотрим еще одну антропную  способность расчленять Мир на отдельности, фрагменты, выделять главное и познавать его таким образом. Иными словами строить системы.

 Так что же такое система? В древней Греции и до конца ХIХ века в науке не было четкого разделения между реальностью и ее идеальным, мысленным представлением. Модель в сознании принималась за саму реальность [196]. Начиная с  ХХ века (работы Богданова [38] и позже Берталанфи [30]), за системой закрепилось следующее определение – система это целостная совокупность материальных объектов [229].  У. Эшби [309] и Дж. Клир [117] определяют систему как совокупность переменных. Система есть множество предметов вместе со связями между ними  и между их признаками [196]. За  элемент системы принимают некоторую её  часть, достаточную для понимания принципа функционирования системы. Исследователь сам по своему усмотрению определяет элемент системы. Например, элементом молекулы обычно называют атом, но не ядро, кварк или фотон. Элементом автомобиля считают, например, коленчатый вал, но не атомы железа и углерода, из которых он состоит. Врач-анатом назовет элементом  какой-либо внутренний орган  человека (например, сердце). Биолог скажет, что элемент – это клетка. Видно, что выбор элементов явно субъективен и зависит от целей человека, описывающего систему.

Некоторые авторы вводят в определение системы некоторый интегральный признак и отказываются признавать систему в любой совокупности элементов [255, 280, 240]. Однако выделение системного интегрального признака - это тоже дело субъекта. Эколог, рассматривая дерево, увидит системный признак в его взаимодействии с окружающей средой. Столяр будет рассматривать дерево, как материал для распиливания и т.д. В зависимости от цели будет выделяться разный системный признак. Любой объект в целом может быть представлен множеством систем относительно данного качества [3].

В связи с явно выраженной субъективностью понятия система ряд исследователей высказывает мнение, что нельзя отождествлять систему с объектом или просто с фрагментом действительности. Всякий фрагмент действительности имеет бесконечное число проявлений и его познание распадается на множество сторон.

         Э. Мах и А. Пуанкаре  рассматривали систему как результат деятельности субъекта познания, что обобщенно выразил Г. Динглер [87] в тезисе: «смысловым обоснованием всякой теоретической системы является только активность сознания». Еще более четко по этому поводу выразился Дж. Клир [117]: «Системой является все, что мы хотим рассматривать как систему». С. В. Емельянов и Э. Л. Наппельбаум определили систему как специфический способ организации знаний о реальности, специально рассчитанный на наиболее эффективное использование этих знаний, а также для осуществления некоторого целенаправленного взаимодействия с реальностью.  Эшби называл системный взгляд на мир научным способом упрощения.

Таким образом, мы можем сравнивать два способа видения Мира: моделирование и системогенез. Сравнивая их можно прийти к  заключению, что оба способа представляют упрощение объективной реальности с целью её познания. Каждый объект можно описать множеством моделей и множеством систем. Существует широкий набор способов моделирования: макетирование, алгоритмы, имитационное моделирование и т.п.  Поэтому можно дать еще одно определение. Система – это разновидность модели, рассматривающей объект в виде совокупности взаимосвязанных элементов, порождающих некоторое интегративное свойство. Система – понятие более узкое, чем модель. Любой объект может быть представлен большим количеством моделей и лишь некоторые из них есть системы. Например, модель, описывающая структуру, организацию, есть система. Но не все модели есть системы.

         Как уже отмечалось выше, и модель и система есть результат антропного способа видения Мира, заключающегося в фильтрации (ограничении разнообразия) потоков информации, циркулирующей между реальными объектами. Эта фильтрация на архаическом уровне происходит по причине того, что любое отражение информации всегда не полно.

 

Следующий раздел