ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ: ПРЕДМЕТНАЯ И ПОЗНАВАТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКА

Специфика естествознания

Естествознание – совокупность наук о природе как единой целостности, взятых в их взаимосвязи.

Предмет естествознания – природные объекты и происходящие в них процессы. Многие из них существуют относительно автономно и не связаны с человеческой деятельностью. Но в настоящее время естествознание включает в предмет своего познания и объекты, созданные человеком. Так, химиками синтезируются вещества, которые в природе не встречаются. На основе достижений физики, химии и биологии создаются технические средства и технологии современных материальных производств. Все это является предметом исследования естествознания. В него включается анализ понятий и положений, касающихся отмеченных выше предметов и процессов, обоснование теорий их функционирования и развития.

Цели естествознания:

1) находить сущность явлений природы, их законы и на этой основе предвидеть или создавать новые явления;

2) раскрывать возможность использования на практике познанных законов, сил и веществ природы.

Отличия естествознания от других наук. От технических наук естествознание отличает то, что оно преимущественно направлено не на преобразование природы, а на ее познание. От математики естествознание отличает то, что оно исследует природные, а не знаковые системы. От социальных наук естествознание отличается тем, что оно исследует природу, а не общество.

Однако пытаться изолировать естественные, социальные и технические науки не следует, поскольку существует целый ряд дисциплин, занимающих промежуточное положение или являющихся комплексными. Например, определенные черты естественных и социальных наук соединяет экономическая география. А социальная экология является комплексной дисциплиной, которая включает естественные, социальные и технические разделы.

Закономерности естествознания:

- Опытная проверяемость – Знания о природе должны допускать эмпирическую проверку. Это не означает, что научная теория должна немедленно подтверждаться, но каждое ее положение должно быть таким, чтобы такая проверка была возможна в принципе. Знания не зависят от субъективных и ценностных факторов.

- Относительная самостоятельность, которая проявляется в том, что практическое решение возникающих задач может быть осуществлено лишь по достижении, в соответствии с собственной логикой, определенных ступеней самого процесса познания природы, который совершается от явлений к сущности и от менее глубокой к более глубокой сущности. Естествознание основано на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или эмпирических обобщений, описывающих природные явления. Задача ученого обобщить полученные в ходе исследования факты и создать теоретическую модель изучаемого явления природы, включающую законы, управляющие им. Явления даются нам в опыте; законы науки, например закон всемирного тяготения, представляют собой варианты объяснения этих явлений. Факты, будучи установлены, сохраняют свое значение всегда, законы могут быть пересмотрены или скорректированы в соответствии с новыми данными или новой концепцией, их объясняющей. Факты действительности являются необходимой составляющей научного исследования.

- Преемственность в развитии идей и принципов естествознания, теорий и понятий, методов и приёмов исследования, неразрывность всего познания природы.

- Постепенность развития естествознания при чередовании периодов относительно спокойного, эволюционного развития и резкой революционной ломки теоретических основ естествознания, всей системы понятий и принципов естествознания, всей естественнонаучной картины мира. При этом содержание прежних знаний о природе получает дальнейшее развитие и обобщение, преодолевается прежняя универсализация, абсолютизация законов и принципов, носящих в действительности лишь ограниченный, относительный характер.

- Взаимодействие наук, взаимосвязанность всех отраслей естествознания, когда один предмет изучается одновременно многими науками (их методами), а метод одной науки применяется к изучению предметов других наук.

- Противоречивость развития естествознания, доходящая до раскола на казалось бы несовместимые между собой концепции, причём на смену борющимся между собой односторонним концепциям в порядке разрешения их конфликта приходит принципиально новая концепция, охватывающая предмет в целом.

Попытки не считаться с закономерностями развития естествознания влекут за собой серьёзные недостатки в деятельности отдельных учёных и целых научных школ и направлений. Отрыв от запросов техники и производства порождает уход в абстрактное теоретизирование. Игнорирование относительной самостоятельности и внутренней логики естествознания ведёт к слепому практицизму, к недооценке теории, к неспособности учитывать реальные возможности естествознания. Непонимание преемственности в развитии естествознания влечёт за собой нигилистическое отношение к естествознанию предшествующих эпох, к утрате способности находить исторические корни современных воззрений. Неумение различать стадии в естествознании (эволюционные и революционные) вызывает либо задержку на пройденной ступени, либо забегание вперёд, выдвижение идей, для которых почва ещё не подготовлена. Игнорирование целостности естествознания, непонимание характера взаимодействия отраслей естествознания порождает либо отрицание применимости методов одних наук при изучении предмета других, либо, наоборот, отрицание специфики предмета одной науки на том основании, что он может изучаться методами др. наук. Непонимание противоречивости познания природы влечёт опасность впадения в односторонность, в крайность.

Методология естествознания

В естествознании выделяются эмпирический и теоретический уровни научного исследования и знания. Каждый из названных уровней имеет свои познавательные методы. Используя их, естественные науки дают объективные знания о природе.

На эмпирическом уровне исследование предполагает использование системы экспериментальной и наблюдательной техники (устройств, в том числе вычислительных приборов, особенно измерительных, установок, инструментов), с помощью которой устанавливаются новые факты.

Теоретическое исследование предполагает абстрактную работу учёных, направленную на объяснение фактов (предположительное – с помощью гипотез, проверенное и доказанное – с помощью теорий и законов науки); на образование понятий, обобщающих опытные данные.

В основе методов естествознания лежит единство эмпирических и теоретических сторон. Они взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Их разрыв или хотя бы преимущественное развитие одной за счёт другой закрывает путь к правильному познанию природы: теория становится беспредметной, опыт – слепым.

Методы естествознания могут быть подразделены на группы:

1) Философские методы, дающие возможность связывать воедино все стороны процесса познания, все его ступени.

2) Общенаучные методы, среди которых выделяют общелогические, эмпирические и теоретические. В естествознании исключительно важны математические методы как особые способы исследования и выражения количественных и структурных сторон и отношений предметов и процессов природы, а также методы статистики и теории вероятностей. Роль математических методов в естествознании неуклонно возрастает по мере всё более широкого применения счётно-вычислительных машин. В целом происходит быстрая математизация современного естествознания. С ней связаны методы аналогии, формализации, моделирования, промышленного эксперимента. Также весьма велика в естествознании роль гипотетико-дедуктивного метода как способа построения и проверки на истинность теорий.

3) Частнонаучные методы – это специальные методы, действующие либо только в пределах отдельной отрасли естествознания, либо в нескольких отраслях естествознания. Так, методы физики, использованные в других отраслях естествознания, привели к созданию астрофизики, кристаллофизики, геофизики, химической физики и физической химии, биофизики. Распространение химических методов привело к созданию кристаллохимии, геохимии, биохимии и биогеохимии. Нередко применяется комплекс взаимосвязанных частнонаучных методов к изучению одного предмета, например, молекулярная биология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, кибернетики в их взаимосвязи.

Структура естествознания

Природный мир представлен живыми и неживыми объектами, системами. Поэтому естествознание с момента своего возникновения развивалось по пути дифференциации и обоснования различных предметных областей исследования. Каждая из них была ориентирована на изучение относительно изолированных природных явлений. Эта особенность естествознания характерна, прежде всего, для классической науки. В тот период формировались отдельные естественнонаучные дисциплины. Становление дисциплинарной структуры естествознания – одна из закономерностей классического этапа ее развития. Ее проявление типично и для современного естествознания.

В самом общем смысле можно выделить пять фундаментальных направлений естествознания: физика, химия, геология, биология и география. Эти дисциплины можно сгруппировать следующим образом:

- физико-химический цикл, изучающий наиболее общие свойства материи и ее видов;

- цикл наук о Земле, рассматривающий вопросы проявления общих свойств материи на Земле;

- биологические науки, изучающие, с одной стороны, свойства живой материи, а, с другой, распределение жизни на Земле в пределах различных систем разного ранга (от малых популяций до биосферы).

Кроме указанных наук частично в этот круг включают психологию как науку, имеющую дело со всевозможными разумными существами.

Проблемой классификации естественных наук является определение места некоторых дисциплин, которые выделились или всегда существовали параллельно, тесно переплетаясь с уже рассмотренными дисциплинами, но при анализе оказываются как бы в стороне: медицина, сельскохозяйственный цикл наук, почвоведение, земледелие и т.д. Особое место занимает математика, которая по существу является достаточно универсальным языком для естественнонаучных дисциплин.

В естествознании существует также множество переходных, промежуточных или междисциплинарных отраслей, что свидетельствует об отсутствии резких границ между науками, об их взаимопроникновении. Но определяющей особенностью нынешнего этапа является ориентация науки на исследование развивающихся системных объектов. Это приводит к усилению межпредметных взаимодействий в комплексе естественных наук, углублению связей между естествознанием и гуманитарным знанием, утверждению универсальных методологических установок (системной, эволюционной, синергетической). В современных условиях вновь возникающие науки ведут не к дальнейшему разобщению наук между собой, а к тому, что прежние резкие разрывы между науками (например, физикой и химией) заполняются за счёт появления новых наук, носящих промежуточный характер (физическая химия, химическая физика).

Типология системных объектов естественнонаучного познания

Современное естествознание имеет дело с рядом природных объектов, интегрированных в системы, включающие в себя ряд элементов, между которыми устанавливаются связи структурного характера. Выделяют следующие типы системных объектов:

1) малые системные объекты;

2) большие саморегулирующиеся системные объекты;

3) саморазвивающиеся системные объекты.

Простые системные объекты

Примеры: В технике – это машины и механизмы эпохи первой промышленной революции и последующей индустриализации: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, автомобиль, различные станки и т.п. В науке – объекты, исследуемые механикой.

Основные свойства:

- суммарные свойства их частей исчерпывающе определяют свойства целого;

- часть внутри целого и вне целого обладает одними и теми же свойствами;

- связи между элементами системы подчиняются строгой (лапласовской) причинности;

- пространство и время предстают как нечто внешнее по отношению к таким системам, состояния их движения никак не влияют на характеристики пространства и времени.

Большие саморегулирующиеся системные объекты.

Исследования сложных саморегулирующихся систем особенно активизировалось с возникновением кибернетики, теории информации и теории систем. Но многие особенности их категориального описания были выявлены предшествующим развитием биологии и, в определенной мере, квантовой физики. Примерами сложных саморегулирующихся системных объектов являются автоматические станки, заводы-автоматы, системы управления космическими кораблями, автоматические системы регуляции грузовых потоков с применением компьютерных программ в технике; организмы, популяции, биогеоценозы, социальные объекты, рассмотренные как устойчиво воспроизводящиеся организованности, в живой природе и обществе.

Основные свойства:

- дифференцируются на относительно автономные подсистемы, в которых происходит массовое взаимодействие элементов;

- целостность системы предполагает наличие в ней особого блока управления, прямые и обратные связи между ним и подсистемами; в них обязательно имеется программа функционирования, которая определяет управляющие команды и корректирует поведение системы на основе обратных связей;

- целое не исчерпываются свойствами частей, возникает системное качество целого;

- часть внутри целого и вне его обладает разными свойствами (так, органы и отдельные клетки в многоклеточных организмах специализированы и в этом качестве существуют только в рамках целого; будучи выделенными из организма, они разрушаются (погибают), что отличает сложные системы от простых механических систем, допустим, тех же механических часов, которые можно разобрать на части и из частей вновь собрать прежний работающий механизм);

- причинность не может быть сведена к лапласовскому детерминизму и дополняется идеями «вероятностной» и «целевой причинности»;

Пример целевой причинности – вода. Только вода в природе существует в трех агрегатных состояниях – жидкость, пар, лед, причем объем льда больше объема жидкой воды, а зависимость объема воды от температуры имеет ярко выраженный минимум. У воды аномально высокое поверхностное натяжение и аномально низкая сжимаемость, воду нельзя сжать. Аномальна вязкость воды. Она существенно ниже, чем у всех веществ, а с ростом давления вязкость уменьшается, тогда как у всех остальных веществ – возрастает. Почему вода ведет себя так? В чем причина аномальных свойств воды? Чтобы найти причину, необходимо рассмотреть вопрос о том, какую миссию выполняет вода в природе. Природная миссия воды состоит в том, что она тесно связана с жизнью. Анализ физико-химических свойств и роли воды в природе приводит к мысли о том, что свойства воды оказывают такое воздействие на природу, потому что они определенным образом согласованы. Например, чтобы появились почвы, необходимо было согласование следующих свойств: тройная точка на Р-Т диаграмме воды, находящаяся внутри условий существования жизни, в сочетании с аномально низкой вязкостью и сжимаемостью. Или, жизнь в водоемах зимой сохраняется согласованием свойства увеличения объема твердой фазы воды с наличием максимальной плотности при +4° С (оба свойства аномальны). Согласование свойств воды – согласование целеполагающее к выполнению условий существования жизни. Можно допустить, что в природе существует такая система взаимодействий, сила, которая ведет к цели, в данном случае к жизни.

- в ряде ситуаций наряду с представлениями о «внешнем» времени вводится понятие «внутреннего времени» (биологические часы и биологическое время, социальное время).

Биологическое время – это собственное внутреннее время биосистемы, которое характеризует прежде всего наиболее важные процессы жизнеобеспечения. Социальное время – время, в которое человеческая активность создает общество. Характеризуется возможностью ускорения или замедления в зависимости от частоты событий. Люди, создавая социальное время событиями личной жизни, могут относиться к нему как к надиндивидуальной внешне заданной и неизменной системе координат. Однако они сами определяют последовательность и границы событий, делят их на этапы, что заставляет обращать внимание на подвижность и неоднородность временных связей.

Саморазвивающиеся системные объекты

Этот тип системных объектов характеризуется развитием, в ходе которого происходит переход от одного типа саморегуляции к другому. К таким системам относятся биологические объекты, рассматриваемые не только в аспекте их функционирования, но и в аспекте развития; объекты современных биотехнологий и, прежде всего, генетической инженерии; системы современного проектирования, когда берется не только та или иная технико-технологическая система, но еще более сложный развивающийся комплекс - человек-технико-технологическая система, экологическая система, культурная среда, принимающая новую технологию. К саморазвивающимся системам относятся современные сложные компьютерные сети, предполагающие диалог «человек-компьютер», INTERNET. Наконец, все социальные объекты, рассмотренные с учетом их исторического развития, принадлежат к типу сложных саморазвивающихся систем.

К исследованию таких систем во второй половине 20 в. вплотную подошла и физика. Долгое время она исключала из своего познавательного арсенала идею исторической эволюции. Но во второй половине 20 в. возникла иная ситуация. С одной стороны, развитие современной космологии (концепция Большого взрыва и инфляционной теории развития Вселенной) привели к идее становления различных типов физических объектов и взаимодействий. Возникло представление о возникающих в процессе эволюции различных видах элементарных частиц и их взаимодействий как результата расщепления некоторого исходного взаимодействия и последующей его дифференциации. С другой стороны, идея эволюционных объектов активно разрабатывается в рамках термодинамики неравновесных процессов и синергетики. Взаимовлияние этих двух направлений исследования инкорпорирует в систему физического знания представления о самоорганизации и развитии.

Основные свойства саморазвивающихся системных объектов:

- Иерархичность уровневой организации элементов, способность порождать в процессе развития новые уровни; причем каждый такой новый уровень оказывает обратное воздействие на ранее сложившиеся, перестраивает их, в результате чего система обретает новую целостность. С появлением новых уровней организации система дифференцируется, в ней формируются новые, относительно самостоятельные подсистемы. Вместе с тем перестраивается блок управления, возникают новые параметры порядка, новые типы прямых и обратных связей.

- Открытость, обмен веществом, энергией и информацией с внешней средой. В таких системах формируются особые информационные структуры, фиксирующие важные для целостности системы особенности ее взаимодействия со средой. Эти структуры выступают в функции программ поведения системы.

- Категории части и целого включают в свое содержание новые смыслы. При формировании новых уровней организации происходит перестройка прежней целостности, появление новых параметров порядка. Иначе говоря, необходимо, но недостаточно зафиксировать наличие системного качества целого, а следует дополнить это понимание идеей изменения видов системной целостности по мере развития системы.

- Новое понимание вещи и процессов взаимодействия. Традиционная для малых систем акцентировка (вещь как нечто первичное, а взаимодействие – это воздействие одной вещи на другую) сменяется представлениями о возникновении самих вещей в результате определенных взаимодействий. Вещь-система предстает в качестве процесса постоянного обмена веществом, энергией и информацией с внешней средой, как своеобразная неизменная структура в варьируемых взаимодействиях со средой. А усложнение системы в ходе развития, связанное с появлением новых уровней организации, выступает как процесс перехода от одного типа саморегуляции к другому.

- Новое понимание категории «причинность». Она связывается с представлениями о превращении возможности в действительность. Целевая причинность, понятая как характеристика саморегуляции и воспроизводства системы, дополняется идеей направленности развития. Случайные флуктуации в фазе перестройки системы (в точках бифуркации) формируют аттракторы – совокупность внутренних и внешних условий, способствующих «выбору» самоорганизующейся системой одного из вариантов устойчивого развития; идеальное конечное состояние, к которому стремится система в своем развитии. Аттракторы в качестве своего рода программ-целей ведут систему к некоторому новому состоянию и изменяют возможности (вероятности) возникновения других ее состояний. Спектр направлений эволюции системы после возникновения аттракторов трансформируется, некоторые, ранее возможные направления становятся закрытыми.

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ: ПРЕДМЕТНАЯ И ПОЗНАВАТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКА