Konzepte und Methoden der modernen Naturwissenschaft. Gegenstand, Ziele der naturwissenschaftlichen Aufgabe

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E. Methoden basieren auf dem Prinzip der Einheit von empirischen und theoretischen Aspekten, die miteinander in Beziehung stehen und sich gegenseitig bedingen. Ihr Bruch oder die überwiegende Entwicklung des einen auf Kosten des anderen verschließt den Weg zur richtigen Naturerkenntnis: Theorie wird sinnlos, Erfahrung wird blind.

E. Methoden können in Gruppen eingeteilt werden: allgemein, speziell, privat.

Allgemeine Methoden betreffen alle E., jeden Gegenstand der Natur, jede Wissenschaft. Dies sind verschiedene Formen der dialektischen Methode, die es ermöglicht, alle Aspekte des Erkenntnisprozesses, alle seine Stufen, miteinander zu verbinden, zum Beispiel die Methode des Aufstiegs vom Abstrakten zum Konkreten usw.

Tatsächlich folgen solche Systeme der Naturwissenschaften, deren Struktur dem tatsächlichen historischen Verlauf ihrer Entwicklung entspricht (Biologie und Chemie), dieser Methode. Die dialektische Methode in Biologie, Geographie, Chemie ist eine vergleichende Methode, mit deren Hilfe der universelle Zusammenhang von Phänomenen aufgedeckt wird. Daher - vergleichende Anatomie, Embryologie, Physiologie. Es wird seit langem erfolgreich in der Zoo-, Phyto- und Phytogeographie eingesetzt. Bei E. wirkt die dialektische Methode auch als historische, in der Astronomie stützen sich alle fortschreitenden kosmogonischen Hypothesen, stellare und planetarische, auf sie; in der Geologie (als Grundlage der historischen Geologie), in der Biologie liegt diese Methode dem Darwinismus zugrunde. Manchmal werden beide Methoden zu einer einzigen vergleichenden historischen Methode kombiniert, die tiefer und aussagekräftiger ist als jede von ihnen einzeln genommen. Dieselbe Methode ist in ihrer Anwendung auf den Erkenntnisprozess der Natur, insbesondere auf die Physik, mit dem Korrespondenzprinzip verbunden und trägt zum Aufbau der modernen physikalischen Theorie bei.

Spezielle Methoden werden auch in E. verwendet, betreffen aber nicht dessen Gegenstand als Ganzes, sondern nur einen seiner Aspekte (Phänomene, Essenz, quantitative Seite, strukturelle Zusammenhänge) oder eine bestimmte Forschungsmethode: Analyse, Synthese, Induktion, Deduktion. Als besondere Methoden dienen Beobachtungen, Experimente und im Einzelfall Messungen. Mathematische Techniken und Methoden sind von großer Bedeutung als spezielle Forschungs- und Ausdrucksmethoden, quantitative und strukturelle Aspekte und die Beziehung von Objekten und Prozessen der Natur sowie die Methoden der Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie.

Die Rolle mathematischer Methoden in der Mathematik nimmt mit der zunehmenden Verbreitung von Personal Computern stetig zu. Es gibt eine beschleunigte Computerisierung des modernen E. Modern E. verwendet in großem Umfang die Methoden zur Modellierung natürlicher Prozesse und industrieller Experimente.

Private Methoden- Dies sind spezielle Methoden, die in einem separaten Zweig von E. betrieben werden, wo sie ihren Ursprung haben.

Im Laufe des Fortschritts von E. können Methoden von einer niedrigeren Kategorie in eine höhere übergehen: privat - wird zu speziell, speziell - zu allgemein.

Die Methoden der Physik, die in anderen Wissenschaftszweigen verwendet wurden, führten zur Entstehung der Astrophysik, der Kristallphysik, der Geophysik, der chemischen Physik, der physikalischen Chemie und der Biophysik. die Verbreitung chemischer Methoden führte zur Entstehung der Kristallchemie, Geochemie, Biochemie und Biogeochemie. Oft wird ein Komplex von miteinander verknüpften Einzelmethoden auf das Studium eines Faches angewendet, zum Beispiel verwendet die Molekularbiologie gleichzeitig die Methoden der Physik, Mathematik, Chemie und Kybernetik.

Die wichtigste Rolle bei der Entwicklung von E. gehört Hypothesen, die die Form der Entwicklung von E. sind.

Der Prozess der wissenschaftlichen Erkenntnis in seiner allgemeinsten Form ist die Lösung verschiedener Arten von Problemen, die im Laufe der praktischen Tätigkeit auftreten. Die Lösung der dabei auftretenden Probleme erfolgt durch den Einsatz spezieller Techniken (Methoden), die es ermöglichen, von bereits Bekanntem zu neuem Wissen überzugehen. Ein solches System von Techniken wird üblicherweise als Methode bezeichnet. Die Methode ist eine Reihe von Techniken und Operationen der praktischen und theoretischen Erkenntnis der Realität.

Die Einheit ihrer empirischen und theoretischen Aspekte liegt den Methoden der Naturwissenschaft zugrunde. Sie sind miteinander verbunden und bedingen sich gegenseitig. Ihr Bruch, oder die überwiegende Entwicklung des einen auf Kosten des anderen, verschließt den Weg zur richtigen Naturerkenntnis – Theorie wird sinnlos, Erfahrung wird blind.

Die empirische Seite impliziert die Notwendigkeit, Fakten und Informationen zu sammeln (Fakten zu ermitteln, zu registrieren, zu akkumulieren) sowie zu beschreiben (die Fakten und ihre primäre Systematisierung anzugeben).

Die theoretische Seite ist mit Erklärung, Verallgemeinerung, Erstellung neuer Theorien, Hypothesen, Entdeckung neuer Gesetze, Vorhersage neuer Tatsachen im Rahmen dieser Theorien verbunden. Mit ihrer Hilfe wird ein wissenschaftliches Weltbild entwickelt und damit die ideologische Funktion der Wissenschaft wahrgenommen.

Methoden der Naturwissenschaften lassen sich in Gruppen einteilen:

a) allgemeine Methoden

Über alle Naturwissenschaften, alle Naturwissenschaften, alle Wissenschaften. Dies sind verschiedene Formen einer Methode, die es ermöglicht, alle Aspekte des Erkenntnisprozesses, alle seine Stufen, miteinander zu verknüpfen, zum Beispiel die Methode des Aufstiegs vom Abstrakten zum Konkreten, die Einheit des Logischen und Historischen. Es handelt sich vielmehr um allgemeine philosophische Erkenntnismethoden.

b) spezielle Methoden

Spezielle Methoden, die nicht den naturwissenschaftlichen Gegenstand als Ganzes betreffen, sondern nur einen seiner Aspekte oder eine bestimmte Forschungsmethode: Analyse, Synthese, Induktion, Deduktion;

Zu den Spezialmethoden gehören auch Beobachtung, Messung, Vergleich und Experiment.

In den Naturwissenschaften sind spezielle Methoden der Wissenschaft von größter Bedeutung, daher ist es notwendig, im Rahmen unseres Studiums näher auf deren Wesen einzugehen.

Beobachtung ist ein gezielter strenger Prozess der Wahrnehmung von Objekten der Realität, die nicht verändert werden sollen. Historisch entwickelt sich die Beobachtungsmethode als integraler Bestandteil des Arbeitsvorgangs, der die Feststellung der Konformität des Arbeitsprodukts mit seinem geplanten Modell einschließt.

Beobachtung als Methode setzt das Vorhandensein eines Forschungsprogramms voraus, das auf der Grundlage früherer Überzeugungen, etablierter Fakten und akzeptierter Konzepte erstellt wurde. Messen und Vergleichen sind Spezialfälle der Beobachtungsmethode.

Experiment - eine Erkenntnismethode, mit deren Hilfe die Phänomene der Realität unter kontrollierten und kontrollierten Bedingungen untersucht werden. Sie unterscheidet sich von der Beobachtung durch den Eingriff in das Untersuchungsobjekt, das heißt durch die Aktivität in Bezug auf es. Bei der Durchführung eines Experiments beschränkt sich der Forscher nicht auf die passive Beobachtung von Phänomenen, sondern greift bewusst in deren natürlichen Ablauf ein, indem er den zu untersuchenden Prozess direkt beeinflusst oder die Bedingungen verändert, unter denen dieser Prozess abläuft.

Die Entwicklung der Naturwissenschaft stellt das Problem der Strenge der Beobachtung und des Experiments. Tatsache ist, dass sie spezielle Werkzeuge und Geräte benötigen, die in letzter Zeit so komplex geworden sind, dass sie selbst beginnen, das Objekt der Beobachtung und des Experiments zu beeinflussen, was den Bedingungen entsprechend nicht sein sollte. Dies gilt vor allem für die Forschung auf dem Gebiet der Mikroweltphysik (Quantenmechanik, Quantenelektrodynamik etc.).

Analogie ist eine Erkenntnismethode, bei der Erkenntnisse, die während der Betrachtung eines Objekts gewonnen wurden, auf ein anderes, weniger untersuchtes und derzeit untersuchtes Objekt übertragen werden. Die Analogiemethode basiert auf der Ähnlichkeit von Objekten in einer Reihe beliebiger Zeichen, wodurch Sie recht zuverlässige Kenntnisse über das zu untersuchende Thema erhalten.

Die Anwendung der Analogiemethode in der wissenschaftlichen Erkenntnis erfordert eine gewisse Vorsicht. Dabei ist es äußerst wichtig, die Bedingungen, unter denen es am effektivsten arbeitet, klar zu identifizieren. Wo es jedoch gelingt, ein System klar formulierter Regeln für den Wissenstransfer von einem Modell auf einen Prototypen zu entwickeln, werden die Ergebnisse und Schlussfolgerungen der Analogiemethode beweiskräftig.

Die Analyse ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, die auf dem Vorgang der gedanklichen oder realen Zerlegung eines Gegenstandes in seine Bestandteile beruht. Die Zerstückelung zielt auf den Übergang vom Studium des Ganzen zum Studium seiner Teile und erfolgt durch Abstrahieren von der Verbindung der Teile untereinander.

Methoden der Wissenschaft - eine Reihe von Techniken und Operationen zur praktischen und theoretischen Erkenntnis der Realität.

Forschungsmethoden optimieren die menschliche Aktivität, statten sie mit den rationalsten Möglichkeiten aus, Aktivitäten zu organisieren. A. P. Sadokhin berücksichtigt nicht nur die Wissensstände bei der Klassifizierung wissenschaftlicher Methoden, sondern berücksichtigt auch das Kriterium der Anwendbarkeit der Methode und identifiziert allgemeine, spezielle und besondere Methoden der wissenschaftlichen Erkenntnis. Die ausgewählten Methoden werden im Forschungsprozess oft kombiniert und kombiniert.

Beispielsweise werden physikalische und chemische Methoden in der Astronomie, Biologie und Ökologie eingesetzt. Häufig wenden Forscher eine Reihe miteinander verbundener bestimmter Methoden auf das Studium eines Themas an. Die Ökologie verwendet beispielsweise gleichzeitig die Methoden der Physik, Mathematik, Chemie und Biologie. Besondere Methoden der Erkenntnis sind mit speziellen Methoden verbunden. Spezielle Methoden untersuchen bestimmte Merkmale des Untersuchungsobjekts. Sie können sich auf der empirischen und theoretischen Ebene der Erkenntnis manifestieren und universell sein.

Unter den speziellen empirischen Erkenntnismethoden werden Beobachtung, Messung und Experiment unterschieden.

Beobachtung setzt die Existenz eines bestimmten Forschungsplans voraus, eine Annahme, die der Analyse und Überprüfung unterliegt. Beobachtungen werden dort verwendet, wo kein direktes Experiment durchgeführt werden kann (in der Vulkanologie, Kosmologie). Die Beobachtungsergebnisse werden in einer Beschreibung festgehalten, aus der hervorgeht, welche Merkmale und Eigenschaften des Untersuchungsobjekts Gegenstand der Untersuchung sind. Die Beschreibung sollte so vollständig, genau und objektiv wie möglich sein. Es sind die Beschreibungen der Beobachtungsergebnisse, die die empirische Grundlage der Wissenschaft bilden, auf deren Grundlage empirische Verallgemeinerungen, Systematisierungen und Klassifikationen erstellt werden.

Messung ist die Bestimmung quantitativer Werte (Merkmale) der untersuchten Seiten oder Eigenschaften eines Objekts mit speziellen technischen Geräten. Eine wichtige Rolle in der Studie spielen die Maßeinheiten, mit denen die gewonnenen Daten verglichen werden.

Die Synthese ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, die auf dem Verfahren basiert, verschiedene Elemente eines Objekts zu einem einzigen Ganzen, einem System, zu kombinieren, ohne das eine wirklich wissenschaftliche Erkenntnis dieses Themas unmöglich ist. Die Synthese fungiert nicht als Methode zur Konstruktion des Ganzen, sondern als Methode zur Darstellung des Ganzen in Form einer Einheit von durch Analyse gewonnenem Wissen. Bei der Synthese erfolgt nicht nur eine Vereinigung, sondern eine Verallgemeinerung der analytisch unterschiedenen und untersuchten Merkmale eines Objekts. Die als Ergebnis der Synthese gewonnenen Bestimmungen werden in die Theorie des Objekts aufgenommen, die, angereichert und verfeinert, die Wege einer neuen wissenschaftlichen Suche bestimmt.

Induktion ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, die die Formulierung einer logischen Schlussfolgerung durch Zusammenfassung der Beobachtungs- und Experimentdaten ist.
Deduktion ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, die im Übergang von bestimmten allgemeinen Prämissen zu bestimmten Ergebnisfolgen besteht.
Die Lösung eines wissenschaftlichen Problems beinhaltet das Aufstellen verschiedener Vermutungen, Annahmen und meist mehr oder weniger begründeter Hypothesen, mit deren Hilfe der Forscher versucht, Tatsachen zu erklären, die nicht in die alten Theorien passen. Hypothesen entstehen in unsicheren Situationen, deren Erklärung für die Wissenschaft relevant wird. Darüber hinaus gibt es auf der Ebene des empirischen Wissens (wie auch auf der Ebene ihrer Erklärung) häufig widersprüchliche Urteile. Um diese Probleme zu lösen, sind Hypothesen erforderlich.

Eine Hypothese ist jede Annahme, Vermutung oder Vorhersage, die aufgestellt wird, um eine Situation der Ungewissheit in der wissenschaftlichen Forschung zu beseitigen. Daher ist eine Hypothese kein zuverlässiges Wissen, sondern ein wahrscheinliches Wissen, dessen Wahrheit oder Falschheit noch nicht festgestellt wurde.
Jede Hypothese muss notwendigerweise entweder durch das erreichte Wissen einer bestimmten Wissenschaft oder durch neue Tatsachen untermauert werden (unsicheres Wissen wird nicht zur Untermauerung einer Hypothese verwendet). Es sollte die Eigenschaft haben, alle Tatsachen zu erklären, die sich auf ein bestimmtes Wissensgebiet beziehen, sie zu systematisieren, sowie Tatsachen außerhalb dieses Gebiets, die Entstehung neuer Tatsachen vorherzusagen (z. B. die Quantenhypothese von M. Planck, aufgestellt zu Beginn des 20. Jahrhunderts führte zur Schaffung einer Quantenmechanik, Quantenelektrodynamik und anderer Theorien). In diesem Fall sollte die Hypothese den bereits bestehenden Tatsachen nicht widersprechen. Die Hypothese muss entweder bestätigt oder widerlegt werden.

c) private Methoden – dies sind Methoden, die entweder nur innerhalb eines gesonderten Zweigs der Naturwissenschaft oder außerhalb des Zweigs der Naturwissenschaft, in dem sie entstanden sind, eingesetzt werden. Dies ist die in der Zoologie verwendete Methode zum Beringen von Vögeln. Und die Methoden der Physik, die in anderen Zweigen der Naturwissenschaften verwendet wurden, führten zur Schaffung der Astrophysik, Geophysik, Kristallphysik usw. Oft wird ein Komplex von miteinander verbundenen Einzelmethoden auf das Studium eines Fachs angewendet. Die Molekularbiologie nutzt beispielsweise gleichzeitig die Methoden der Physik, Mathematik, Chemie und Kybernetik.

Modellierung ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, die auf dem Studium realer Objekte durch das Studium von Modellen dieser Objekte basiert, d.h. durch die Untersuchung von Ersatzobjekten natürlichen oder künstlichen Ursprungs, die für Forschung und (oder) Eingriffe besser zugänglich sind und die Eigenschaften realer Objekte haben.

Die Eigenschaften eines beliebigen Modells sollten und können in keiner Situation absolut allen Eigenschaften des entsprechenden realen Objekts exakt und vollständig entsprechen. Bei mathematischen Modellen kann jeder zusätzliche Parameter zu einer erheblichen Verkomplizierung der Lösung des entsprechenden Gleichungssystems führen, zu der Notwendigkeit, zusätzliche Annahmen zu treffen, kleine Terme zu verwerfen usw., bei numerischer Simulation die Bearbeitungszeit des Problems durch die Rechner überproportional ansteigt und der Rechenfehler zunimmt.

Die Vielfalt der Methoden der wissenschaftlichen Erkenntnis erschwert ihre Anwendung und das Verständnis ihrer Rolle. Diese Probleme werden durch ein spezielles Wissensgebiet gelöst - die Methodik. Die Hauptaufgabe der Methodik besteht darin, den Ursprung, das Wesen, die Wirksamkeit und die Entwicklung von Erkenntnismethoden zu untersuchen.

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Naturwissenschaftliche Methoden und ihre Einordnung.

Mit dem Aufkommen des Wissensbedarfs bestand die Notwendigkeit, verschiedene Methoden zu analysieren und zu bewerten - d.h. in der Methodik.

Spezifische wissenschaftliche Methoden spiegeln die Forschungstaktik wider, während allgemeine wissenschaftliche Methoden die Strategie widerspiegeln.

Die Methode der Erkenntnis ist eine Art, Mittel, Methoden theoretischer und praktischer Aktivitäten zu organisieren.

Die Methode ist das wichtigste theoretische Werkzeug zur Gewinnung und Optimierung wissenschaftlicher Erkenntnisse.

Arten naturwissenschaftlicher Methoden:

- allgemein (in Bezug auf jede Wissenschaft) - die Einheit des Logischen und Historischen, der Aufstieg vom Abstrakten zum Konkreten;

- speziell (nur eine Seite des untersuchten Objekts betreffend) - Analyse, Synthese, Vergleich, Induktion, Deduktion usw.;

- private, die nur in einem bestimmten Wissensgebiet tätig sind.

Naturwissenschaftliche Methoden:

Beobachtung - die anfängliche Informationsquelle, ein gezielter Prozess der Wahrnehmung von Objekten oder Phänomenen, wird dort verwendet, wo es unmöglich ist, ein direktes Experiment durchzuführen, beispielsweise in der Kosmologie (Sonderfälle der Beobachtung - Vergleich und Messung);

Analyse - basierend auf der mentalen oder realen Aufteilung eines Objekts in Teile, wenn sie von einer integralen Beschreibung eines Objekts zu seiner Struktur, Zusammensetzung, Merkmalen und Eigenschaften übergehen;

Synthese - basierend auf der Kombination verschiedener Elemente des Subjekts zu einem einzigen Ganzen und der Verallgemeinerung der ausgewählten und untersuchten Merkmale des Objekts;

Induktion - besteht darin, eine logische Schlussfolgerung zu formulieren, die auf Verallgemeinerungen von experimentellen und Beobachtungsdaten basiert; logisches Denken geht vom Besonderen zum Allgemeinen, was ein besseres Verständnis und den Übergang zu einer allgemeineren Betrachtungsebene des Problems ermöglicht;

Abzug - eine Erkenntnismethode, die im Übergang von einigen allgemeinen Bestimmungen zu bestimmten Ergebnissen besteht;

Hypothese - eine Annahme, die aufgestellt wird, um eine unsichere Situation zu lösen, sie soll einige Fakten erklären oder systematisieren, die sich auf ein bestimmtes Wissensgebiet oder außerhalb davon beziehen, aber gleichzeitig bestehenden nicht widersprechen. Die Hypothese muss bestätigt oder widerlegt werden;

Vergleichsmethode - wird beim quantitativen Vergleich der untersuchten Eigenschaften, Parameter von Objekten oder Phänomenen verwendet;

Experiment - experimentelle Bestimmung der Parameter der untersuchten Objekte oder Objekte;

Modellieren - Erstellen eines Modells eines Objekts oder Objekts von Interesse für den Forscher und Durchführen eines Experiments damit, Beobachten und anschließendes Überlagern der erhaltenen Ergebnisse auf das untersuchte Objekt.

Allgemeine Erkenntnismethoden beziehen sich auf alle Disziplinen und ermöglichen es, alle Stufen des Erkenntnisprozesses miteinander zu verbinden. Diese Methoden werden in allen Forschungsbereichen verwendet und ermöglichen es Ihnen, Beziehungen und Merkmale der untersuchten Objekte zu identifizieren. In der Wissenschaftsgeschichte bezeichnen Forscher solche Methoden als metaphysische und dialektische Methoden. Private Methoden der wissenschaftlichen Erkenntnis sind Methoden, die nur in einem bestimmten Wissenschaftszweig Anwendung finden. Verschiedene naturwissenschaftliche Methoden (Physik, Chemie, Biologie, Ökologie etc.) stehen in einem besonderen Verhältnis zur allgemeinen dialektischen Erkenntnismethode. Manchmal können private Methoden außerhalb der Zweige der Naturwissenschaften, aus denen sie stammen, verwendet werden. Beispielsweise werden physikalische und chemische Methoden in der Astronomie, Biologie und Ökologie eingesetzt. Häufig wenden Forscher eine Reihe miteinander verbundener bestimmter Methoden auf das Studium eines Themas an. Die Ökologie verwendet beispielsweise gleichzeitig die Methoden der Physik, Mathematik, Chemie und Biologie. Besondere Methoden der Erkenntnis sind mit speziellen Methoden verbunden. Spezielle Methoden untersuchen bestimmte Merkmale des Untersuchungsobjekts. Sie können sich auf der empirischen und theoretischen Ebene der Erkenntnis manifestieren und universell sein.

Beobachtung ist ein zielgerichteter Prozess der Wahrnehmung von Objekten der Realität, eine sinnliche Reflexion von Objekten und Phänomenen, während der eine Person primäre Informationen über die Welt um sie herum erhält. Daher beginnt die Studie meistens mit der Beobachtung, und erst dann gehen die Forscher zu anderen Methoden über. Beobachtungen sind mit keiner Theorie verbunden, aber der Zweck der Beobachtung ist immer mit irgendeiner Problemsituation verbunden. Beobachtung setzt die Existenz eines bestimmten Forschungsplans voraus, eine Annahme, die der Analyse und Überprüfung unterliegt. Beobachtungen werden dort verwendet, wo kein direktes Experiment durchgeführt werden kann (in der Vulkanologie, Kosmologie). Die Beobachtungsergebnisse werden in einer Beschreibung festgehalten, aus der hervorgeht, welche Merkmale und Eigenschaften des Untersuchungsobjekts Gegenstand der Untersuchung sind. Die Beschreibung sollte so vollständig, genau und objektiv wie möglich sein. Es sind die Beschreibungen der Beobachtungsergebnisse, die die empirische Grundlage der Wissenschaft bilden, auf deren Grundlage empirische Verallgemeinerungen, Systematisierungen und Klassifikationen erstellt werden.

Ein Experiment ist im Vergleich zur Beobachtung eine komplexere Methode der empirischen Erkenntnis. Es ist ein gezielter und streng kontrollierter Einfluss eines Forschers auf ein interessierendes Objekt oder Phänomen, um seine verschiedenen Aspekte, Verbindungen und Beziehungen zu untersuchen. Im Zuge einer experimentellen Studie greift ein Wissenschaftler in den natürlichen Ablauf von Prozessen ein, transformiert den Untersuchungsgegenstand. Die Besonderheit des Experiments besteht auch darin, dass es Ihnen ermöglicht, das Objekt oder den Prozess in seiner reinsten Form zu sehen. Dies liegt an dem maximalen Ausschluss des Einflusses äußerer Faktoren.

Abstraktion ist eine geistige Ablenkung von allen Eigenschaften, Verbindungen und Beziehungen des untersuchten Objekts, die als unbedeutend angesehen werden. Dies sind die Modelle eines Punktes, einer geraden Linie, eines Kreises, einer Ebene. Das Ergebnis des Abstraktionsprozesses wird als Abstraktion bezeichnet. Bei einigen Aufgaben können reale Objekte durch diese Abstraktionen ersetzt werden (die Erde kann als materieller Punkt betrachtet werden, wenn sie sich um die Sonne bewegt, aber nicht, wenn sie sich entlang ihrer Oberfläche bewegt).

Idealisierung ist der Vorgang des mentalen Hervorhebens einer wichtigen Eigenschaft oder Beziehung für eine bestimmte Theorie, des mentalen Konstruierens eines Objekts, das mit dieser Eigenschaft (Beziehung) ausgestattet ist. Folglich hat das ideale Objekt nur diese Eigenschaft (Relation). Die Wissenschaft hebt in der Realität allgemeine Muster hervor, die signifikant sind und sich in verschiedenen Fächern wiederholen, daher müssen wir uns von realen Objekten ablenken lassen. So entstehen Begriffe wie „Atom“, „Menge“, „absolut schwarzer Körper“, „ideales Gas“, „kontinuierliches Medium“. Die auf diese Weise erhaltenen idealen Objekte existieren nicht wirklich, da es in der Natur keine Objekte und Phänomene geben kann, die nur eine Eigenschaft oder Qualität haben. Bei der Anwendung der Theorie ist es notwendig, die erhaltenen und verwendeten idealen und abstrakten Modelle erneut mit der Realität zu vergleichen. Daher ist die Auswahl von Abstraktionen entsprechend ihrer Angemessenheit an die gegebene Theorie und ihr anschließender Ausschluss wichtig.

Unter den speziellen universellen Forschungsmethoden werden Analyse, Synthese, Vergleich, Klassifizierung, Analogie, Modellierung unterschieden.

Die Analyse ist eine der Anfangsphasen der Forschung, wenn man von einer ganzheitlichen Beschreibung eines Objekts zu seiner Struktur, Zusammensetzung, Merkmalen und Eigenschaften übergeht. Die Analyse ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, die auf dem Vorgang der gedanklichen oder realen Teilung eines Objekts in seine Bestandteile und deren getrenntem Studium beruht. Es ist unmöglich, die Essenz eines Objekts zu erkennen, indem man darin nur die Elemente hervorhebt, aus denen es besteht. Wenn die Einzelheiten des untersuchten Objekts durch Analyse untersucht werden, werden sie durch Synthese ergänzt.

Die Synthese ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, die auf der Kombination von durch Analyse identifizierten Elementen basiert. Die Synthese fungiert nicht als Methode zur Konstruktion des Ganzen, sondern als Methode zur Darstellung des Ganzen in Form des einzigen durch Analyse gewonnenen Wissens. Es zeigt den Platz und die Rolle jedes Elements im System, ihre Beziehung zu anderen Komponenten. Die Analyse fixiert hauptsächlich das Spezifische, das die Teile voneinander unterscheidet, die Synthese - verallgemeinert die analytisch identifizierten und untersuchten Merkmale des Objekts. Analyse und Synthese haben ihren Ursprung in der praktischen Tätigkeit des Menschen. Eine Person hat gelernt, nur auf der Grundlage praktischer Teilung mental zu analysieren und zu synthetisieren, und allmählich zu verstehen, was mit einem Objekt passiert, wenn sie praktische Handlungen damit ausführt. Analyse und Synthese sind Bestandteile der analytisch-synthetischen Erkenntnismethode.

Der Vergleich ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, mit der Sie die Ähnlichkeit und den Unterschied zwischen den untersuchten Objekten feststellen können. Der Vergleich liegt vielen naturwissenschaftlichen Messungen zugrunde, die ein wesentlicher Bestandteil jedes Experiments sind. Durch den Vergleich von Objekten erhält eine Person die Möglichkeit, sie richtig zu erkennen und dadurch richtig in der Welt um sie herum zu navigieren und sie gezielt zu beeinflussen. Der Vergleich ist wichtig, wenn Objekte verglichen werden, die wirklich homogen und im Wesentlichen ähnlich sind. Die Vergleichsmethode hebt die Unterschiede zwischen den untersuchten Objekten hervor und bildet die Grundlage jeglicher Messungen, dh die Grundlage experimenteller Studien.

Klassifikation ist eine Methode der wissenschaftlichen Erkenntnis, die in wesentlichen Merkmalen möglichst ähnliche Gegenstände zu einer Klasse zusammenfasst. Die Klassifikation ermöglicht es, das angesammelte vielfältige Material auf eine relativ kleine Anzahl von Klassen, Typen und Formen zu reduzieren und die ersten Analyseeinheiten aufzudecken, stabile Merkmale und Beziehungen zu entdecken. Klassifikationen werden in der Regel in Form von Texten in natürlichen Sprachen, Diagrammen und Tabellen ausgedrückt.

Die Analogie ist eine Erkenntnismethode, bei der das Wissen, das durch die Betrachtung eines Objekts gewonnen wird, auf ein anderes, weniger untersuchtes, aber in einigen wesentlichen Eigenschaften dem ersten ähnliches Objekt übertragen wird. Das Analogieverfahren basiert auf der Ähnlichkeit von Objekten gemäß einer Anzahl beliebiger Zeichen, und die Ähnlichkeit wird als Ergebnis des Vergleichs von Objekten miteinander festgestellt. Das Analogieverfahren basiert also auf dem Vergleichsverfahren.

Die Analogiemethode ist eng mit der Modellierungsmethode verwandt, bei der es sich um die Untersuchung beliebiger Objekte anhand von Modellen mit anschließender Übertragung der erhaltenen Daten auf das Original handelt. Diese Methode basiert auf der wesentlichen Ähnlichkeit des ursprünglichen Objekts und seines Modells. In der modernen Forschung werden verschiedene Arten der Modellierung verwendet: Subjekt, mental, symbolisch, Computer.

2. Strukturebenen der Materieorganisation und die Struktur der Naturwissenschaft

Die wichtigsten Eigenschaften der Materie sind strukturell und systematisch. Materie ist auf allen Skalen-Zeit-Ebenen auf eine bestimmte Weise strukturiert: von den Elementarteilchen bis zum Universum als Ganzes. Konsistenz bedeutet die Anordnung einer Reihe miteinander verbundener Elemente, die in Bezug auf andere Objekte oder äußere Bedingungen Integrität aufweisen. Somit ist das System durch interne Verbindungen gekennzeichnet, die stärker sind als Verbindungen mit der Umgebung.

Dies impliziert die Notwendigkeit, verschiedene Naturobjekte nicht nur zu systematisieren und zu klassifizieren, sondern auch die Verbindungen zwischen ihnen oder Wechselwirkungen zu untersuchen. Aus fundamentaler Sicht am interessantesten sind die sogenannten fundamentalen Wechselwirkungen, die der ganzen Vielfalt der sichtbaren und der Wissenschaft bekannten Wirkungskräfte eines Körpers auf einen anderen zugrunde liegen. Jeder von ihnen hat sein eigenes physikalisches Feld. Ihre Zahl ist gering (derzeit drei: gravitativ, elektroschwach und stark), und es besteht die Hoffnung, dass sie durch die Schaffung einer allgemeinen Theorie (Superunifikation) auf eine universelle Naturkraft reduziert werden können. Dieses globale Problem steht seit A. Einstein auf der Tagesordnung, dessen Genialität nicht ausreichte, um es zu lösen, obwohl er etwa 30 seiner letzten Lebensjahre damit verbrachte. Hoffnungen auf eine solche Möglichkeit sind damit verbunden, dass es bereits einen universellen Ansatz zur Beschreibung aller Arten fundamentaler Wechselwirkungen gibt, nämlich den Quantenfeld-Ansatz. Schematisch lässt sich jede Wechselwirkung zweier Teilchen (Körper) im Vakuum (d. h. ohne Übertragungsmedien) als Austausch dieser Teilchen durch Quanten des entsprechenden Feldes beschreiben, die von einem von ihnen emittiert und von dem anderen absorbiert werden. Gleichzeitig übertragen Feldquanten, die sich mit endlicher Geschwindigkeit (im Vakuum Lichtgeschwindigkeit) ausbreiten, Energie und Impuls, was von den sie aufnehmenden Teilchen als Kraftwirkung empfunden wird. Im Zusammenhang mit der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Feldquanten im Raum wurde der Begriff der „Nahbereichswechselwirkung“ etabliert. Das bedeutet, dass jede Aktion, jede Information nicht sofort von einem Körper zum anderen übertragen wird, sondern sequentiell von Punkt zu Punkt mit endlicher Geschwindigkeit. Die zuvor vorherrschende gegensätzliche Sichtweise - "Fernwirkung" - intuitiv, a priori davon ausgegangen, dass sich Informationen über die Position jedes Teilchens und seine Position sofort im gesamten Universum ausbreiten, hat den Test der Erfahrung nicht bestanden und ist jetzt nur noch vorhanden historischer Wert.

Teilchen haben eine Ruhemasse, Feldquanten haben sie nicht. Die Teilchen sind in dem einen oder anderen Raumgebiet lokalisiert, und die Felder sind darin verteilt. Aber gleichzeitig besitzen beide gleichzeitig sowohl die Eigenschaften von Wellen als auch die Eigenschaften von Teilchen (der sogenannte „Teilchen-Wellen-Dualismus“). Die Möglichkeit der Transformationen Materie - Feld - Materie in der Welt der Elementarteilchen spiegelt die innere Einheit der Materie wider.

Die Struktur der Naturwissenschaft. Die wichtigsten Struktureinheiten der Materie lassen sich nach ihren charakteristischen Größen aneinanderreihen. Hier ist es wichtig zu verstehen, dass wir nur über Größenordnungen sprechen, die die Ausdehnung eines typischen Vertreters im Raum und die Dauer typischer Prozesse darin charakterisieren. Trotz der generellen methodischen Einheit der Naturwissenschaften (siehe nächstes Modul) wird es notwendig, wenn sich die charakteristischen Dimensionen und Zeiten um kolossale Größenordnungen ändern, spezifische Forschungs- und Analysetechniken zu entwickeln. Auf einer erweiterten und sehr bedingten Basis (im Sinne der Lage der Grenzen) kann die Natur in drei "Etagen" (oder "Welten") unterteilt werden: Mikro-, Makro- und Mega-.

Die erste ist die Welt der Elementarteilchen, fundamentalen Felder und Systeme, die eine kleine Anzahl solcher Teilchen enthalten. Das sind die Wurzeln der Naturwissenschaft, und in ihnen konzentrieren sich die grundlegendsten Probleme des Universums. Die Makrowelt ist die uns vertraute Ebene von Objekten und Phänomenen um uns herum. Auch er wirkt riesig und äußerst vielfältig, obwohl er nur ein kleiner Teil der Natur ist. Schließlich besteht die Megawelt aus Objekten, deren Größe mit dem Universum vergleichbar ist, deren Dimensionen noch nicht einmal in der Größenordnung festgelegt wurden. Eine detailliertere und auch sehr bedingte Einteilung dieser Ebenen führte zur Entstehung der entsprechenden naturwissenschaftlichen Wissenschaften: Physik, Chemie, Biologie usw. Jede von ihnen enthält ungefähr hundert noch engere spezifische Disziplinen (z. B. Mechanik, Thermodynamik, organische Chemie, Zoologie, Botanik, Pflanzenphysiologie usw.). Es gibt auch interdisziplinäre Wissenschaftszweige, zum Beispiel ist die Synergetik (vom griechischen Wort gemeinsam, zusammenwirkend) eine Theorie der Selbstorganisation in offenen Nichtgleichgewichtssystemen, die alle Ebenen der Struktur der Materie abdeckt und die Natur als eine betrachtet komplexes selbstorganisierendes System.

Der Makrokosmos ist der direkten Beobachtung zugänglich, die Ereignisse darin sind uns vertraut, wir kontaktieren und interagieren in jedem Augenblick mit ihm. Es wird seit vielen Jahrtausenden vom Menschen untersucht und das Wissen darüber hat einen direkten praktischen Nutzen. Trotzdem gibt es viele ungelöste Geheimnisse der Natur, und die überwiegende Mehrheit der modernen Wissenschaftler arbeitet weiterhin auf diesem Gebiet der Wissenschaft.

Phänomene in Mikro- und Megawelten manifestieren sich praktisch nicht auf der alltäglichen Ebene, so dass viele Menschen sich ihrer Existenz nicht bewusst sind. Andere denken, dass sie im praktischen Sinne keine Bedeutung haben. Zum Teil ist diese Sichtweise nachvollziehbar, denn ohne ausgeklügelte Instrumente lässt sich ja nicht nur der Einfluss, sondern auch die Existenz von Elementarteilchen oder etwa schwarzen Löchern in den Tiefen des Universums nicht feststellen. Selbst qualitative Vorstellungen darüber lassen sich nicht aus der Alltagserfahrung in Analogie zu bekannten makroskopischen Ereignissen ableiten. Dennoch bestehen wir selbst als makroskopische Objekte zu 100% aus einer Menge von Elementarteilchen, die auf bestimmte Weise organisiert und miteinander verbunden sind, und sind Teil eines gigantischen Universums. Neue Erkenntnisse über Mikro- und Megawelten sind also nicht nur im kognitiven oder ideologischen Sinne wichtig, sondern führen auch zu einem tieferen und klareren Verständnis der Essenz der in der Makrowelt ablaufenden Prozesse.

3. Methodik und Methoden der Naturwissenschaft

Methodik - Dies ist ein System der wichtigsten Prinzipien und Methoden zur Organisation und Durchführung jeder Art von Aktivität sowie der Doktrin dieses Systems. Jede Art von Aktivität hat ihre eigene Methodik, die in expliziter oder impliziter Form existiert, in irgendeiner Form formuliert und festgelegt oder spontan und intuitiv angewendet wird. Prinzipien sind die wichtigsten Bestimmungen der Methodik, und Methoden sind eine Reihe spezifischer Techniken, mit denen diese oder jene Art von Aktivität ausgeführt wird (vom griechischen "methodos" - der Weg zu etwas).

Die Methodologie der Wissenschaft im Allgemeinen und alle wissenschaftlichen Methoden gehen davon aus Prinzip der Kausalität . Ihr Inhalt hat sich mit der Entwicklung der Wissenschaft geändert, aber die Schlüsselstellung, auf der der wissenschaftliche Ansatz basiert, bleibt unverändert: Alles, was in der Natur geschieht, hat seine eigenen Ursachen. Die globale Aufgabe der Wissenschaft besteht darin, alle wesentlichen Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge in der umgebenden Welt herauszufinden. Sie mögen nicht eindimensional, komplex, unbekannt sein, aber das negiert ihre Existenz nicht. Die Natur lässt keinen Raum für Willkür, für übernatürliches Eingreifen jenseitiger Mächte.

Es ist sehr wichtig zu verstehen, dass das Prinzip der Kausalität nicht nur für die „exakten“ Wissenschaften grundlegend ist, sondern auch für Geschichte, Soziologie, Jurisprudenz usw. Es ist in der Tat schwer vorstellbar, dass beispielsweise ein Ermittler eine Straftat untersucht und „Wunder“ in Form von Beweismitteln zulässt, die grundlos von einem Tatort auftauchen oder verschwinden, ein „übernatürlicher“ Instinkt, Geld zu einer Bank zu bringen, oder ein plötzlicher Kursrückgang bestimmter Aktien.

Der berühmte französische Philosoph, Physiker, Mathematiker und Physiologe des 17. Jahrhunderts, R. Descartes, formulierte den Methodenbegriff wie folgt: „Unter Methode verstehe ich präzise und einfache Regeln, deren strikte Befolgung ... ohne Vergeudung geistiger Kraft, aber allmählich und kontinuierlich zunehmendes Wissen, trägt dazu bei, dass der Geist wahres Wissen von allem erlangt, was ihm zur Verfügung steht. In unserer Zeit entspricht der Begriff „Algorithmus“ eher diesem Verständnis.

In der Regel gibt es mehrere Gruppen (Ebenen) Methoden der Erkenntnis , insbesondere in fast allen Klassifikationen gibt es:

 Allgemeine wissenschaftliche Methoden

 Private wissenschaftliche Methoden

 Spezielle Methoden

Nach anderen Kriterien können sie unterteilt werden in empirische, theoretische und Modellierungsmethoden .

Alle wiederum lassen sich weiter differenzieren. So gehören allgemeine wissenschaftliche empirische Methoden dazu Beobachtung, Experiment, Messung.

Die Beobachtung ist die einfachste von ihnen. In den Anfangsstadien der Entwicklung jeder Wissenschaft spielen Beobachtungen eine wichtige Rolle und bilden die empirische Grundlage der Wissenschaft. Sie ermöglicht es Ihnen, Objekte zu suchen, zu vergleichen, zu klassifizieren usw., aber mit der Entwicklung der Wissenschaft nimmt ihr Wert ab. Ein aufschlussreicheres Experiment ist die gezielte Einwirkung auf ein Objekt unter streng kontrollierten Bedingungen und die Untersuchung seines Verhaltens unter diesen Bedingungen.

Die Kunst des Experimentators besteht zunächst einmal gerade darin, solche Versuchsbedingungen zu schaffen, die es erlauben, die Situation vom Einfluss einer Vielzahl von Nebenfaktoren „zu befreien“ und den einen oder anderen bewusst zu steuern und gezielt zu beeinflussen Objekt und untersucht seine Reaktionen auf diese kontrollierten Einflüsse. Gleichzeitig ist oft nicht im Voraus bekannt, welche Faktoren wichtig und welche weniger wichtig sind, ob alle unkontrollierten Stöße ausgeschlossen sind und ob sie vergleichbare oder sogar größere Störungen verursachen als die Reaktion des Objekts auf einen kontrollierten Stoß. Schon in der Versuchsformulierung, die den Freiheitsgrad des Objekts und der darauf einwirkenden Faktoren einschränkt, besteht die große Gefahr, „das Baby mit Schaum aus der Badewanne zu werfen“.

Experimente können qualitativ oder quantitativ sein. Ersteres kann bei der Lösung grundlegender Fragen helfen: Gibt es einen solchen Effekt in der Natur? Nimmt die Geschwindigkeit des Prozesses zu oder ab, wenn der Druck zunimmt? Ist dieser Wert wirklich konstant, wenn sich die Bedingungen über einen weiten Bereich ändern (z. B. die Ladung eines Elektrons, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum usw.)? usw. Quantitative Experimente mit Messungen sind viel aussagekräftiger. So schrieb der berühmte englische Physiker W. Thomson (Lord Kelvin), nach dem die absolute Temperaturskala benannt ist, „alles ist nur so weit bekannt, wie es gemessen werden kann“. Messung ist der Prozess der Bestimmung der quantitativen Eigenschaften eines Objekts oder Prozesses, ausgedrückt in zuvor akzeptierten Maßeinheiten eines bestimmten Werts (z. B. in Metern, Sekunden, Gramm, Volt, Grad usw.).

Unter den allgemeinen wissenschaftstheoretischen Methoden lassen sich Abstraktion, Gedankenexperiment, Induktion, Deduktion usw. unterscheiden. Abstraktion besteht in der mentalen Vereinfachung des Objekts, indem einige seiner (in der gegebenen Problemstellung) unbedeutenden Merkmale ignoriert und mit mehreren (manchmal einem, zwei) bedeutsamsten ausgestattet werden, z. B. einem materiellen Punkt, einer Birke, ein instabiler Zustand. Im ersten Beispiel werden alle geometrischen und physikalischen Eigenschaften eines realen Körpers (Volumen, Form, Material und seine physikalischen Eigenschaften) ignoriert, mit Ausnahme der Masse, die gedanklich im Schwerpunkt konzentriert ist. Zweitens verstehen wir trotz der Tatsache, dass es auf der Welt keine zwei absolut identischen Birken gibt, immer noch klar, dass es sich um eine Baumart mit eigenen charakteristischen Merkmalen in Bezug auf Architektur, Form und Struktur der Blätter usw. handelt Als drittes Beispiel ist ein abstraktes System gemeint (ohne Rücksicht auf seine Struktur und Zusammensetzung), das unter dem Einfluss vernachlässigbar kleiner zufälliger Ursachen seinen durch einen bestimmten Satz von Parametern gekennzeichneten Anfangszustand verlassen und spontan in einen anderen übergehen kann eine andere Reihe von Eigenschaften. Natürlich gehen bei dieser Betrachtung viele Details verloren, die das reale Objekt charakterisieren, dafür erhalten wir aber ein einfaches Schema, das breite Verallgemeinerungen zulässt. In der Tat können wir es uns nicht zur Aufgabe machen, jede Birke auf der Erde zu untersuchen, obwohl sie sich alle in irgendeiner Weise voneinander unterscheiden.

Ein materieller Punkt in verschiedenen Aufgaben kann ein Molekül, ein Auto, der Mond, die Erde, die Sonne usw. bedeuten. Eine solche Abstraktion ist praktisch, um mechanische Bewegungen zu beschreiben, aber völlig unproduktiv, wenn man beispielsweise die physikalischen oder chemischen Eigenschaften eines realen Festkörpers analysiert. Viele äußerst nützliche Abstraktionen haben Jahrhunderte und Jahrtausende überdauert (Atom, geometrischer Punkt und gerade Linie), obwohl sie in verschiedenen Epochen mit unterschiedlichen Bedeutungen gefüllt wurden. Andere - (Kalorien, Weltäther) haben den Test der Zeit und Erfahrung nicht bestanden.

Eine andere Methode der theoretischen Analyse ist Gedankenexperiment . Sie wird mit idealisierten Objekten durchgeführt, die die wesentlichsten Eigenschaften realer widerspiegeln, und ermöglicht es in einigen Fällen, durch logische Schlussfolgerungen einige vorläufige Ergebnisse zu erhalten, die helfen, den Spielraum für weitere detaillierte Studien zu vereinfachen und einzuengen . Viele grundlegende Probleme der Naturwissenschaften wurden mit dieser Methode gelöst. So entdeckte Galileo das Trägheitsgesetz, indem er die Reibungskräfte während der Bewegung mental senkte und dann vollständig ausschloss, und Maxwell klärte die Essenz des wichtigsten Gesetzes zum Verständnis der Natur – des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik – auf, indem er mental einen hypothetischen „Dämon“ platzierte “ auf dem Weg fliegender Moleküle und sortiert sie nach Geschwindigkeit .

Induktion (von lateinisch inductio - Anleitung, Motivation, Anregung) ist eine Erkenntnismethode, die darin besteht, allgemeine Urteile, Regeln, Gesetze auf der Grundlage individueller Tatsachen zu gewinnen, abzuleiten. Jene. Induktion ist die Gedankenbewegung vom Besonderen zum Allgemeinen und Universellen. Genau genommen erhält man die meisten der allgemeinsten Naturgesetze durch Induktion, da Es ist völlig unrealistisch, absolut alle Objekte dieser Art gründlich zu studieren. Meist stellt sich nur die Frage, wie viele Spezialfälle betrachtet und dann berücksichtigt werden müssen, um auf dieser Basis eine überzeugende verallgemeinernde Aussage zu treffen. Skeptiker glauben, dass es unmöglich ist, auf diese Weise etwas zuverlässig zu beweisen, da weder tausend noch eine Million noch eine Milliarde Tatsachen, die eine allgemeine Schlussfolgerung bestätigen, garantieren, dass die tausendunderste oder millionenunderste Tatsache ihr nicht widersprechen wird.

Als Methode wird die entgegengesetzte Richtung der Gedankenbewegung - vom Allgemeinen zum Besonderen - bezeichnet Abzug (vom lat. Déduction - Ableitung). Erinnern Sie sich an die berühmte deduktive Methode des Detektivs Sherlock Holmes. Jene. Deduktion und Induktion sind komplementäre Methoden zur Konstruktion logischer Schlüsse.

Etwa im gleichen Verhältnis zueinander stehen die Methoden Analyse und Synthese , sowohl in empirischen als auch in theoretischen Studien verwendet. Analyse ist die mentale oder reale Aufteilung eines Objekts in seine Bestandteile und deren separates Studium. Erinnern Sie sich an eine gewöhnliche Poliklinik - eine Einrichtung zur Diagnose und Behandlung menschlicher Krankheiten und ihrer Struktur, vertreten durch die Büros eines Augenarztes, Neuropathologen, Kardiologen, Urologen usw. Angesichts der außergewöhnlichen Komplexität des menschlichen Körpers ist es viel einfacher, einem Arzt beizubringen, Krankheiten einzelner Organe oder Systeme zu erkennen und nicht den ganzen Organismus als Ganzes. In einigen Fällen führt dieser Ansatz zum gewünschten Ergebnis, in komplexeren Fällen nicht. Daher werden die Analysemethoden durch die Synthesemethode ergänzt, d.h. das Zusammenführen des gesamten Wissens über bestimmte Tatsachen zu einem einzigen kohärenten Ganzen.

Methoden wurden in den letzten Jahrzehnten intensiv weiterentwickelt Modellieren , die jüngere, aber weiter entwickelte Brüder der Methode sind Analogien . Der Schluss "analog" erfolgt durch Übertragung der an einem Objekt erhaltenen Ergebnisse auf ein anderes - "ähnlich". Der Grad dieser Ähnlichkeit wird durch verschiedene Kriterien bestimmt, die am systematischsten in der sogenannten "Theory of Similarity" eingeführt werden.

Die Modellierung wird normalerweise in mentale, physische und numerische (Computer) unterteilt. Die mentale Modellierung eines realen Objekts oder Prozesses durch ideale Objekte und Beziehungen ist die wichtigste Methode der Wissenschaft. Ohne ein mentales Modell ist es unmöglich, die Ergebnisse eines Experiments zu verstehen, zu interpretieren, ein mathematisches oder Computermodell eines Phänomens zu „entwerfen“ oder ein komplexes Experiment in vollem Umfang durchzuführen. Bekannt nicht nur für seine brillanten Ergebnisse in Physik, sondern auch für seine witzigen Bemerkungen, sagte der Akademiker A. Migdal einmal: „Wenn Mathematik die Kunst ist, Berechnungen zu vermeiden („reine“, nicht angewandte Mathematik, handelt es sich in der Regel nicht darum mit Berechnungen), dann ist Theoretische Physik die Kunst des Rechnens ohne Mathematik.“ Natürlich hat das Wort "rechnen" hier keine wörtliche Bedeutung - sorgfältige, genaue Berechnungen anstellen. Es impliziert die Kunst, das Ergebnis im Rahmen eines erfolgreichen, adäquaten Modells in Größenordnungen oder in Form eines Verhältnisses vorherzusagen: Erreicht ein Wert einen bestimmten Wert, dann wird der andere diesem oder dem gewünschten entsprechen Der Wert muss größer als ein bestimmter kritischer Wert sein oder in einem bestimmten Werteintervall liegen. In der Regel kann ein hochqualifizierter Wissenschaftler bei den meisten Aufgaben und realen Problemen zu solchen Schlussfolgerungen kommen, ohne Experimente durchzuführen, sondern einfach, indem er in seinem Kopf ein qualitatives Modell des Phänomens erstellt. Die Kunst liegt darin, das Modell realistisch und gleichzeitig einfach zu gestalten.

Die physikalische (Subjekt-)Modellierung wird in Fällen durchgeführt, in denen es unmöglich oder schwierig ist (aus technologischen oder finanziellen Gründen), ein Experiment am Originalobjekt durchzuführen. Um beispielsweise den schwer zu berechnenden Luftwiderstand eines Flugzeugs, Autos, Zuges oder den Wasserwiderstand eines Schiffes zu bestimmen, wird normalerweise in der Entwurfsphase ein verkleinertes Modell gebaut und in speziellen Windkanälen oder hydraulisch durchgeblasen Kanäle. In gewisser Weise kann jedes natürliche Experiment als physikalisches Modell einer komplexeren Situation betrachtet werden.

Die mathematische Modellierung ist die wichtigste Art der symbolischen Modellierung. (Sie enthalten auch eine Vielzahl von grafischen und topologischen Darstellungen, symbolische Aufzeichnungen der Struktur von Molekülen und chemischen Reaktionen und vieles mehr). Im Wesentlichen ist ein mathematisches Modell ein Gleichungssystem, das durch Anfangs- und Randbedingungen und andere Erfahrungsdaten ergänzt wird. Damit eine solche Modellierung effektiv ist, ist es notwendig, erstens ein mentales Modell zu erstellen, das dem untersuchten Phänomen angemessen ist und alle wesentlichen Aspekte des Phänomens widerspiegelt, und zweitens ein rein mathematisches Problem zu lösen, das oft einen hat sehr hohe Komplexität.

Schließlich sind Computersimulationsverfahren in den letzten Jahrzehnten sehr populär geworden. In der Regel handelt es sich dabei um numerische Verfahren, d.h. keine Lösung des Problems in allgemeiner Form geben, wie bei der mathematischen Modellierung. Dies bedeutet, dass jede spezifische numerische Version des gleichen Problems eine neue Berechnung erfordert.

Besondere und spezielle Methoden sind für Vertreter bestimmter wissenschaftlicher Disziplinen von Interesse und werden von uns nicht berücksichtigt.

Methodische Grundlagen der Naturwissenschaft. Gehen wir nun zu einer Diskussion der wichtigsten und allgemeinsten methodischen Prinzipien der Naturwissenschaft über. Prinzipien wissenschaftlicher Kreativität, Ideale, Kriterien und Normen der Wissenschaft . Die wichtigsten davon sind die folgenden:

1. Die materialistische Grundlage des Weltbildes, Objektivität, Überzeugung von der Erkennbarkeit der Natur durch rationale Methoden. Diese Anforderungen stehen wiederum in direktem Zusammenhang mit dem wichtigsten methodischen Konzept der Bedingtheit alles Geschehens in der Realität durch kausale Zusammenhänge.

2. Die Verwendung streng definierter Konzepte, Merkmale, Werte. Gleichzeitig muss man verstehen, dass es unmöglich ist, ein Objekt oder einen Prozess absolut streng zu definieren. Welchen Kugelschreiber verwenden Sie derzeit zum Unterstreichen von Text? Wo ist die Grenze zwischen ihr und der umgebenden Luft draußen und zwischen ihr und der Tinte drinnen auf dem Papier? Wie wird Text unterstrichen? Ist es der physikalische Prozess der Übertragung von Tinte auf Papier oder der chemische Prozess der Wechselwirkung von Tintenmolekülen mit Papiermolekülen oder der intellektuelle Prozess der Auswahl und Hervorhebung der wichtigsten Textfragmente? Offensichtlich hängt die Wahl von der Art der Aufgabe und der Bandbreite der erwarteten Ergebnisse ab. Hier lauern große Gefahren des Subjektivismus, da die Formulierung des Problems bereits eine begrenzte Menge möglicher Lösungen enthält.

3. Reproduzierbarkeit der Ergebnisse unter ähnlichen Bedingungen. Dieses Prinzip impliziert, dass, wenn die Bedingungen für die Beobachtung eines bestimmten Phänomens an einem anderen Ort (Labor, Produktion) oder am selben Ort nach einiger Zeit wiederhergestellt werden, sich das Phänomen oder der Prozess erneut wiederholt. Jene. die einzige Frage ist die Strenge der experimentellen Bedingungen, die Genauigkeit der Reproduktion aller Umstände. Wie bereits erwähnt, ist es unmöglich, etwas absolut genau zu reproduzieren und zu messen, aber Sie können das Hauptergebnis, indem Sie von unbedeutenden Details abstrahieren, beliebig oft wiederholen.

4. Die letzte Instanz im Kampf der Theorien, Ideen, Konzepte ist die Erfahrung (Experiment). Nur er ist der oberste Richter in der Frage, was die Wahrheit ist, und nicht die elegantesten, logischsten oder maßgeblichsten Urteile. Es ist nicht nötig, hier den Gegensatz von Theorie und Erfahrung zu sehen. Rein theoretisch wurden viele Objekte, Gesetze entdeckt (z. B. elektromagnetische Wellen, viele Elementarteilchen, astronomische Objekte usw.), aber alle diese Entdeckungen erhielten erst nach experimenteller Bestätigung den Status streng wissenschaftlicher Tatsachen. Ein solches Verständnis des Verhältnisses von Theorie und Praxis in den Naturwissenschaften entstand nicht sofort. Erst im frühen Mittelalter, im Kampf gegen scholastische Methoden, wurde die Forderung nach experimenteller Überprüfung jeglicher Schlussfolgerungen verstärkt, egal wie Autoritäten sie ausdrückten und logisch nicht harmonisch und tadellos erschienen. Dieses Prinzip wurde vielleicht am klarsten und prägnantesten von dem englischen Denker des 16.-17. Jahrhunderts, Francis Bacon, formuliert: „Das Kriterium der Wahrheit ist die Praxis“ in seinem Werk „The New Organon“ (1620), sozusagen geschrieben , in Fortführung und Weiterentwicklung des berühmten Werks von Aristoteles, genauer gesagt, einer Sammlung von logischen und methodologischen Werken „Organon“ (von lat. Instrument, Werkzeug) im 4. Jahrhundert v. In einer künstlerischeren Form kommt dasselbe Prinzip in dem berühmten Satz von J. Goethe zum Ausdruck: „Die Theorie, mein Freund, ist trocken, aber der Baum des Lebens ist grün.“

5. Im vorherigen Modul haben wir bereits über den Wunsch gesprochen, die umgebende Realität zu quantifizieren und zu beschreiben. In der modernen Naturwissenschaft spielen quantitative Methoden und mathematische Apparate eine große und immer größere Rolle. Die „Mathematisierung“ des Wissens über die Natur kann also als fast zwingende Voraussetzung angesehen werden.

6. Zu Beginn dieses Moduls wurde die Rolle der Modellierung als allgemeine wissenschaftliche Methode zur Erforschung der Natur diskutiert. In Verbindung mit dem Wunsch, die Naturwissenschaft zu „mathematisieren“, wird die Erstellung von Modellen der einen oder anderen Art in allen Stadien der Forschung praktisch obligatorisch, sei es das Nachdenken über eine Idee oder ein Gedankenexperiment, eine vollständige Versuchsanordnung und Erfahrung , Verarbeitung und Interpretation der gewonnenen Ergebnisse. Versucht man, diese Situation in einer lakonischen Form eines Aphorismus auszudrücken, kann man sagen: "Die moderne Naturwissenschaft ist eine Welt quantitativer Modelle." Ohne eine vernünftige, sorgfältige, qualifizierte Vereinfachung einer realen Situation, eines Prozesses, eines Objekts ist es unmöglich, effektive mathematische Ansätze zu machen.

7. Bereits im Mittelalter war es offensichtlich, dass das Lawinenwachstum verschiedener Fakten, Daten, Theorien ihre Systematisierung und Verallgemeinerung erfordert. Andernfalls wird der Informationsfluss die grundlegenden, zentralen Bestimmungen in einem Meer von Details überschwemmen und ertränken. Gleichzeitig müssen neue Konzepte, Objekte, Prinzipien, "Essenzen" mit größter Sorgfalt in die Wissenschaft eingeführt werden, wobei sorgfältig zu prüfen ist, ob sie auf bekannte reduziert werden, ob sie nur ihre Varianten sind. Dieser strenge Filter schützt die Wissenschaft vor ungerechtfertigtem Anschwellen, macht sie im weitesten Sinne „international“, transparent, für das Verständnis und die Beherrschung durch unterschiedliche Gesellschaftsschichten zugänglich. Die Gefahr des umgekehrten Ansatzes zeigte sich auch in den Anfängen der klassischen Naturwissenschaft, und in der damals inhärenten aphoristischen Form formulierte der englische Philosoph des 14. Jahrhunderts die Forderung nach Lakonismus, Allgemeinheit, Universalität. Occam: „Entitäten sollten nicht multipliziert werden, es sei denn, es ist absolut notwendig“ oder in einer lockereren Übersetzung „ erfinde keine unnötigen Entitäten ". Oft wird dieses wichtigste methodologische Prinzip der Wissenschaft als „ Ockhams Rasiermesser “, indem unnötige, unproduktive und künstlich eingeführte „Essenzen“ abgeschnitten werden, die die Wissenschaft überladen.

8. Die Notwendigkeit der Integration, der Verallgemeinerung des Wissens, seiner Reduzierung auf die kleinstmögliche Anzahl grundlegender Prinzipien ist ein Ideal, das Denker seit dem antiken Griechenland anstreben. Gleichzeitig wurde dies als höchste Ästhetik der Wissenschaft angesehen, die die Harmonie des Weltaufbaus widerspiegelte. „Die Reduktion von vielen auf eins ist das grundlegende Prinzip der Schönheit“, formulierte Pythagoras dieses Prinzip im 5. Jahrhundert v. Chr. so prägnant.

9. Da Wissenschaft kein Satz verknöcherter Regeln, Gesetze, Theorien ist, sondern ein sich dynamisch entwickelnder und sich ständig erneuernder lebendiger Organismus, stellt sich regelmäßig die Frage nach dem Verhältnis von etabliertem „altem“ Wissen und entstehendem „neuem“ Wissen. Wenn einerseits ein bestimmtes Gesetz, eine Theorie, eine Lehre durch zahlreiche Überprüfungen, Kontrollversuche und Anwendungen auf praktische Probleme den Status einer nicht hypothetischen, sondern einer zuverlässigen Wahrheit erhalten hat, sind sie bereits in den goldenen Fundus der Wissenschaft eingetreten. Wenn andererseits neue Daten oder Theorien aufgetaucht sind, die den alten widersprechen, aber verwandte Phänomene besser, vollständiger beschreiben oder solche, die im Rahmen der alten Ideen nicht erklärt werden konnten, sollten letztere den neuen weichen . Aber wie aufgeben? Sich einfach still und leise in die Archive der Wissenschaftsgeschichte zurückziehen, eine Nische freimachen oder in den Reihen bleiben, aber in anderer Funktion, in gewisser Weise mit neuen Ideen interagieren? Es ist schwer vorstellbar, dass beispielsweise eine so mächtige Theorie wie die klassische Mechanik von Sir I. Newton, die seit drei Jahrhunderten ihre Gültigkeit und Fruchtbarkeit beweist (sowohl in der Welt der Bewegung von Staubpartikeln, Kugeln, Dampfmaschinen, Schiffe und in der Welt der Planeten) wäre nach der Schaffung der Quantenmechanik falsch oder unnötig. Niels Bohr, ein brillanter dänischer Physiker, einer der Schöpfer der Quantenmechanik, der über dieses Problem nachdachte, formulierte 1918 den wichtigsten methodischen Ansatz: Konformitätsprinzip . Kurz gesagt, sie liegt darin, dass ein universellerer neuer Begriff, eine Theorie (wenn sie nicht spekulativ, sondern in der Realität wahr ist), die gut beherrschte und immer wieder erprobte alte Lehre nicht streichen, sondern als etwas Besonderes aufnehmen soll Fall (Abb. 3.3). In diesem Fall ist es meist einfach, die Bedingungen (Grenzen der Anwendbarkeit) zu formulieren, innerhalb derer die alte (meist einfachere Theorie) korrekte Ergebnisse liefert. Sie können natürlich auch aus einer allgemeineren, aber komplexeren neuen Theorie gewonnen werden, was jedoch aus Sicht der Arbeitskosten nicht gerechtfertigt ist. Nicht nur klassische und Quantenmechanik, sondern beispielsweise auch Thermodynamik von Gleichgewichtssystemen und Synergetik (die Theorie der Selbstorganisation in offenen Nichtgleichgewichtssystemen), klassischer Faraday-Maxwell-Elektromagnetismus und Quantenelektrodynamik, Bewegungsmechanik mit kleinen (im Vergleich zu Lichtgeschwindigkeit) Geschwindigkeiten und Einsteins spezielle Relativitätstheorie (Bewegungsmechanik bei nahezu Lichtgeschwindigkeit), Darwinismus und Genetik und viele andere Zweige der Naturwissenschaften. Dies schließt natürlich nicht das Absterben und Vergessen von Ideen, Konzepten, Theorien aus, die den Test des Experiments nicht bestanden haben (z. B. die Theorie der Kalorien, des Perpetuum Mobile usw.), aber in der überwiegenden Mehrheit der Fälle werden Widersprüche in der Wissenschaft nach dem Korrespondenzprinzip beseitigt.

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