Conceitos e métodos da ciência natural moderna. Assunto, objetivos da tarefa da ciência natural

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E. os métodos são baseados no princípio da unidade de aspectos empíricos e teóricos que são inter-relacionados e interdependentes. A ruptura ou o desenvolvimento predominante de um em detrimento do outro fecha o caminho para o conhecimento correto da natureza: a teoria torna-se inútil, a experiência torna-se cega.

E. métodos podem ser divididos em grupos: geral, especial, privado.

Métodos Gerais dizem respeito a todos os E., qualquer assunto da natureza, qualquer ciência. Estas são várias formas do método dialético, que permite unir todos os aspectos do processo de cognição, todas as suas etapas, por exemplo, o método de ascensão do abstrato ao concreto etc.

Aqueles sistemas de ciências naturais cuja estrutura corresponde ao processo histórico real de seu desenvolvimento (biologia e química) realmente seguem esse método. O método dialético em biologia, geografia, química é um método comparativo, com sua ajuda a conexão universal dos fenômenos é revelada. Daí - anatomia comparada, embriologia, fisiologia. Ele tem sido usado com sucesso em zoo-, fito- e geografia física. Em E., o método dialético também atua como histórico: na astronomia, todas as hipóteses cosmogônicas progressivas, estelares e planetárias, dependem dele; na geologia (como a base da geologia histórica), na biologia esse método está subjacente ao darwinismo. Às vezes, ambos os métodos são combinados em um único método histórico comparativo, que é mais profundo e significativo do que qualquer um deles tomado separadamente. O mesmo método em sua aplicação ao processo de cognição da natureza, especialmente à física, está associado ao princípio da correspondência e contribui para a construção da teoria física moderna.

Métodos Especiais também são usados em E., mas não dizem respeito ao seu assunto como um todo, mas apenas a um de seus aspectos (fenômenos, essência, lado quantitativo, conexões estruturais) ou a um determinado método de pesquisa: análise, síntese, indução, dedução. Observações, experimentos e, como seu caso particular, medidas servem como métodos especiais. Técnicas e métodos matemáticos são extremamente importantes como métodos especiais de pesquisa e expressão, aspectos quantitativos e estruturais e a relação de objetos e processos da natureza, bem como o método de estatística e teoria das probabilidades.

O papel dos métodos matemáticos na matemática está aumentando constantemente à medida que os computadores pessoais são usados cada vez mais amplamente. Há uma informatização acelerada do E. Moderno E. usa amplamente os métodos de modelagem de processos naturais e experimentos industriais.

Métodos Privados- estes são métodos especiais que operam dentro de um ramo separado da E., de onde se originaram.

No curso do progresso de E., os métodos podem passar de uma categoria inferior para uma superior: privado - transformar em especial, especial - em geral.

Os métodos da física usados em outros ramos da ciência levaram à criação da astrofísica, física dos cristais, geofísica, física química, química física e biofísica. a disseminação dos métodos químicos levou à criação da química dos cristais, geoquímica, bioquímica e biogeoquímica. Muitas vezes, um complexo de métodos particulares inter-relacionados é aplicado ao estudo de um assunto, por exemplo, a biologia molecular usa simultaneamente os métodos da física, matemática, química e cibernética.

O papel mais importante no desenvolvimento de E. pertence a hipóteses, que são a forma de desenvolvimento de E.

O processo de conhecimento científico em sua forma mais geral é a solução de vários tipos de problemas que surgem no decorrer das atividades práticas. A solução dos problemas que surgem neste caso é conseguida através do uso de técnicas especiais (métodos) que permitem passar do que já é conhecido para o novo conhecimento. Esse sistema de técnicas é geralmente chamado de método. O método é um conjunto de técnicas e operações de conhecimento prático e teórico da realidade.

A unidade de seus aspectos empíricos e teóricos fundamenta os métodos das ciências naturais. Eles estão interligados e condicionam um ao outro. Sua ruptura, ou o desenvolvimento predominante de um em detrimento do outro, fecha o caminho para o conhecimento correto da natureza - a teoria torna-se inútil, a experiência torna-se cega.

O lado empírico implica a necessidade de coletar fatos e informações (estabelecer os fatos, registrá-los, acumulá-los), bem como descrevê-los (exposição dos fatos e sua sistematização primária).

O lado teórico está associado à explicação, generalização, criação de novas teorias, hipóteses, descoberta de novas leis, previsão de novos fatos no âmbito dessas teorias. Com a ajuda deles, desenvolve-se uma imagem científica do mundo e, assim, cumpre-se a função ideológica da ciência.

Os métodos da ciência natural podem ser divididos em grupos:

a) métodos gerais

A respeito de todas as ciências naturais, qualquer assunto da natureza, qualquer ciência. Estas são várias formas de um método que permite unir todos os aspectos do processo de cognição, todas as suas etapas, por exemplo, o método de ascensão do abstrato ao concreto, a unidade do lógico e histórico. Estes são, antes, métodos filosóficos gerais de cognição.

b) métodos especiais

Métodos especiais que dizem respeito não ao assunto da ciência natural como um todo, mas apenas a um de seus aspectos ou a um determinado método de pesquisa: análise, síntese, indução, dedução;

Métodos especiais também incluem observação, medição, comparação e experimento.

Nas ciências naturais, os métodos especiais da ciência são de extrema importância, portanto, no âmbito de nosso curso, é necessário considerar sua essência com mais detalhes.

A observação é um processo estrito e proposital de percepção de objetos da realidade que não deve ser alterado. Historicamente, o método de observação se desenvolve como parte integrante da operação do trabalho, o que inclui estabelecer a conformidade do produto do trabalho com seu modelo planejado.

A observação como método pressupõe a presença de um programa de pesquisa, formado a partir de crenças passadas, fatos estabelecidos, conceitos aceitos. Medição e comparação são casos especiais do método de observação.

Experimento - um método de cognição, com a ajuda do qual os fenômenos da realidade são investigados sob condições controladas e controladas. Difere da observação pela intervenção no objeto em estudo, ou seja, pela atividade em relação a ele. Ao realizar um experimento, o pesquisador não se limita à observação passiva dos fenômenos, mas interfere conscientemente no curso natural de seu curso, influenciando diretamente o processo em estudo ou alterando as condições em que esse processo ocorre.

O desenvolvimento da ciência natural coloca o problema do rigor da observação e do experimento. O fato é que eles precisam de ferramentas e dispositivos especiais, que recentemente se tornaram tão complexos que eles mesmos começam a influenciar o objeto de observação e experimento, o que, de acordo com as condições, não deveria ser. Isso se aplica principalmente à pesquisa no campo da física do micromundo (mecânica quântica, eletrodinâmica quântica, etc.).

A analogia é um método de cognição em que há uma transferência de conhecimento obtido durante a consideração de um objeto qualquer para outro, menos estudado e atualmente em estudo. O método de analogia é baseado na semelhança de objetos em vários sinais, o que permite obter um conhecimento bastante confiável sobre o assunto em estudo.

O uso do método da analogia no conhecimento científico exige certa cautela. Aqui é extremamente importante identificar claramente as condições sob as quais ele funciona de forma mais eficaz. No entanto, nos casos em que é possível desenvolver um sistema de regras claramente formuladas para a transferência do conhecimento de um modelo para um protótipo, os resultados e conclusões pelo método da analogia tornam-se evidenciais.

A análise é um método de conhecimento científico, que se baseia no procedimento de desmembramento mental ou real de um objeto em suas partes constituintes. O desmembramento visa a transição do estudo do todo para o estudo de suas partes e é realizado abstraindo da conexão das partes entre si.

Métodos da ciência - um conjunto de técnicas e operações de conhecimento prático e teórico da realidade.

Os métodos de pesquisa otimizam a atividade humana, equipam-na com as formas mais racionais de organizar as atividades. A. P. Sadokhin, além de destacar os níveis de conhecimento na classificação dos métodos científicos, leva em consideração o critério de aplicabilidade do método e identifica os métodos gerais, especiais e particulares do conhecimento científico. Os métodos selecionados são frequentemente combinados e combinados no processo de pesquisa.

Por exemplo, métodos físicos e químicos são usados em astronomia, biologia e ecologia. Muitas vezes, os pesquisadores aplicam um conjunto de métodos particulares inter-relacionados ao estudo de um assunto. Por exemplo, a ecologia usa simultaneamente os métodos da física, matemática, química e biologia. Métodos particulares de cognição estão associados a métodos especiais. Métodos especiais examinam certas características do objeto em estudo. Eles podem se manifestar nos níveis empírico e teórico da cognição e ser universais.

Entre os métodos empíricos especiais de cognição, destacam-se a observação, a medição e o experimento.

A observação pressupõe a existência de um determinado plano de investigação, pressuposto sujeito a análise e verificação. As observações são usadas onde o experimento direto não pode ser feito (em vulcanologia, cosmologia). Os resultados da observação são registrados em uma descrição que indica aquelas características e propriedades do objeto em estudo que são objeto de estudo. A descrição deve ser o mais completa, precisa e objetiva possível. São as descrições dos resultados da observação que constituem a base empírica da ciência, com base nelas são criadas generalizações empíricas, sistematização e classificação.

A medição é a determinação de valores quantitativos (características) dos lados estudados ou propriedades de um objeto usando dispositivos técnicos especiais. As unidades de medida com as quais os dados obtidos são comparados desempenham um papel importante no estudo.

A síntese é um método de conhecimento científico, que se baseia no procedimento de combinar vários elementos de um objeto em um único todo, um sistema, sem o qual é impossível o conhecimento verdadeiramente científico desse assunto. A síntese atua não como um método de construção do todo, mas como um método de representação do todo na forma de uma unidade de conhecimento obtida por meio da análise. Em síntese, não ocorre apenas uma união, mas uma generalização das características analiticamente distinguidas e estudadas de um objeto. As disposições obtidas como resultado da síntese estão inseridas na teoria do objeto, que, enriquecida e refinada, determina os caminhos de uma nova busca científica.

A indução é um método de conhecimento científico, que é a formulação de uma conclusão lógica resumindo os dados da observação e do experimento.
A dedução é um método de conhecimento científico, que consiste na transição de certas premissas gerais para resultados-consequências particulares.
A solução de qualquer problema científico inclui o avanço de várias conjecturas, suposições e, na maioria das vezes, hipóteses mais ou menos fundamentadas, com a ajuda das quais o pesquisador tenta explicar fatos que não se encaixam nas antigas teorias. As hipóteses surgem em situações incertas, cuja explicação se torna relevante para a ciência. Além disso, no nível do conhecimento empírico (bem como no nível de sua explicação), muitas vezes há julgamentos conflitantes. Para resolver esses problemas, são necessárias hipóteses.

Uma hipótese é qualquer suposição, conjectura ou previsão apresentada para eliminar uma situação de incerteza na pesquisa científica. Portanto, uma hipótese não é um conhecimento confiável, mas um conhecimento provável, cuja verdade ou falsidade ainda não foi estabelecida.
Qualquer hipótese deve necessariamente ser fundamentada pelo conhecimento alcançado da ciência dada ou por novos fatos (o conhecimento incerto não é usado para fundamentar a hipótese). Deve ter a propriedade de explicar todos os fatos que dizem respeito a um determinado campo do conhecimento, sistematizando-os, assim como os fatos fora desse campo, prevendo o surgimento de novos fatos (por exemplo, a hipótese quântica de M. Planck, apresentada no início do século 20, levou à criação de uma mecânica quântica, eletrodinâmica quântica e outras teorias). Nesse caso, a hipótese não deve contradizer os fatos já existentes. A hipótese deve ser confirmada ou refutada.

c) métodos privados são métodos que operam apenas dentro de um ramo separado das ciências naturais, ou fora do ramo das ciências naturais onde se originaram. Este é o método de anilhagem das aves usado em zoologia. E os métodos da física usados em outros ramos da ciência natural levaram à criação da astrofísica, geofísica, física dos cristais, etc. Muitas vezes, um complexo de métodos particulares inter-relacionados é aplicado ao estudo de um assunto. Por exemplo, a biologia molecular usa simultaneamente os métodos da física, matemática, química e cibernética.

A modelagem é um método de conhecimento científico baseado no estudo de objetos reais através do estudo de modelos desses objetos, ou seja, estudando objetos substitutos de origem natural ou artificial mais acessíveis para pesquisa e (ou) intervenção e com propriedades de objetos reais.

As propriedades de qualquer modelo não devem, e de fato não podem corresponder exata e completamente a absolutamente todas as propriedades do objeto real correspondente em nenhuma situação. Nos modelos matemáticos, qualquer parâmetro adicional pode levar a uma complicação significativa da solução do sistema de equações correspondente, à necessidade de aplicar suposições adicionais, descartar termos pequenos, etc., na simulação numérica, o tempo de processamento do problema pelo computador aumenta desproporcionalmente, e o erro de cálculo aumenta.

A variedade de métodos do conhecimento científico cria dificuldades na sua aplicação e na compreensão do seu papel. Esses problemas são resolvidos por uma área especial de conhecimento - metodologia. A principal tarefa da metodologia é estudar a origem, essência, eficácia, desenvolvimento de métodos de cognição.

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Métodos das ciências naturais e sua classificação.

Com o advento da necessidade de conhecimento, surgiu a necessidade de analisar e avaliar vários métodos - ou seja, na metodologia.

Os métodos científicos específicos refletem as táticas de pesquisa, enquanto os métodos científicos gerais refletem a estratégia.

O método de cognição é uma forma de organizar meios, métodos de atividades teóricas e práticas.

O método é a principal ferramenta teórica para a obtenção e racionalização do conhecimento científico.

Tipos de métodos de ciências naturais:

- geral (relativo a qualquer ciência) - a unidade do lógico e histórico, a ascensão do abstrato ao concreto;

- especial (referente a apenas um lado do objeto em estudo) - análise, síntese, comparação, indução, dedução, etc.;

- privados, que atuam apenas em determinada área do conhecimento.

Métodos de ciências naturais:

observação - a fonte inicial de informação, um processo proposital de perceber objetos ou fenômenos, é usada onde é impossível montar um experimento direto, por exemplo, em cosmologia (casos especiais de observação - comparação e medição);

análise - baseada na divisão mental ou real de um objeto em partes, quando se passa de uma descrição integral de um objeto para sua estrutura, composição, características e propriedades;

síntese - baseada na combinação de vários elementos do assunto em um único todo e na generalização das características selecionadas e estudadas do objeto;

indução - consiste em formular uma conclusão lógica baseada em generalizações de dados experimentais e observacionais; o raciocínio lógico vai do particular ao geral, proporcionando melhor compreensão e transição para um nível mais geral de consideração do problema;

dedução - um método de cognição, que consiste na transição de algumas disposições gerais para resultados particulares;

hipótese - uma suposição formulada para resolver uma situação incerta, destina-se a explicar ou sistematizar alguns fatos relacionados a um determinado campo do conhecimento ou fora dele, mas ao mesmo tempo não contradiz os existentes. A hipótese deve ser confirmada ou refutada;

método de comparação - utilizado na comparação quantitativa das propriedades estudadas, parâmetros de objetos ou fenômenos;

experimento - determinação experimental dos parâmetros dos objetos ou objetos em estudo;

modelagem - criar um modelo de um objeto ou objeto de interesse do pesquisador e realizar um experimento nele, observando e depois sobrepondo os resultados obtidos ao objeto em estudo.

Os métodos gerais de cognição se relacionam com qualquer disciplina e permitem conectar todas as etapas do processo de cognição. Esses métodos são utilizados em qualquer campo de pesquisa e permitem identificar relações e características dos objetos em estudo. Na história da ciência, os pesquisadores se referem a esses métodos como métodos metafísicos e dialéticos. Métodos privados de conhecimento científico são métodos que são usados apenas em um determinado ramo da ciência. Vários métodos das ciências naturais (física, química, biologia, ecologia, etc.) são particulares em relação ao método dialético geral de cognição. Às vezes, métodos privados podem ser usados fora dos ramos da ciência natural em que se originaram. Por exemplo, métodos físicos e químicos são usados em astronomia, biologia e ecologia. Muitas vezes, os pesquisadores aplicam um conjunto de métodos particulares inter-relacionados ao estudo de um assunto. Por exemplo, a ecologia usa simultaneamente os métodos da física, matemática, química e biologia. Métodos particulares de cognição estão associados a métodos especiais. Métodos especiais examinam certas características do objeto em estudo. Eles podem se manifestar nos níveis empírico e teórico da cognição e ser universais.

A observação é um processo intencional de percepção de objetos da realidade, um reflexo sensual de objetos e fenômenos, durante o qual uma pessoa recebe informações primárias sobre o mundo ao seu redor. Portanto, o estudo geralmente começa com a observação e só então os pesquisadores passam para outros métodos. As observações não estão associadas a nenhuma teoria, mas o propósito da observação está sempre associado a alguma situação-problema. A observação pressupõe a existência de um determinado plano de investigação, pressuposto sujeito a análise e verificação. As observações são usadas onde o experimento direto não pode ser feito (em vulcanologia, cosmologia). Os resultados da observação são registrados em uma descrição que indica aquelas características e propriedades do objeto em estudo que são objeto de estudo. A descrição deve ser o mais completa, precisa e objetiva possível. São as descrições dos resultados da observação que constituem a base empírica da ciência, com base nelas são criadas generalizações empíricas, sistematização e classificação.

Um experimento é um método mais complexo de conhecimento empírico comparado à observação. É uma influência proposital e estritamente controlada de um pesquisador sobre um objeto ou fenômeno de interesse para estudar seus vários aspectos, conexões e relações. No curso de um estudo experimental, um cientista intervém no curso natural dos processos, transforma o objeto de estudo. A especificidade do experimento também é que ele permite que você veja o objeto ou processo em sua forma mais pura. Isso se deve à exclusão máxima da influência de fatores estranhos.

A abstração é uma distração mental de todas as propriedades, conexões e relações do objeto em estudo, que são consideradas insignificantes. Estes são os modelos de um ponto, uma linha reta, um círculo, um plano. O resultado do processo de abstração é chamado de abstração. Objetos reais em algumas tarefas podem ser substituídos por essas abstrações (a Terra pode ser considerada um ponto material ao se mover ao redor do Sol, mas não ao se mover ao longo de sua superfície).

A idealização é a operação de destacar mentalmente uma propriedade ou relação importante para uma determinada teoria, construindo mentalmente um objeto dotado dessa propriedade (relação). Como resultado, o objeto ideal tem apenas essa propriedade (relação). A ciência destaca na realidade padrões gerais que são significativos e se repetem em vários assuntos, por isso temos que ir para distrações de objetos reais. É assim que se formam conceitos como “átomo”, “conjunto”, “corpo absolutamente negro”, “gás ideal”, “meio contínuo”. Os objetos ideais assim obtidos não existem de fato, pois na natureza não podem existir objetos e fenômenos que tenham apenas uma propriedade ou qualidade. Ao aplicar a teoria, é necessário comparar novamente os modelos ideais e abstratos obtidos e utilizados com a realidade. Portanto, a escolha das abstrações de acordo com sua adequação à teoria dada e sua posterior exclusão são importantes.

Entre os métodos especiais de pesquisa universal, destacam-se análise, síntese, comparação, classificação, analogia, modelagem.

A análise é uma das etapas iniciais da pesquisa, quando se passa de uma descrição integral de um objeto para sua estrutura, composição, características e propriedades. A análise é um método de conhecimento científico, que se baseia no procedimento de divisão mental ou real de um objeto em suas partes constituintes e seu estudo separado. É impossível conhecer a essência de um objeto, apenas destacando nele os elementos que o compõem. Quando as particularidades do objeto em estudo são estudadas pela análise, ela é complementada pela síntese.

A síntese é um método de conhecimento científico, que se baseia na combinação de elementos identificados pela análise. A síntese não atua como um método de construção do todo, mas como um método de representação do todo na forma do único conhecimento obtido através da análise. Mostra o lugar e o papel de cada elemento no sistema, sua relação com outros componentes. A análise fixa principalmente o específico que distingue as partes umas das outras, a síntese - generaliza as características analiticamente identificadas e estudadas do objeto. A análise e a síntese se originam na atividade prática do homem. Uma pessoa aprendeu a analisar e sintetizar mentalmente apenas com base na divisão prática, compreendendo gradualmente o que acontece com um objeto ao realizar ações práticas com ele. Análise e síntese são componentes do método analítico-sintético de cognição.

A comparação é um método de conhecimento científico que permite estabelecer a semelhança e a diferença entre os objetos em estudo. A comparação é a base de muitas medições de ciências naturais que são parte integrante de qualquer experimento. Comparando objetos uns com os outros, uma pessoa tem a oportunidade de conhecê-los corretamente e, assim, orientar-se corretamente no mundo ao seu redor, influenciá-lo propositalmente. A comparação é importante quando se comparam objetos realmente homogêneos e semelhantes em essência. O método de comparação destaca as diferenças entre os objetos em estudo e constitui a base de quaisquer medições, ou seja, a base de estudos experimentais.

A classificação é um método de conhecimento científico que combina em uma classe objetos que são tão semelhantes quanto possível entre si em características essenciais. A classificação permite reduzir o material diverso acumulado a um número relativamente pequeno de classes, tipos e formas e revelar as unidades iniciais de análise, descobrir características e relações estáveis. Via de regra, as classificações são expressas na forma de textos em linguagens naturais, diagramas e tabelas.

A analogia é um método de cognição no qual a transferência do conhecimento obtido pela consideração de um objeto para outro, menos estudado, mas semelhante ao primeiro em algumas propriedades essenciais. O método de analogia é baseado na semelhança de objetos em vários sinais, e a semelhança é estabelecida como resultado da comparação de objetos entre si. Assim, o método de analogia é baseado no método de comparação.

O método de analogia está intimamente relacionado ao método de modelagem, que é o estudo de quaisquer objetos usando modelos com a posterior transferência dos dados obtidos para o original. Este método é baseado na similaridade essencial do objeto original e seu modelo. Na pesquisa moderna, vários tipos de modelagem são usados: sujeito, mental, simbólico, computador.

2. Níveis estruturais de organização da matéria e a estrutura da ciência natural

As propriedades mais importantes da matéria são estruturais e sistemáticas. A matéria é estruturada de uma certa maneira em todos os níveis de escala de tempo: das partículas elementares ao Universo como um todo. Consistência significa a ordenação de um conjunto de elementos interconectados que possuem integridade em relação a outros objetos ou condições externas. Assim, o sistema é caracterizado por conexões internas mais fortes do que conexões com o meio ambiente.

Isso implica a necessidade não só de sistematizar, classificar vários objetos da natureza, mas também de estudar as conexões entre eles, ou interações. As mais interessantes do ponto de vista fundamental são as chamadas interações fundamentais que estão subjacentes a toda a variedade de forças de ação visíveis e conhecidas da ciência de um corpo sobre outro. Cada um deles tem seu próprio campo físico. Seu número é pequeno (atualmente três: gravitacional, eletrofraco e forte), e há esperança de que como resultado da criação de uma teoria geral (superunificação) eles possam ser reduzidos a uma Força Universal da Natureza. Este problema global está na ordem do dia desde A. Einstein, cuja genialidade não foi suficiente para resolvê-lo, embora tenha dedicado cerca de 30 dos últimos anos de sua vida a isso. As esperanças para tal possibilidade estão ligadas ao fato de que já existe uma abordagem universal para a descrição de todos os tipos de interações fundamentais, a saber, a do campo quântico. Esquematicamente, qualquer interação de duas partículas (corpos) no vácuo (ou seja, sem nenhum meio transmissor) pode ser descrita como uma troca dessas partículas com quanta do campo correspondente emitido por uma delas e absorvido pela outra. Neste caso, os quanta do campo, propagando-se a uma velocidade finita (no vácuo à velocidade da luz), transferem energia e momento, que é sentido pelas partículas que os absorvem como a ação de uma força. Em conexão com a velocidade finita de propagação de quanta de campo no espaço, o conceito de "interação de curto alcance" foi estabelecido. Isso significa que qualquer ação, qualquer informação é transmitida de um corpo para outro não instantaneamente, mas sequencialmente de um ponto a outro com uma velocidade finita. O ponto de vista oposto que prevalecia antes - "ação de longo alcance" - intuitivamente, a priori assumindo que as informações sobre a posição de qualquer partícula e sua posição se espalham por todo o Universo instantaneamente, não resistiu ao teste da experiência e agora é apenas de valor histórico.

As partículas têm uma massa de repouso, enquanto os quanta de campo não a têm. As partículas estão localizadas em uma ou outra região do espaço, e os campos estão distribuídos nela. Mas, ao mesmo tempo, ambos possuem simultaneamente as propriedades das ondas e as propriedades das partículas (o chamado "dualismo partícula-onda"). A possibilidade de transformações matéria - campo - matéria no mundo das partículas elementares reflete a unidade interna da matéria.

A estrutura das ciências naturais. As unidades estruturais mais importantes da matéria podem ser alinhadas de acordo com seus tamanhos característicos. Aqui é importante entender que estamos falando apenas de ordens de grandeza que caracterizam a extensão de um representante típico no espaço e a duração de processos típicos nele. Apesar da unidade metodológica geral das ciências naturais (veja o próximo módulo), quando as dimensões características e os tempos mudam por um colossal número de ordens de grandeza, torna-se necessário desenvolver técnicas específicas de pesquisa e análise. Numa base ampliada e muito condicional (no sentido da posição das fronteiras), a natureza pode ser dividida em três "pisos" (ou "mundos"): micro-, macro- e mega-.

O primeiro é o mundo das partículas elementares, campos e sistemas fundamentais contendo um pequeno número de tais partículas. Essas são as raízes da ciência natural, e nelas concentram-se os problemas mais fundamentais do universo. O macromundo é o nível de objetos e fenômenos ao nosso redor que nos é familiar. Mesmo parece enorme e extremamente diversificado, embora seja apenas uma pequena parte da natureza. Finalmente, o megamundo é formado por objetos comparáveis em tamanho ao Universo, cujas dimensões ainda não foram estabelecidas nem mesmo em ordem de grandeza. Uma divisão mais detalhada e também muito condicional desses níveis levou ao surgimento das ciências correspondentes nas ciências naturais: física, química, biologia etc. Cada um deles contém cerca de cem disciplinas específicas ainda mais restritas (por exemplo, mecânica, termodinâmica, química orgânica, zoologia, botânica, fisiologia vegetal, etc.). Existem também ramos interdisciplinares da ciência, por exemplo, sinergética (do grego joint, agir em conjunto) é uma teoria de auto-organização em sistemas abertos de não equilíbrio, abrangendo todos os níveis da estrutura da matéria e considerando a natureza como um complexo sistema auto-organizado.

O macrocosmo é acessível à observação direta, os eventos nele nos são familiares, nós o contatamos e interagimos com ele a cada momento do tempo. Tem sido estudado pelo homem por muitos milênios e o conhecimento sobre ele tem uma utilidade prática direta. No entanto, existem muitos mistérios não resolvidos da natureza, e a grande maioria dos cientistas modernos continua trabalhando nessa área da ciência.

Fenômenos em micro e mega mundos praticamente não se manifestam no nível cotidiano, por isso muitas pessoas desconhecem sua existência. Outros pensam que, no sentido prático, não têm significado. Em parte, esse ponto de vista pode ser entendido, porque, de fato, não só a influência, mas também a própria existência de partículas elementares ou, digamos, buracos negros nas profundezas do Universo, não podem ser estabelecidas sem instrumentos sofisticados. Mesmo ideias qualitativas sobre eles não podem ser derivadas da experiência cotidiana, por analogia com eventos macroscópicos conhecidos. No entanto, nós mesmos, sendo objetos macroscópicos, somos 100% de um conjunto de partículas elementares organizadas e interligadas de certa forma, e fazemos parte de um Universo gigantesco. Assim, novos conhecimentos sobre micro e megamundos são importantes não apenas no sentido cognitivo ou ideológico, mas também levam a uma compreensão mais profunda e clara da essência dos processos que ocorrem no macromundo.

3. Metodologia e métodos das ciências naturais

Metodologia - este é um sistema dos mais importantes princípios e métodos de organização e implementação de qualquer tipo de atividade, bem como a doutrina desse sistema. Cada tipo de atividade tem uma metodologia própria, que existe de forma explícita ou implícita, formulada e fixada de qualquer forma ou aplicada de forma espontânea e intuitiva. Os princípios são as disposições fundamentais da metodologia, e os métodos são um conjunto de técnicas específicas pelas quais este ou aquele tipo de atividade é realizado (do grego "methods" - o caminho para algo).

A metodologia da ciência em geral e todos os métodos científicos procedem de princípio da causalidade . Seu conteúdo mudou com o desenvolvimento da ciência, mas a posição-chave em que se baseia a abordagem científica permanece inalterada: tudo o que não acontece na natureza é devido às suas próprias causas. A tarefa global da ciência é descobrir todas as relações significativas de causa e efeito no mundo circundante. Eles podem ser não unidimensionais, complexos, desconhecidos, mas isso não nega sua existência. A natureza não deixa lugar para o arbítrio, para a intervenção sobrenatural de forças sobrenaturais.

É muito importante compreender que o princípio da causalidade é fundamental não só para as ciências "exatas", mas também para a história, a sociologia, a jurisprudência, etc. De fato, é difícil imaginar, por exemplo, um investigador investigando um crime e permitindo "milagres" na forma de provas que aparecem ou desaparecem sem motivo de uma cena de crime, um instinto "sobrenatural" de levar dinheiro a um banco, ou uma queda repentina no preço de certas ações.

O famoso filósofo, físico, matemático e fisiologista francês do século XVII, R. Descartes, formulou o conceito de método da seguinte forma: mas o aumento gradual e contínuo do conhecimento contribui para que a mente alcance o verdadeiro conhecimento de tudo o que está disponível para ela. Em nosso tempo, o termo "algoritmo" corresponde a esse entendimento.

Normalmente existem vários grupos (níveis) métodos de conhecimento , em particular, em quase todas as classificações existem:

 Métodos científicos gerais

 Métodos científicos privados

 Métodos especiais

De acordo com outros critérios, eles podem ser divididos em métodos empíricos, teóricos e de modelagem .

Por sua vez, todos eles podem ser diferenciados ainda mais. Assim, os métodos empíricos científicos gerais incluem observação, experimento, medição.

A observação é a mais simples delas. Nos estágios iniciais do desenvolvimento de qualquer ciência, as observações desempenham um papel importante e formam a base empírica da ciência. Permite pesquisar, comparar, classificar objetos, etc., porém, à medida que a ciência se desenvolve, seu valor diminui. Um experimento mais informativo é o impacto proposital em um objeto sob condições estritamente controladas e o estudo de seu comportamento nessas condições.

A arte do experimentador, antes de tudo, é precisamente criar tais condições experimentais que permitem “limpar” a situação da influência de um grande número de fatores colaterais e deixar um ou dois que você pode controlar conscientemente e influenciar propositalmente o objeto, estudando suas respostas a essas influências controladas. Ao mesmo tempo, muitas vezes não se sabe antecipadamente quais fatores são importantes e quais são menos importantes, se todos os impactos não controlados são excluídos e se eles criam uma interferência comparável ou até maior do que a resposta do objeto a um impacto controlado. Na própria formulação do experimento, que limita o grau de liberdade do objeto e o conjunto de fatores que atuam sobre ele, há um grande perigo de “tirar o bebê do banho com espuma”.

Os experimentos podem ser qualitativos ou quantitativos. A primeira pode ajudar a resolver questões fundamentais: tal efeito existe na natureza? A velocidade do processo aumenta ou diminui à medida que a pressão aumenta? Esse valor é realmente constante quando as condições mudam em uma ampla faixa (por exemplo, a carga de um elétron, a velocidade da luz no vácuo, etc.)? etc. Experimentos quantitativos envolvendo medições são muito mais informativos. Assim, o famoso físico inglês W. Thomson (Lord Kelvin), que dá nome à escala de temperaturas absolutas, escreveu que "tudo é conhecido apenas na medida em que pode ser medido". Medição é o processo de determinar as características quantitativas de um objeto ou processo, expressas em unidades de medida previamente aceitas de um determinado valor (por exemplo, em metros, segundos, gramas, Volts, graus, etc.).

Abstração, experimento mental, indução, dedução, etc. podem ser distinguidos entre os métodos teóricos científicos gerais. abstração consiste na simplificação mental do objeto ignorando alguns de seus aspectos insignificantes (na formulação dada do problema) e dotando-o de vários (às vezes um, dois) mais significativos, por exemplo, um ponto material, uma bétula, um estado instável. No primeiro exemplo, todas as características geométricas e físicas de um corpo real (volume, forma, material e suas propriedades físicas) são ignoradas, exceto a massa, que está mentalmente concentrada no centro de massa. No segundo, apesar de não existirem duas bétulas absolutamente idênticas no mundo, ainda entendemos claramente que estamos falando de um tipo de árvore com características próprias de arquitetura, forma e estrutura de folhas, etc., em No terceiro exemplo, entende-se algum sistema abstrato (sem considerar sua estrutura e composição), que, sob a influência de causas aleatórias desprezíveis, pode deixar seu estado inicial, caracterizado por um certo conjunto de parâmetros, e passar espontaneamente para outro, com um conjunto diferente de características. É claro que nesta consideração perdemos muitos detalhes que caracterizam o objeto real, mas em troca obtemos um esquema simples que permite amplas generalizações. De fato, não podemos nos propor a tarefa de estudar todas as bétulas da Terra, embora todas sejam diferentes umas das outras de alguma forma.

Um ponto material em diferentes tarefas pode significar uma molécula, um carro, a Lua, a Terra, o Sol, etc. Tal abstração é conveniente para descrever o movimento mecânico, mas é completamente improdutiva ao analisar, digamos, as propriedades físicas ou químicas de um corpo sólido real. Muitas abstrações extremamente úteis sobreviveram séculos e milênios (átomo, ponto geométrico e linha reta), embora tenham sido preenchidas com significados diferentes em diferentes épocas. Outros - (calórico, éter mundial) não resistiram ao teste do tempo e da experiência.

Outro método de análise teórica é experimento mental . É realizado com objetos idealizados, refletindo as propriedades mais essenciais dos reais, e em vários casos permite, por meio de deduções lógicas, obter alguns resultados preliminares que ajudam a simplificar e estreitar o escopo para maiores detalhes. estudos. Muitos problemas fundamentais na ciência natural foram resolvidos por este método. Assim, Galileu descobriu a lei da inércia, abaixando mentalmente e depois excluindo completamente as forças de atrito durante o movimento, e Maxwell esclareceu a essência da lei mais importante para entender a natureza - a segunda lei da termodinâmica - colocando mentalmente um hipotético “demônio ” no caminho de moléculas voadoras, classificando-as por velocidade.

Indução (do latim inductio - orientação, motivação, excitação) é um método de cognição, que consiste em obter, derivar julgamentos gerais, regras, leis com base em fatos individuais. Aqueles. a indução é o movimento do pensamento do particular para o geral e mais universal. Estritamente falando, a maioria das leis mais gerais da natureza são obtidas por indução, uma vez que é completamente irrealista estudar minuciosamente absolutamente todos os objetos desse tipo. Normalmente, a questão é apenas quantos casos especiais precisam ser considerados e, em seguida, levados em consideração para tirar uma conclusão generalizante convincente com base nisso. Os céticos acreditam que é impossível provar qualquer coisa com segurança dessa maneira, pois nem mil, nem um milhão, nem um bilhão de fatos que confirmam uma conclusão geral garantem que o mil e primeiro ou o milhão e primeiro fato não a contradize.

O método oposto na direção do movimento do pensamento - do geral para o particular - é chamado dedução (do latim deductio - derivação). Lembre-se do famoso método dedutivo do detetive Sherlock Holmes. Aqueles. dedução e indução são métodos complementares para construir inferências lógicas.

Aproximadamente na mesma proporção entre si estão os métodos análise e síntese , usado em estudos empíricos e teóricos. A análise é a divisão mental ou real de um objeto em suas partes componentes e o estudo delas separadamente. Lembre-se de uma policlínica comum - uma instituição para diagnóstico e tratamento de doenças humanas e sua estrutura, representada pelos consultórios de um oculista, neuropatologista, cardiologista, urologista etc. Em vista da excepcional complexidade do corpo humano, é muito mais fácil ensinar um médico a reconhecer doenças de órgãos ou sistemas individuais, e não de todo o organismo como um todo. Em alguns casos, esta abordagem dá o resultado desejado, em casos mais complexos não. Portanto, os métodos de análise são complementados pelo método de síntese, ou seja, reunir todo o conhecimento sobre fatos particulares em um único todo coerente.

Ao longo das últimas décadas, os métodos têm sido intensamente desenvolvidos modelagem , que são irmãos mais novos, porém mais desenvolvidos do método analogias . A conclusão "por analogia" é realizada transferindo os resultados obtidos em um objeto para outro - "semelhante". O grau dessa semelhança é determinado por vários critérios, mais sistematicamente introduzidos na chamada "Teoria da Semelhança".

A modelagem é geralmente dividida em mental, física e numérica (computador). A modelagem mental de um objeto ou processo real por meio de objetos e relacionamentos ideais é o método mais importante da ciência. Sem um modelo mental, é impossível entender, interpretar os resultados de um experimento, “projetar” um modelo matemático ou computacional de um fenômeno ou montar um experimento complexo em escala real. Conhecido não apenas por seus brilhantes resultados em física, mas também por seus comentários espirituosos, o acadêmico A. Migdal disse certa vez: “Se a matemática é a arte de evitar cálculos (“pura”, a matemática não aplicada, via de regra, não trata com cálculos), então a física teórica é a arte de calcular sem matemática”. Claro, aqui a palavra "calcular" não tem um significado literal - fazendo cálculos cuidadosos e precisos. Implica a arte de prever o resultado dentro da estrutura de um modelo bem-sucedido e adequado em ordem de grandeza, ou na forma de uma razão: se um valor atinge um determinado valor, então o outro será igual a esse, ou o valor desejado. valor deve ser maior que algum valor crítico, ou estar em um certo intervalo de valores. Via de regra, na maioria das tarefas e problemas reais, um cientista altamente qualificado pode chegar a tais conclusões sem realizar nenhum experimento, mas simplesmente construindo em sua mente algum modelo qualitativo do fenômeno. A arte está em tornar o modelo realista e ao mesmo tempo simples.

A modelagem física (sujeito) é realizada nos casos em que é impossível ou difícil (por razões tecnológicas ou financeiras) realizar um experimento no objeto original. Por exemplo, para determinar o arrasto aerodinâmico difícil de calcular de uma aeronave, carro, trem ou arrasto hidrodinâmico de um navio, um modelo de tamanho reduzido é geralmente construído na fase de projeto e soprado através dele em túneis de vento especiais ou sistemas hidráulicos. canais. Em certo sentido, qualquer experimento natural pode ser considerado como um modelo físico de alguma situação mais complexa.

A modelagem matemática é o tipo mais importante de modelagem simbólica. (Eles também incluem uma variedade de representações gráficas e topológicas, registros simbólicos da estrutura de moléculas e reações químicas e muito mais). Em essência, um modelo matemático é um sistema de equações suplementado com condições iniciais e de contorno e outros dados obtidos da experiência. Para que tal modelagem seja efetiva, é necessário, em primeiro lugar, compor um modelo mental adequado ao fenômeno em estudo, refletindo todos os aspectos essenciais do fenômeno, e em segundo lugar, resolver um problema puramente matemático, que muitas vezes tem um nível de complexidade muito alto.

Finalmente, nas últimas décadas, os métodos de simulação por computador tornaram-se muito populares. Normalmente, estes são métodos numéricos, ou seja, não dar uma solução para o problema de uma forma geral, como na modelagem matemática. Isso significa que cada versão numérica específica do mesmo problema requer um novo cálculo.

Métodos particulares e especiais são de interesse para representantes de disciplinas científicas específicas, e não os consideraremos.

Fundamentos metodológicos das ciências naturais. Passemos agora a uma discussão dos princípios metodológicos mais importantes e gerais para as ciências naturais. princípios da criatividade científica, ideais, critérios e normas da ciência . Os mais importantes deles são os seguintes:

1. A base materialista da visão de mundo, objetividade, convicção na cognoscibilidade da natureza por métodos racionais. Por sua vez, esses requisitos estão diretamente relacionados ao conceito metodológico mais importante da condicionalidade de tudo o que acontece na realidade por relações causais.

2. O uso de conceitos, características, valores estritamente definidos. Ao mesmo tempo, é necessário entender que é impossível definir absolutamente estritamente qualquer objeto ou processo. Qual é a caneta esferográfica que você está usando atualmente para sublinhar o texto? Onde está a fronteira entre ela e o ar circundante lá fora e entre ela e a tinta dentro do papel? Qual é o processo de sublinhar o texto? É o processo físico de transferência da tinta para o papel, ou o processo químico da interação das moléculas de tinta com as moléculas do papel, ou o processo intelectual de selecionar e destacar os fragmentos de texto mais significativos? Obviamente, a escolha depende da natureza da tarefa e da gama de resultados esperados. Há grandes perigos de subjetivismo aqui, pois a própria formulação do problema já contém um conjunto limitado de soluções possíveis.

3. Reprodutibilidade dos resultados em condições semelhantes. Este princípio implica que se as condições para observar um determinado fenômeno forem recriadas em outro local (laboratório, produção) ou no mesmo local, mas depois de algum tempo, o fenômeno ou processo se repetirá novamente. Aqueles. a única questão é a gravidade das condições experimentais, a precisão da reprodução de todas as circunstâncias. Como já mencionado, é impossível reproduzir e medir qualquer coisa absolutamente exata, mas abstraindo de detalhes insignificantes, você pode repetir o resultado principal e fundamental quantas vezes quiser.

4. A última instância na luta de teorias, idéias, conceitos é a experiência (experiência). Somente ele é o juiz supremo na questão do que é a Verdade, e não os julgamentos mais elegantes, lógicos ou autoritários. Não é necessário ver aqui a oposição entre teoria e experiência. Puramente teoricamente, muitos objetos, leis foram descobertos (por exemplo, ondas eletromagnéticas, muitas partículas elementares, objetos astronômicos, etc.), mas todas essas descobertas receberam o status de fatos científicos estritos somente após confirmação experimental. Tal compreensão da relação entre o papel da teoria e da prática nas ciências naturais não surgiu imediatamente. Somente no início da Idade Média, na luta contra os métodos escolásticos, a exigência de verificação experimental de quaisquer conclusões foi reforçada, por mais autoridades que expressassem e não parecessem logicamente harmoniosas e irrepreensíveis. Este princípio foi formulado de forma mais clara e concisa, talvez, pelo pensador inglês dos séculos XVI-XVII, Francis Bacon: “O critério da verdade é a prática” em sua obra “O Novo Organon” (1620), escrita, por assim dizer, , em continuação e desenvolvimento da famosa obra de Aristóteles , mais precisamente, uma coleção de obras lógicas e metodológicas "Organon" (do latim instrumento, ferramenta) no século IV aC. De uma forma mais artística, o mesmo princípio é expresso na famosa frase de I. Goethe: "A teoria, meu amigo, é seca, mas a árvore da vida é verde".

5. No módulo anterior já falámos sobre a vontade de quantificar e descrever a realidade envolvente. Na ciência natural moderna, os métodos quantitativos e os aparatos matemáticos desempenham um papel cada vez maior. Assim, a "matematização" do conhecimento sobre a natureza pode ser considerada um requisito quase obrigatório.

6. No início deste módulo, foi discutido o papel da modelagem como método científico geral de estudo da Natureza. Em conexão com o desejo de “matematizar” a ciência natural, a criação de modelos de um tipo ou de outro torna-se praticamente obrigatória em todas as etapas da pesquisa, seja pensando em uma ideia ou um experimento mental, uma configuração experimental e experiência em grande escala. , processando e interpretando os resultados obtidos. Tentando expressar essa situação na forma lacônica de um aforismo, podemos dizer: "A ciência natural moderna é um mundo de modelos quantitativos". Sem uma simplificação razoável, cuidadosa e qualificada de uma situação real, processo, objeto, é impossível fazer qualquer abordagem matemática eficaz.

7. Já na Idade Média, era evidente que o crescimento avalanche de diversos fatos, dados, teorias requer sua sistematização e generalização. Caso contrário, o fluxo de informações sobrecarregará e afogará as disposições fundamentais e fundamentais em um mar de detalhes. Ao mesmo tempo, novos conceitos, objetos, princípios, "essências" devem ser introduzidos na ciência com o maior cuidado, verificando cuidadosamente se são reduzidos a conhecidos, se são apenas suas variedades. Esse filtro estrito protege a ciência do inchaço injustificado, torna-a em sentido amplo "internacional", transparente, acessível para compreensão e domínio por diferentes setores da sociedade. O perigo da abordagem oposta também se tornou aparente no alvorecer da ciência natural clássica e, na forma aforística inerente à época, a exigência de laconismo, generalidade, universalidade foi formulada pelo filósofo inglês do século XIV. Occam: "Entidades não devem ser multiplicadas a menos que seja absolutamente necessário" ou em uma tradução mais solta " não invente entidades desnecessárias ". Muitas vezes, esse princípio metodológico mais importante da ciência é chamado de " navalha de Occam ", cortando "essências" desnecessárias, improdutivas e artificialmente introduzidas que desordenam a ciência.

8. A necessidade de integração, universalização dos saberes, reduzindo-os ao menor número possível de princípios fundamentais é um ideal que os pensadores lutam desde a Grécia Antiga. Ao mesmo tempo, isso era visto como a mais alta estética da ciência, refletindo a harmonia da estrutura do mundo. “A redução de muitos a um é o princípio fundamental da beleza”, Pitágoras formulou esse princípio tão sucintamente no século V aC.

9. Uma vez que a ciência não é um conjunto de regras, leis, teorias ossificadas, mas um organismo vivo em constante desenvolvimento e renovação contínua, surge regularmente a questão sobre a relação entre o conhecimento “antigo” estabelecido e o conhecimento “novo” emergente. Por um lado, se uma certa lei, teoria, doutrina, por meio de inúmeras verificações, experimentos de controle, aplicações a problemas práticos, recebeu o status de não uma hipótese, mas uma verdade confiável, já entrou no fundo dourado da ciência. Por outro lado, se surgiram novos dados ou teorias que contradizem os antigos, mas descrevem melhor os fenômenos relacionados, de forma mais completa, ou aqueles que não podem ser explicados no quadro das velhas ideias, estas devem dar lugar às novas. . Mas como ceder? Apenas retirar-se silenciosamente para os arquivos da história da ciência, liberando um nicho, ou permanecer nas fileiras, mas em uma capacidade diferente, interagindo de certa forma com novas ideias? É difícil imaginar que, digamos, uma teoria tão poderosa como a mecânica clássica de Sir I. Newton, que vem provando sua validade e fecundidade há três séculos (tanto no mundo do movimento de partículas de poeira, bolas, máquinas a vapor, naves e no mundo dos planetas) se tornariam errôneos ou desnecessários após a criação da mecânica quântica. Niels Bohr, um brilhante físico dinamarquês, um dos criadores da mecânica quântica, pensando sobre esse problema, formulou em 1918 a abordagem metodológica mais importante: princípio de conformidade . Em suma, reside no fato de que um novo conceito mais universal, uma teoria (se não for especulativa, mas verdadeira na realidade), não deve riscar o velho ensinamento bem dominado e repetidamente testado, mas absorvê-lo como um caso (Fig. 3.3). Nesse caso, geralmente é fácil formular as condições (limites de aplicabilidade) dentro das quais a teoria antiga (geralmente mais simples) dará resultados corretos. Claro, eles também podem ser obtidos a partir de uma nova teoria mais geral, mas mais complexa, mas isso não se justifica do ponto de vista dos custos trabalhistas. Não apenas mecânica clássica e quântica, mas também, por exemplo, termodinâmica de sistemas de equilíbrio e sinergética (a teoria da auto-organização em sistemas abertos de não equilíbrio), eletromagnetismo clássico de Faraday-Maxwell e eletrodinâmica quântica, mecânica do movimento com pequenas a velocidade da luz) e a teoria da relatividade especial de Einstein (mecânica do movimento em velocidades próximas da luz), darwinismo e genética e muitos outros ramos da ciência natural. Isso, é claro, não exclui o definhamento e o esquecimento de ideias, conceitos, teorias que não passaram no teste da experiência (por exemplo, a teoria do calórico, movimento perpétuo etc.), mas na esmagadora maioria dos casos , as contradições na ciência são removidas de acordo com o princípio da correspondência.

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