Реферат: Объективность науки и человеческая субъективность, или в чём состоит человеческое измерение науки
В истории науки можно выделить период, когда идеал науки, приближающейся к абсолютной истине и полностью свободный от человеческой субъективности, был наиболее близок к осуществлению. Речь идёт о XIX веке, Веке Науки. Такое стало возможно благодаря эволюции понятия «точного научного знания», берущего начало ещё в XVII в. В то время понятие абсолютно точного знания опиралось на авторитет источника этого знания (вспомним Библию). Далее, в процессе своей эволюции, всё более тесно переплетаясь с понятиями наиболее вероятного и морально достоверного знания. Исчисления же вероятности и достоверности знания связывались с некоей точкой отсчёта, представляемой здравым смыслом. Причём под здравым смыслом подразумевалось мнение ограниченной группы наиболее просвещённых умов современности. К началу XIX века вера в индивидуальный и даже коллективный здравый смысл стала таять, знания требовали всё более точных доказательств. Благодаря наследованию идей Просвещения, само понятие «рациональное» всё более переплеталось с понятием «научное». Любое рассуждение, не прошедшее проверку наукой, отбрасывалось как иррациональное [5] .
Начало XIX века характеризуется также укреплением позиций механики как универсальной и всеобъемлющей науки. Способствовало этому то, что на тот момент механика была единственной математизированной областью естествознания. Развивая эту ветвь научной эволюции, Лагранж ставит целью своей научной работы свести теорию механики и методы решения связанных с нею задач к общим формулам, простое развитие которых даёт все уравнения, необходимые для решения каждой задачи, результаты которой публикует в двухтомнике «Аналитическая механика». В этой работе он сводит механику к области математического анализа, который содержал в то время наиболее разработанную систему мат. доказательств, тем самым, автоматизировав её и сведя к минимуму человеческую изобретательность при решении связанных с механикой задач. Такой путь должен был привести к идеальной рационализации науки, основные положения которой имеют строгие доказательства, а использование не требует усилий. Моделируемые наглядным образом силы заменялись математически корректными абстракциями, однако наглядность такого подхода была крайне низка, что вызывало конкуренцию формалистического и аналитического подходов описания механики.
Окончательно это разделение сформировалось к первой четверти XIX века. В формалистическом случае строилась редукция физического явления в системе Лапласовских молекул (молекулярная механика), в аналитическом же, вопросы механики «переводились» в вопросы мат. анализа, что уже не подразумевало знания конкретного механизма физического взаимодействия. Последнее и послужило решающим аргументом в пользу победы именно аналитической механики к середине XIX в. – ведь она позволяла уже сейчас решать вопросы взаимодействий, принцип которых на данный момент не ясен и скоро ясным не станет. Как пример, можно привести вопросы принципа сохранения энергии или принципа теплообмена. Механизмы сих явлений были совершенно не ясны, однако они имели экспериментальное подтверждение и хорошо описывались уравнениями аналитической механики (при условии сведения всех видов энергий к энергии механического типа). Фундаментальное значение принципа было немедленно оценено. Планк тут же предложил его как фундаментальный принцип при изучении электрических и магнитных явлений – новой и «нехоженой» области физики. Это ещё один пример субъективного человеческого влияния на некий фундаментальный, безличный закон.
Развитием принципа сохранения энергии стал другой интересный принцип – принцип невозможности вечного двигателя. Важен не столько принцип, являющийся, по сути, всего лишь одной из трактовок принципа сохранения, сколько его формулировка – невозможен ДВИГАТЕЛЬ, то есть некий полезный человеку продукт. Это ещё одно подтверждение человеческого участия (точнее участия человеческих интересов) в формировании механики. Само обращение к вопросу вечного двигателя есть пример обоснования уже обоснованного закона, но уже не на безличном языке формул, а на примере терминов «мира человека». Показательно, что уже в рамках механистического мировоззрения возникали прямые отсылки к стереотипам человеческого мышления.
Максвелл, уже после формирования своей теории электрических и газовых взаимодействий на основании обобщённых уравнений Лагранжа (которые вообще пренебрегали сутью механизма процесса, который описывали), всеми силами пытался получить привычную, механистическую интерпретацию действия электромагнитного поля. В.А. Фок в середине XX века объяснял это так: «…вековое развитие физики, включая XIX век, привело к тому, что абсолютный характер физических процессов, возможность их неограниченной детализации и их однозначная детерминированность стали считаться основанием физической науки…». [6]
Для Максвелла значимо различие интерпретаций, понимаемое как различие наглядных моделей. Для Фока – математическое различие получаемых решений. Это расхождение во взглядах наиболее точно отражает расхождения во взглядах на науку в середине XIX века и век спустя. Несмотря на все попытки укрепить и модифицировать наглядный механистический подход, предпринятые в т.ч. и Герцем, известным экспериментатором, использовавшим математику «лишь как способ понять лабораторные исследования», наука к концу XIX века постепенно ушла от наглядности, приняв сухую математическую парадигму. Однако такой поворот устраивал не всех.
В 1899г. Л.Больцман в одном из докладов прямо говорит о возможности наличия нескольких, отличных, но при этом равнозначно истинных теорий, выражая возможность физического плюрализма. Утверждение истинности лишь одной теории, по его словам, выражает лишь наше субъективное убеждение. Позже, в 1929г., Ф.Клейн открыто укажет на негативные последствия «подчинения формальному методу классической механики всё более новых и далёких областей применения». Таким образом, Максвелл, пытаясь найти «классические» объяснения к своей «чисто математической» теории, хоть и поступает наоборот, относительно действий Больцмана и Клейна, но фактически закладывает первый камень в структуру физического плюрализма.
Больцмана можно назвать основателем квантовой механики. В своих работах он постоянно подчёркивает, что «мы не должны думать, что всё на свете может быть подразделено соответственно нашим категориям и что может существовать наиболее совершенная классификация». Саму закономерность Больцман трактует как специфику человеческого восприятия природы, искусственные рамки познания. В отличие от предшественников, он рассматривает не только происхождение явлений или объектов мира природы, но и происхождение, генезис, понятий.
Механическая картина мира была основополагающей до самого конца XIX века, лишь десятилетие спустя, с появлением специальной теории относительности, сдав позиции новой, плюралистической картине. Человек, как создатель и реформатор этих картин мира, возникает как на первых этапах модификации, когда объясняет принцип сохранения энергии на примере невозможности создания вечного двигателя, так и в поисках Максвелла и Больцмана. Причём человеческий компонент сказывается уже не на факте наличия множественности теорий и картин мира, а на критериях отбора из них. И хотя математизация механики уменьшала степень её человекоразмерности, формализация методов решения и описания, апелляции к человеческим компонентам (законам человеческого мышления, здравого смысла, целесообразности и т.д.) возвращали всё на круги своя. В конце концов, роль парадигмальной науки от механики перешла к физике.
3. Физика как парадигмальная наука XX века и человекоразмерность.
3.1. Человекоразмерность и редукционизм.
Идеальная парадигмальная наука подразумевает сохранение неизменным в своей основе идеала классической науки, а он, в свою очередь, подразумевает проблему редукционизма. Самым ярким примером попыток решения этой проблемы в истории науки являются попытки редуцировать к физике химию.
К концу XIX века химическая молекула моделировалась системой атомов, связанных между собой дискретными и насыщаемыми силами химического сродства. Это понятие, прежде всего, являлось рудиментами алхимического мышления. В отличие от физики, химия в то время была больше философской, логической наукой и была крайне слабо математизирована. Лишь в 1860 году химики голосованием договорились о конечном виде химической формулы, в то время как физика (тогда ещё механика) крепко держала позиции и имела развитый и структурированный мат. аппарат. Однако химические взаимодействия зависят не только от количества, но и от природы вещества. Причём вещества – как минимум две молекулы, в отличие от физики, способной изучать одну материальную точку [7] . Взаимовлияние физических и химических теорий было всегда значительно: если Дж.Дальтон сформулировал в начале XIX века теорию вступления вещества в реакцию в определённых пропорциях на основании физических, атомистических идей, то полвека спустя Г.Гельмгольц обосновал существование единицы электрического заряда по аналогии с существованием химических атомов. Вплоть до 1905 года (год выхода в свет работы А.Эйнштейна) не было теоретического обоснования молекулярно-кинетической теории. Вопрос оставался открытым и его решение искали в физике.
Первой явной попыткой математизации химии было введение Крум-Брауном теорий графов и операндов при решении химических задач. Причём математика применялась не для решения, как такового, а лишь для получения иной, более удобной для дальнейших действий формы записи. Эту теорию позже развил А.Кэли, введя новый тип графов – корневое дерево. Каждому химическому атому в соединении сопоставлялась вершина графа, а структурному штриху (вектору валентности) – его ребро. Кэли ставил задачей расшифровку загадочных химических формул при помощи математических аналогий. Напротив, алгебраист Дж.Сильвестр пытался использовать известные сведения о валентности и устойчивости химических соединений для прояснения природы инвариантов (введённое им понятие). Атому валентностью n ставится в соответствие бинарная форма порядка n. Устанавливается химико-математическая аналогия, причём конструируется частный способ задания этой аналогии. Эта обратимость целей – или математика для прояснения особенностей химических соединений, или химия для прояснения свойств математических – свидетельствует об одинаковой неразвитости этих теорий, об их безсубстанциональности и формальности. Химическое соединение по-прежнему всего лишь абстрактный объект с набором формальных свойств…
Смысл валентной формулы стал понятен лишь с открытием электрона в 1897г. Развитие квантовой физики повлекло за собой формирование квантовой химии (пусть и с опозданием, обусловленным низким уровнем математической подготовки химиков рубежа веков). Квантовая химия, использовавшая методы квантовой механики для решения химических задач, должна была помочь выстроить понятийную схему на основе физико-математических теоретических построений и способствовать отказу от чисто формальных соотношений между объектами химии и математики или физики. От физически не сформулированных представлений о природе химических связей прейти к формулировке оных как некоего функционала, строящегося на точном решении задач квантовой механики. Однако, для точного решения задач внутри химии, представляется единственно возможный путь – формулировать их на языке физики, допускающей точные числовые решения. Но за столетия своего развития язык химии оказался столь развит и самодостаточен, что в процессе решения задач химии именно химический язык оказался необходим. Кроме того, при использовании независимых расчётных методов квантовой механики обнаружилось, что при максимально точном и общем гамильтониане исходной системы, в полученном максимально точном численном решении химические эффекты не проявлялись. Их приходилось как бы вводить дополнительно, что рушило всю стройность теоретического дедуктивного расчёта. Складывалась ситуация, когда доказавшая свою обоснованность теория как теория физическая оказывалась малопригодной в области химии, хотя там фигурировали те же самые объекты.
И хотя алгоритмические проблемы редукции химии к физике очевидны, попытки её проведения продолжаются до сих пор. И дело тут, скорее, в статусе физики как «науки о природе и её законах». Редукция к физике являлась бы свидетельством некоего единства естественнонаучного подхода, свидетельством единства науки, выраженном в её понятиях. Таким образом, подгонка требований описания на языке физическо-математических понятий к требованиям соответствия химическим понятиям и необходимость получения описаний в химических терминах может истолковываться как попытка создать химию как естественнонаучную теоретическую дисциплину, отвечающую требуемым критериям строгости. Необходимость получения наглядных образов и решений не включается в набор этих требований, однако обращение к ним диктуется желанием построить нормальную систему объяснений. Произвол в выборе языка или метода описания всегда остаётся, определяясь в зависимости от поставленной задачи. Сама точность теории определяется каждый раз задачей, поставленной исследователем. Отсюда в конструирование науки и входит задаваемое человеком и явно фиксируемое целеполагание. Стремления иерархизировать или, напротив, сделать однородными, гомогонизировать объекты оперирования не есть отражения реальности как таковой, а есть всего лишь отражения человеческого манипулирования с нею.
3.2. Человекоразмерность и критерий открытия.
Любая научная работа должна содержать открытие. Но что есть открытие? И как выбрать научную стратегию, приводящую к совершению открытия? Есть один общий критерий: научная работа рассматривается как открытие только если она может быть использована. Причём совершенно не важно, превращается ли данное новое в науке, обозначенное как открытие, в истинно работающий инструмент или же надежды на его использование просто представляются реальными. То есть распознавание нового в науке можно осуществлять, рассматривая продолжающуюся после открытия научную деятельность. Если раньше некие задачи и цели были недостижимы, а теперь, благодаря новому, они достигнуты, то это новое начинает рассматриваться как открытие. Например, долгое время задача преобразования энергий была нерешённой, но с открытием принципа сохранения стало возможным выстроить в стройный ряд экспериментальные данные термодинамики и электродинамики. Но сам принцип есть некое законченное, замкнутое на самом себе высказывание, ведь самого преобразования энергий (несмотря на экспериментальное подтверждение) никто не видел. Невозможность создания вечного двигателя кажется более обоснованной, т.к. вечных движений, которые он должен совершать, никто и никогда в природе не фиксировал. Квантовая теория Бора может быть рассмотрена с той же позиции, поскольку она была использована как инструмент объяснения свойства периодичности в первых рядах таблицы Менделеева (не смотря на то, что сама теория была построена как раз на эффекте этой самой периодичности).
Явным примером стратегии, ведущей к открытию, может служить всё та же теория Бора, где отсутствие излучения у устойчивого атома принимается за исходную точку, хотя это противоречило тогдашним положениям электромагнитной теории. Теоретическая аномалия превращается в новый закон природы.
Часто просто перенос методов одной науки в другую трактуется как открытие. Наиболее типичный случай – перенос математических методов в физику. Менее известен факт, что именно благодаря доведённой веками до совершенства технологии производства кафеля и фарфора стало возможным создание интегральных микросхем, ведь выращивание кристалла в керамической подложке технологически невероятно сходно с нанесением рисунка на фарфор металлосодержащими красками.
3.3. Понятие противоречия и его объективные и субъективные коннотации.
Можно констатировать, что именно аналогия и перенос методов одной дисциплины в другую, и инверсия, рассматриваемая как перемена точки зрения на противоположную, могут рассматриваться как два пути, наиболее часто ведущих к открытию. Однако инверсия порождает противоречие с уже установленными законами и правилами внутри научной теории. Как сказал в 1946г. А.Эйнштейн: «Мы должны признать, что не имеем для физики общей теоретической основы, которую можно считать её логическим фундаментом».
Можно выделить три основных типа противоречий для физических теорий: 1) противоречия внутри оснований и формулировок самой теории, 2) противоречия между различными физическими теориями, 3) противоречия между теорией и эмпирическими данными. Что интересно, характер этих противоречий определяется не природой описываемого явления, а принятым характером его описания. И в выборе путей «снятия» противоречия явно проявляется человеческий, субъективный характер познания. Аналитическое расчленение совокупности наблюдаемых явлений на отдельные области рассмотрения как раз и приводит к возникающей нестыковке между различными описаниями. Стремление локализовать противоречия и отделить их друг от друга приводит, обычно, к расчленению теории на квази отдельные части и рассмотрению их как квазинезависимых теорий. В другом случае противоречиями просто пренебрегают – ведь работала же теория электродинамики не смотря на то, что не было внятного объяснения противоречивого явления самовзаимодействия точечного заряда. «…для действующего физика истина недостаточно хороша, должны быть ещё расчётные возможности» говорил Теллер. Действительно, если дело доходит до выбора, то физики часто бросают истину, возможно, уже подтверждённую экспериментально, и ищут теории, в которых возможно производить расчёты, дающие адекватные приближения . Стремление поиска фундаментальных, наиболее общих теорий в физике (или, по словам Ст.Хокинга, создание «теории всего») оправдывается предположением, что каждая степень обобщения будет объяснять противоречия предыдущего уровня и высший уровень обобщения уже не будет содержать противоречий. Такое предположение частично подтверждается работами Фока и созданным им методом самосогласованного поля (ССП), работающего как раз на многоуровневом приближении. Эта тенденция совершенно общая, отмечающая возрастание расчётных и экспериментальных возможностей теории при снижении «уровня теоретичности». Кэртрайт напротив, настаивает на том, что в мире физики существуют только теоретические понятия и некоторые причинные цепочки, а все фундаментальные законы являются искусственными артефактами. Несмотря на расхождение, эти взгляды сходятся в одном месте: если не построено обоснование истинности закона, как не построена и цепочка, связывающая феноменологические законы с фундаментальными, закон объявляется не имеющим права на существование. Этот факт, а так же неудача химико-физического редукционизма, говорит об устоявшихся внутри отдельных дисциплин устойчивых понятий, согласно которым они и анализируют мир. Это совсем не свидетельствует о разнородности дисциплин, просто пока не создан тот язык, который мог бы стать общим для них, удовлетворив всем критериям их парадигматики. Такой язык мог бы быть построен на основе математики, однако потребность человечества в понимании и объяснении внутри естественнонаучного знания и при выборе параметров аппроксимации оного ограничивает эту ветвь развития. Теоретическое мышление и математические методы на сегодняшний день являются равнозначными, но практически не пересекающимися подходами к познанию.
4. Наука как вид субъективной деятельности.
4.1. Человекоразмерность в параллелях между искусством и наукой.