Текст книги "Научный метод познания. Ключ к решению любых задач"

Устин Валерьевич Чащихин
Научный метод познания – ключ к решению любых задач

Введение. Научный подход нужен всем

Как отличить истину ото лжи?

Как научиться делать правильные выводы из имеющихся фактов?

Какое решение принять в той или иной ситуации?

Как защититься от промывания мозгов и манипуляции сознанием?

На все эти вопросы отвечает научный метод познания – принятая в современной науке система поиска и проверки истины и опровержения лжи, сформированная на протяжении веков такими учеными, как Аристотель, Оккам, Декарт, Ньютон и многие другие.

Научный метод познания истины, законы логики и научное мировоззрение подробно и доступно представлены в данной книге.

Книга написана простым и доступным языком и понятна даже старшекласснику.

Вы научитесь самостоятельно делать правильные выводы.

1. Научный метод познания – эксперимент и логика, а не вера и авторитеты

1.1. Основа научного подхода – факты и логика

Основа науки – эксперимент и наблюдения. Из фактов делаются выводы. Откуда мы знаем, что железная гайка и камень тонут в воде, кусок дерева не тонет, а щелочной металл натрий растворяется в воде с выделением водорода? Потому что мы провели такие эксперименты и сделали из них выводы.

Научная теория создаётся в результате логического обобщения экспериментальных фактов. В результате логического обобщения многочисленных экспериментов люди создали теорию: убедились в том, что в воде плавают те предметы, плотность которых меньше плотности воды, а тонут – те, плотность которых больше плотности воды. Когда мы собираем факты и пытаемся их логически обобщить, мы выдвигаем различные гипотезы, предположения. Научная гипотеза должна быть основана на фактах и объяснять факты. Делать логически правильные обобщения фактов мы научимся в главе 6.

Теории и гипотезы проверяются другими экспериментами. Аналогичным образом шарик, надутый легким газом – водородом или гелием, – поднимается в воздухе вверх, потому что плотность и водорода и гелия меньше плотности воздуха. А стальная гиря, легко тонущая в воде, не сможет потонуть в ртути, потому что плотность ртути ещё больше, чем плотность железа. Современные корабли, сделанные из стали, не тонут в воде потому, что они содержат много воздуха и суммарная плотность корабля (стальной корпус и воздушные камеры внутри) меньше плотности воды. А корабль с пробоиной тонет, как обычное железо в воде, потому что вода вытесняет воздух и в итоге плотность корабля становится уже больше плотности воды.

Из этих фактов следует общий вывод о том, что к Земле сильнее притягиваются тела с более высокой плотностью. Еще более обобщенный вывод содержится в общей теории относительности – плотность энергии-импульса является источником гравитационного поля.

Таким образом, научное знание добывается опытом – экспериментами. Опыты обобщаются логикой и так создаются гипотезы – предположения. Гипотезы, основанные на одних опытах, проверяются другими опытами. Гипотезы, противоречащие другим опытам, признаются ложными. А предположения, имеющие логическое объяснение и согласующиеся с другими опытами, называются теориями. Так создается научная теория.

Это – естественный метод познания, доступный даже ребенку. Как ребенок с незапудренными мозгами познаёт мир? Только собственным опытом. И делает выводы из опытов. Страсть к опыту и познанию заложилась генетически у человека разумного.

1.2. Противоположное отношение к фактам в науке и догматических идеологиях

Путь науки – непредвзятый поиск правильных выводов из существующих фактов.

Интересно заметить, что отношение к фактам в науке и догматических идеология (коммунизм, религиозная апологетика и пр.) диаметрально противоположно.

1. Научное мышление: "Вот факты. Какие выводы мы можем из них сделать?"

2. Догматическое мышление: "Вот наш вывод. Какие факты мы можем найти, чтобы подтвердить его?"

Аналогично и отношение к фактам, опровергающим наши взгляды:

1. Научное мышление: "Если теория противоречит фактам, следовательно, она ложная."

2. Догматическое мышление – если вера/идеология противоречит фактам, то либо факты подгоняются под идеологию, либо идеология под факты, или факты замалчиваются, искажаются или дискредитируются. В догматических идеологиях часто есть образ врага, на которого сваливаются все противоречия. Верующие выдумывают очень изворотливые толкования любых противоречий для успокоения своего разума.

Пример. Раньше церковь учила, что возраст мира около 6–7 тысяч лет. А когда ученые выяснили, что возраст Земли и иных небесных тел исчисляется миллиардами лет (свет от далеких галактик, радиометрическое датирование, геохронологическая шкала и пр.), то апологеты религии начали толковать дни творения из Бытие 1 образно, т. е. подгонять веру под факты.

В науке подобное недопустимо. Если основа религии – вера, то основа науки – факты.

Как видите, научный метод – это объективный поиск истины, а не подгонка под ответ.

1.3. Качества ученого – отсутствие авторитетов, индивидуализм, самостоятельность, независимость, смелость, инициативность

В науке мы не верим, мы знаем. Не потому, что нам сказали и мы поверили. Не потому, что так заявил некий авторитет или есть такая традиция, обычай, мода или так написано в некой книге, которую уважает толпа с вытаращенными глазами. А потому и только потому, что мы провели самостоятельные эксперименты и выяснили это самостоятельно. Все знание в науке добыто учёными путём экспериментов и его можно перепроверить самостоятельно и каждый имеет на это право.

Во время обучения в естественно-научных вузах есть практикум. Практика позволяет студенту выработать самостоятельность в нахождении истины через проведение исследований. Поэтому в данной книге тоже есть практикум.

В науке нет и не должно быть авторитетов. В принципе. Никогда. Только опыт и логика. И если кто-то в научной среде и начинает преклоняться перед авторитетами или «канонизирует» некую теорию, то это – антинаучный догматический религиозный подход, недопустимый в науке. Ведь такой догматизм ничем по сути не отличается от преклонения перед авторитетом «святых отцов» и «священного писания» в религии.

Консерватизм вреден науке – он препятствует открытиям. Открытия совершают только те люди, у кого меньше догм, которые могут выйти за рамки, шаблоны, стереотипы толпы. Наука учит свободомыслию и свободолюбию и отучает от стадности и костности в мышлении.

Трусливый в мышлении человек никогда не сможет выйти за рамки, шаблоны толпы, его мышление статично, догматично и поэтому он отвергает любые великие идеи только потому, что они великие, а потому необычны для него, противоречат его шаблонам. Не выходя за рамки в мышлении, сделать открытие в принципе невозможно. Чтобы сделать открытие, надо сначала «порвать шаблон». Колумб, зная о шарообразности Земли, поплыл на запад в поисках Индии, а толпа ему не верила. Он не нашёл Индию, но нашел Америку. И тогда Магеллан поплыл на юго-запад и обогнул Америку с юга, переплыл Тихий океан, а после гибели Магеллана его экспедиция пересекла Индийский океан, обогнула Африку, и спустя 3 года вернулась в Испанию и так доказала шарообразность Земли.

Практикуемое в науке познание истины через самостоятельные эксперименты и самостоятельное логическое мышление учит людей самостоятельности, инициативности, отвержению авторитетов, независимости в мышлении – тем качествам характера, которые часто диаметрально противоположны качествам характера, требуемым в религии: покорности авторитетам (священникам), зависимости от них, слепой вере в непогрешимость догматов религии, стадности в мышлении и, как следствие, – отсутствию инициативы и страху перед экспериментом.

В науке умный человек, овладевший самостоятельным научным методом познания истины, должен по праву гордиться своим умом. Наука уже решила массу проблем человечества и доказала тысячи раз, что может решить абсолютно любую проблему людей. Проблемы в мире существуют лишь там, куда наука пока не дошла или там, где науку сознательно игнорируют. Например, в средневековье или в современной России, где наука практически не финансируется. И умные люди по праву гордятся могуществом науки.

Важно отметить и подход к ошибкам.

С одной стороны, свобода эксперимента дает право на ошибку – опыт и есть метод проб и ошибок. Ученые знают, что ошибиться может каждый и найти ошибку научным методом тоже может каждый, поэтому нет смысла бояться ошибиться. Трус боится ошибиться и поэтому проигрывает больше, упуская возможности, – трус никогда не делает великих открытий, а смелый не боится ошибиться и поэтому, хотя и делает ошибки, но зато способен на открытия, например, Колумб искал Индию, но ошибся и нашел Америку. Рентген также открыл рентгеновские лучи непреднамеренно. И химия выросла из алхимии.

Итак, в науке ошибка – неотъемлемая часть научно-исследовательского процесса поиска истины. Эксперимент – и есть метод проб и ошибок. Поэтому в науке нельзя бояться ошибиться. Из ошибок надо делать правильные выводы. И если они сделаны, то ошибка даже полезна (если, конечно, она не принесла вреда людям). Поэтому в науке нет понятия греха в принципе, нет страха перед опытом и ошибкой.

А с другой стороны, в науке принято исправлять настоящие ошибки по мере возможности.

2. Необходимость сомнений и свободы слова и недопустимость догматизма и цензуры. Критерий Поппера

Содержание главы:

2.1. Необходимость сомнений и свободы слова для научного прогресса

2.2. Запрет на сомнения в религии антинаучен. Мораль религии противоположна морали науки

2.3. Критерий Поппера, фальсифицируемость

2.4. Цензура и запреты на свободу слова в политике антинаучны

2.1. Необходимость сомнений и свободы слова для научного прогресса

Сомнение полезно, оно позволяет находить, подтверждать и уточнять истину и отсеивать ложь. Сомнение и перепроверка разоблачают ложь и ошибки, но лишь укрепляют истину и тем полезны для научной истины. Для говорящего истину сомнение не страшно – оно страшно только для лжецов.

Например, есть утверждение "сахар растворяется в воде". Сколько не сомневайся в этом, не перепроверяй – только лишний раз на собственном опыте убедишься в истинности данного утверждения. В науке нет смысла канонизировать никакое утверждение, охранять его цензурой от сомнений и разгонять полицейскими тех, кто в это не верит. Потому что истину легко проверить сколько угодно раз. И истина нисколько не проигрывает от того, что кто-то в неё не верит или захочет проверить её ещё раз.

Другое дело – для лжи или ошибки перепроверка губительна. И это очень хорошо, если мы ищем истину. Допустим, ученый Иванов допустил ошибку в расчетах. Ученый Петров ему слепо поверил и процитировал ошибку. А ученый Кузнецов усомнился и решил проверить расчеты Иванова и в результате новых расчетов (или исследований) обнаружил ошибку и исправил её, предоставив новый расчет. Поступок Кузнецова – разумный, а потому хороший с точки зрения научной морали. Если Иванов и Петров – настоящие ученые, а не лгуны, то они признают свои ошибки и будут благодарны своему уважаемому коллеге Кузнецову за внимательность и добросовестность. Никто не будет считать Кузнецова еретиком. Поэтому умные люди открыты к конструктивной аргументированной критике и признают право на ошибку как для себя, так и для других людей.

Даже когда у нас есть научная теория, проверенная многими экспериментальными фактами, ученый имеет право в ней сомневаться, если у него есть для этого основания – например, если теория не может объяснить какое-то явление или есть другая теория, которая проще или точнее описывает некоторое явление. Тогда можно сравнивать две теории в свете экспериментальных данных и выбирать ту, которая лучше, точнее и проще объясняет факты. Как известно из экономики, конкуренция приводит к выживанию лучшего качества, поэтому конкурнеция – это хорошо.

Иногда на основе новых экспериментальных данных мы находим границы применимости той или иной теории и мы снова и снова начинаем сомневаться в том, к чему привыкли. Например, у классической механики Ньютона есть две границы применимости – она неприменима ни для субатомных расстояний, ни для релятивистских скоростей – там работают квантовая механика и теория относительности соответственно. А для обоих случаев – и квантовых расстояний и релятивистских скоростей – работает квантовая электродинамика.

Однако, для того, чтобы выдвинуть квантовую теорию, Макс Планк вынужден был отказаться от одного из основных предположений классической физики о непрерывном излучении энергии и принять новую гипотезу: излучение энергии может происходить только отдельными (дискретными) порциями – квантами. Гипотеза Планка о квантах, представлявшая собой сомнение в классической механике, смогла, наконец, объяснить опыты по тепловому излучению, которые не могла объяснить классическая физика. Хотя, надо признать, Планк с большим трудом отважился на это сомнение в истинности классической физики, тем не менее именно это сомнение и привело к более глубокому и истинному пониманию природы микромира. И Планка, естественно, никто не сжёг на костре инквизиции, как это сделала церковь с Джордано Бруно в 1600 году. Напротив, квантовую теорию подтверждали все более и более точные эксперименты и её развивали другие ученые – Бор, Гейзенберг, Шредингер и Дирак.

Другой пример – великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов открыл закон сохранения массы, и ученые давно привыкли к его незыблемости, однако при ядерных реакциях наблюдается дефект массы – масса ядра чуть меньше суммарной массы нуклонов, из которых оно состоит. Снова нашлась граница применимости теории, к которой мы привыкли. Дефект массы, тем не менее, не противоречит более общему закону сохранения релятивистской энергии, хотя в ядерных реакциях нарушаются нерелятивистские законы сохранения энергии и массы, но нарушаются на одинаковую величину, точнее разница в массе m и разница в энергии E связаны формулой E=mc², где с – скорость света в вакууме, c=3*10⁸ м/с.

При этом надо отметить, что в науке всегда более глубокая и общая теория содержит в себе в частном случае менее общую – в данном случае квантовая механика и теория относительности не отменяют совсем классическую механику, а содержат её в частном случае, а именно – для больших расстояний, малых скоростей и слабых гравитационных полей теория относительности и квантовая теория сводятся к классической механике Ньютона – здесь можно пренебречь релятивистскими и квантовыми поправками. Это легко доказывается математически

– при классическом пределе, т. е. при е^ж и h^0, где h – постоянная Планка, формулы квантовой механики и теории относительности переходят в формулы классической механики.

Поэтому создание квантовой теории и теории относительности не вполне корректно называть революцией в науке, ибо революция – это коренная замена одного на принципиально другое.

В результате отказ от догматичности в науке приводит только к прогрессу, к более глубокому пониманию природы. Вот почему сомнение так важно в науке, жизненно необходимо для поиска научной истины. В науке в принципе нельзя канонизировать никакую теорию, какой бы незыблемой она ни казалась.

Здесь уместно вспомнить слова выдающегося русского писателя и драматурга А.П.Чехова:

"Мой совет: в пьесе старайся быть оригинальным и по возможности умным, но не бойся показаться глупым; нужно вольнодумство, а только тот вольнодумец, кто не боится писать глупостей." [1]

Как видите, великие люди смелы в мыслях – они не боятся сомневаться и ошибаться. В таком случае человек чаще приходит к истинным выводам и даже к великим открытиям. Совершил ли великий мореплаватель Христофор Колумб ошибку, не найдя Индию? Да, совершил. Но что с того? Зато он открыл Америку и доказал, что размеры Земли гораздо больше, чем считалось до Колумба! А трусы, боящиеся ошибиться, в принципе не способны ни на какие открытия – их страх сковывает их инициативу, мешает идти на разумный риск. И в итоге трусы упускают большие возможности и в этом заключается их 100 % риск.

2.2. Запрет на сомнения в религии антинаучен. Мораль религии противоположна морали науки

Антонимом сомнения является догматизм – качество, присущее религии и иным догматическим идеологиям, но в принципе недопустимое для науки. Религия канонизирует свои догматы, оформляя их в «священное писание» и «священное предание», сомнения в которых считаются в религии ужасным грехом.

Поскольку добродетель научной морали – сомнение – религия называет грехом, а колоссальный порок научной морали – догматизм – религия называет добродетелью, то это доказывает, что мораль науки противоположна морали религии и морали любых догматических идеологих. Поэтому невозможен консенсус ни науки с религией, ни науки с любой иной формой догматизма. Поэтому подавляющее большинство ученых – атеисты, а среди верующих почти нет людей с естественнонаучным образованием.

2.3. Критерий Поппера, фальсифицируемость

Полезность сомнений в науке можно проиллюстрировать критерием Поппера – фальсифицируемостью теории.

Критерий Поппера был разработан для отличия научной теории от псевдонаучных догадок, даже если те соответствуют опытным данным, а научная теория ещё пока не проверена.

Согласно критерию Поппера, научной является только та теория, которую в принципе можно не только подтвердить, но и опровергнуть опытным путём, даже если такой эксперимент пока трудно поставить. Главное – наличие теоретической возможности опровержения. Поэтому если некое утверждение не удовлетворяет критерию Поппера, то оно заведомо псевдонаучно.

Критерий Поппера – следствие законов математической логики (глава 6.). Даже очень большое число подтверждающих фактов в отношении некоего высказывания, полученного путём индуктивного обобщения, делает его лишь весьма вероятным, но всё-таки не истинным. Однако достаточно одного надёжного опровергающего факта для того, чтобы доказать ложность этого индуктивного обобщения.

Рассмотрим примеры.

Общая теория относительности (ОТО) предсказывает, что свет от одной звезды, проходя мимо другой звезды, должен отклоняться. Если в результате эксперимента окажется, что свет не отклоняется, то это доказало бы ложность ОТО. Таким образом, ещё до проведения такого эксперимента ОТО уже соответствует критерию Поппера о фальсифицируемости и потому имеет право называться научной гипотезой. Первый такой эксперимент был проведён Эддингтоном во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 г. Луна закрывала Солнце и позволяла видеть звёзды рядом с Солнцем. Опыт продемонстрировал отклонение луча гравитационным полем Солнца в полном соответствии с ОТО. Что и подтвердило правильность ОТО. Ученые поставили эксперимент на опровеожение теории, но он подтвердил теорию – вот в чем суть. Поэтому теория верна.

Создав периодическую таблицу в 1869 году, Д.И.Менделеев, предсказал существование и подробные свойства химических элементов, которые в то время ещё пока не были открыты. Например, согласно теории Менделеева, должен быть химический элемент с атомным весом около 70 и он должен быть трёхвалетным, т. е. его оксид должен иметь формулу Ga₂O₃. Такие точные предсказания уже показывали, что периодическая таблица Д.И.Менделеева соответствует критерию Поппера, а потому является научной теорией. Опровергнуть периодическую таблицу Менделеева не составляло труда – достаточно, чтобы найденный элемент с весом 70 имел валентность не Ш, а любую иную – I или II или IV или V или VI или VII. На опыте всё именно так и оказалось, как предсказывал великий Д.И.Менделеев. Найденный элемент получил название галлий.

Теория эволюции Дарвина удовлетворяет критерию Поппера. Достаточно найти в породах докембрия или палеозоя скелет млекопитающего или какой-нибудь искусственный объект, сделанный человеком – хотя бы топор или копьё. Теория эволюции Дарвина предсказывает, что болезнетворные бактерии должны постепенно приспосабливаться к антибиотикам и это наблюдается – именно в результате эволюции и возникли новые виды бактерий, устойчивых к антибиотикам. А ведь прошло всего несколько десятилетий, даже не миллион лет, а уже появился новый вид бактерий.

Астрологические прогнозы часто составляются настолько расплывчато, что их невозможно опровергнуть. Поэтому такие прогнозы, согласно критерию Поппера, не имеют никакой научной ценности. Научную ценность имеет теория, случайное исполнение предсказания которой крайне маловероятно – именно вследствие этого и возникает критерий Поппера. О теории вероятностей и математико-статистической обработке экспериментальных данных мы поговорим в главе 5.

Атеизм, в отличие от религии, удовлетворяет критерию Поппера – ведь достаточно продемонстрировать бога атеистам. Пока никому не удалось это сделать. А поэтому у верующих нет научных оснований для веры в бога.

Однако критерий Поппера – необходимый признак научного знания, но не достаточный. Если некую концепцию можно опровергнуть экспериментально, то она является проверяемой научной гипотезой, но пока еще не истиной. Если в результате проверки теории эксперимент опровергает её, то мы признаём её ложной. Таким образом, эта гипотеза, хоть и оказалась ложной, но она была научно приемлемой гипотезой. Однако, псевдонаука, даже если и соответствует опыту, отличается тем, что принципиально теоретически невозможно поставить эксперимент на её предполагаемое опровержение. Яркий пример – гороскопы.

Критерий Поппера имеет отношение к предсказательной силе научной теории, о которой мы поговорим в главе 7.