Научные законы

Специфика эмпирической гипотезы, как мы выяснили, состоит в том, что она является вероятностным знанием, носит описательный характер, то есть содержит предположение о том, как ведет себя объект, но не объясняет почему. Пример: чем сильнее трение, тем большее количество тепла выделяется; металлы расширяются при нагревании.

Эмпирический закон – это уже наиболее развитая форма вероятностного эмпирического знания, с помощью индуктивных методов фиксирующего количественные и иные зависимости, полученные опытным путем, при сопоставлении фактов наблюдения и эксперимента. В этом его отличие как формы знания от теоретического закона – достоверного знания, которое формулируется с помощью математических абстракций, а также в результате теоретических рассуждений, главным образом как следствие мысленного эксперимента над идеализированными объектами.

Закон – необходимое, устойчивое, повторяющееся отношение между процессами и явлениями в природе и обществе. Важнейшая задача научного исследования – поднять опыт до всеобщего, найти законы данной предметной области, выразить их в понятиях, теориях. Решение данной задачи возможно, если ученый исходит из двух посылок:

-признание реальности мира в его целостности и развитии,

-признание законосообразности мира, того, что он пронизан совокупностью объективных законов.

Главная функция науки, научного познания – открытие законов изучаемой области действительности. Без установления законов, без выражения их в системе понятий нет науки, и не может быть научной теории.

Закон – ключевой элемент теории, выражающий сущность, глубинные связи изучаемого объекта во всей его целостности и конкретности как единство многообразного. Закон определяется как связь (отношение) между явлениями, процессами, которая является:

-объективной, поскольку присуща реальному миру,

-существенной, будучи отражением соответствующих процессов,

-внутренней, отражающей самые глубинные связи и зависимости предметной области в единстве всех ее моментов,

-повторяющейся, устойчивой как выражение постоянства определенного процесса, одинаковости его действия в сходных условиях.

С изменением условий, развитием практики и познания одни законы сходят со сцены, другие появляются, меняются формы действия законов. Познающий субъект не может отобразить весь мир целиком, он может лишь приближаться к этому, формулируя те или иные законы. Каждый закон узок, неполон, писал еще Гегель. Однако без них наука остановилась бы.

Законы классифицируются по формам движения материи, по основным сферам действительности, по степени общности, по механизму детерминации, по их значимости и роли, они бывают эмпирические и теоретические.

Законы трактуются односторонне, когда:

-понятие закона абсолютизируется,

-когда игнорируется объективный характер законов, их материальный источник,

-когда они рассматриваются не системно,

-закон понимается как нечто неизменное,

-нарушаются границы, в пределах которых те или иные законы имеют силу,

Научный закон – универсальное, необходимое утверждение о связи явлений. Общая форма научного закона такова: для всякого объекта из исследуемой области явлений верно, что если он обладает свойством А, то он с необходимостью имеет также свойство В.

Универсальность закона означает, что он распространяется на все объекты своей области, действуя во всякое время и в любой точке пространства. Необходимость, присущая научному закону, является не логической, а онтологической. Она определяется не структурой мышления, а устройством самого реального мира, хотя зависит также от иерархии утверждений, входящих в научную теорию. (Ивин А.А. Основы социальной философии, с. 412 – 416).

Научными законами являются, например, следующие утверждения:

-если по проводнику течет ток, вокруг проводника образуется магнитное поле;

-если в стране нет развитого гражданского общества, в ней нет устойчивой демократии.

Научные законы делятся на:

-динамические законы, или закономерности жестко детерминации, которые фиксируют однозначные связи и зависимости;

-статистические законы, в формулировке которых решающую роль играют методы теории вероятностей.

Научные законы, относящиеся к широким областям явлений, имеют отчетливо выраженный двойственный, дескритивно-прескриптивный характер, они описывают и объясняют некоторую совокупность фактов. В качестве описаний они должны соответствовать эмпирическим данным и эмпирическим обобщениям. Вместе с тем такие научные законы являются также стандартами оценки, как других утверждений теории, так и самих фактов.

Если роль ценностной составляющей в научных законах преувеличивается, они становятся лишь средством для упорядочения результатов наблюдения и вопрос об их соответствии действительности (их истинности) оказывается некорректным. А если абсолютизируется момент описания, научные законы предстают как прямое единственно возможное отображение фундаментальных характеристик бытия.

Одна из главных функций научного закона – это объяснение того, почему имеет место то или иное явление. Делается это путем логического выведения данного явления их некоторого общего положения и утверждения о так называемых начальных условиях. Такого рода объяснение принято называть номологическим, или объяснением через охватывающий закон. Объяснение может опираться не только на научный закон, но и на случайное общее положение, а также на утверждение о каузальной связи. Объяснение через научный закон имеет преимущество, оно придает явлению необходимый характер.

Понятие научного закона возникает в 16 – 17 веках, в период формирования науки. Наука существует там, где присутствуют закономерности, которые можно изучать и предсказывать. Таков пример небесной механики, такова большая часть социальных явлений, в особенности экономических. Однако в политических, исторических науках, лингвистике имеет место объяснение, основанное не на научном законе, а каузальное объяснение или понимание, опирающееся не на описательные, а на оценочные утверждения.

Формулируют научные законы те науки, которые используют в качестве своей системы координат сравнительные категории. Не устанавливают научных законов науки, в основании которых лежит система абсолютных категорий.

Научные законы

Закон – это теоретическое умозаключение, отражающее устойчивую повторяемость тех или иных явлений. При утверждении закона мы как бы произвольно отделяем некоторую доступную нам часть множества, досконально изучаем ее и делаем на основании этого какие-то общие выводы. Получается, что наши выводы основаны на недостаточной информации. Однако у человека есть интуиция и способность к абстрактному мышлению. Так возникли первые законообразные заключения, приписываемые Гермесу Трисмегисту: то, что находится внизу, соответствует тому, что пребывает вверху; и то, что пребывает вверху, соответствует тому, что пребывает внизу, чтобы творить чудеса единой вещи. Подобие в представлении древних мыслителей касалось не только внешней фактуры, но и внутреннего, глубинного содержания вещей и понятий. В этом смысле устанавливаемое нами разделение имеется только на поверхностном или физическом слое, тогда как аналогия как форма ассоциативной связи, напротив, объединяет сущее, но уже с многомерных позиций. Более того, этот законоподобный принцип утверждает не только структурное подобие, или изоморфизм, но и духовное сродство, которое сегодня все еще находится вне сферы интересов академической науки.

Другим, не менее важным законом, объясняющим взаимодействие системы и элемента, является принцип голографии, открытие которой связано с именами Д.Габора (1948), Д.Бома и К.Прибрама (1975). Последний, занимаясь исследования мозга, пришел к выводу о том, что мозг является большой голограммой, где память содержится не в нейронах и не в группах нейронов, а в нервных импульсах, циркулирующих по всему мозгу, и точно так же, как кусочек голограммы содержит все изображение целиком без существенной потери качества информации. К подобным выводам пришел и физик Х.Зукарелли (2008), которые перенес принцип голографии на область акустических явлений. Многочисленными исследованиями было установлено, что голография присуща всем без исключения структурам и явлениям физического мира.

Дальнейшей разработкой соотношения части и целого является принцип фрактальности, открытый Б.Мальденбротом в 1975 году для обозначения нерегулярных самоподобных множеств: фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому. Таким образом, как и в голографии, основным свойством фрактала является самоподобие. Фрактальность присуща всем явлениям природы, а также искусственным, в том числе математическим структурам. При этом если голография говорит о функциональном или информационном подобии, то фрактальность подтверждает то же самое на примере графических и математических образов.

Важнейшее значение для познания окружающего мира является принцип иерархии. Термин «иерархия» (от греч. священный и власть) был введен для характеристики организации христианской церкви. Позже, в 5 веке Дионисий Ареопагит расширяет его толкование применительно к структуре Вселенной. Он не без основания полагал, что физический мир является огрубленным аналогом мира горнего, где также есть уровни или слои, подчиняющиеся общим законам. Термин «иерархия», а также «иерархические уровни» оказался настолько удачным, что впоследствии стал с успехом применяться в социологии, биологии, физиологии, кибернетике, общей теории систем, лингвистике.

Любые системы в их иерархии существуют в полной мере как таковые, только когда они полагаются субъектами всех своих отношений. Во всех других случаях они имеются как объекты со значительно меньшей определенностью. Необходимо иметь в виду, что имеется некоторое предельное число элементов того или иного уровня, уменьшение или увеличение которого ликвидирует уровень как таковой, где действует философский закон перехода количества в качество, являющийся наиболее общей причиной образования иных уровней иерархии.

Ниже мы рассмотрим статистические законы более подробно, здесь же укажем, что Э.Шредингер полагал, что все физические и химические законы, совершающиеся внутри организмов, являются статистическими и проявляются при большом числе взаимодействующих элементов. При уменьшении количества элементов ниже N-го данный закон просто перестает действовать. Однако – заметьте – в этом случае актуализируются другие законы, которые как бы занимают место утраченных. В природе ничего нельзя приобретать, не теряя, и, напротив, всякая потеря сопровождается новыми приобретениями, пишет Шредингер (Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физика. – М.: Атомиздат, 1972. – 96с.). Нарушение статистической достоверности при малом числе элементов приводит к усилению индивидуальной роли каждого из них с соответствующей актуализацией свойственных им самим по себе личностных свойств. В рамках теории катастроф возникло представление о том, что при малом изменении равновесия (в точках бифуркации) могут возникнуть резкие перевороты системного статуса. После выбора одного из вероятных путей, траектории развития, обратного пути уже нет, действует однозначный детерминизм, и развитие системы вновь становится предсказуемым до следующей точки.

В законах науки отображаются регулярные, повторяющиеся связи или отношения между явлениями или процессами реального мира. Вплоть до второй половины 19 века подлинными законами науки считались универсальные утверждения, раскрывающие регулярно повторяющиеся, необходимые и существенные связи между явлениями. Между тем регулярность может носить не универсальный, а экзистенциальный характер, т.е. относиться не ко всему классу, а только к определенной ее части. Отсюда все законы делят на следующие виды:

-универсальные и частные законы;

-детерминистические и стохастические (статистические) законы;

-эмпирические и теоретические законы.

Универсальными принято называть законы, которые отображают всеобщий, необходимый, строго повторяющийся и устойчивый характер регулярной связи между явлениями и процессами объективного мира. Например, это закон теплового расширения физических тел, который на качественном языке может быть выражен с помощью предложения: все тела при нагревании расширяются. Более точно он выражается на количественном языке посредством функционального отношения между температурой и увеличением размеров тела.

Частные, или экзистенциальные законы, представляют собой либо законы, выведенные из универсальных законов, либо законы, отображающие регулярности случайных массовых событий. К числу частный законов можно отнести закон теплового расширения металлов, который является вторичным или производным по отношению к универсальному закону расширения всех физических тел.

Детерминистические и стохастические законы различают по точности их предсказаний. Стохастические законы отображают определенную регулярность, которая возникает в результате взаимодействия случайных массовых или повторяющихся событий, например, бросание игральной кости. Такого рода процессы наблюдаются в демографии, страховом деле, анализе происшествий и катастроф, статистике населения и экономике. С середины 19 века статистические стали использоваться для исследования свойств макроскопических тел, состоящих из огромного числа микрочастиц (молекул, атомов, электронов). При этом считалось, что статистические законы можно было в принципе свести к детерминистическим законам, присущим взаимодействию микрочастиц. Однако эти надежды рухнули с возникновением квантовой механики, которая доказала:

-что законы микромира имеют вероятностно-статистический характер;

-что точность измерения имеет определенный предел, который устанавливается принципом неопределенностей или неточностей В.Гейзенберга: две сопряженные величины квантовых систем, например, координата и импульс частицы нельзя одновременно определить с одинаковой точностью (в связи с чем и была введена постоянная Планка).

Итак, среди законов наиболее распространенными являются каузальные, или причинные, которые характеризуют необходимое отношение между двумя непосредственно связанными явлениями. Первое из них, которое вызывает или порождает другое явление, называют причиной. Второе явление, представляющее результат действия причины, называют следствием (действием). На первой эмпирической стадии исследования обычно изучают простейшие причинные связи между явлениями. Однако в дальнейшем приходится обращаться к анализу других законов, которые раскрывают более глубокие функциональные отношения между явлениями. Такой функциональный подход лучше всего реализуется при открытии теоретических законов, которые также называют законами о ненаблюдаемых объектах. Именно они играют решающую роль в науке, так как с их помощью удается объяснить эмпирические законы, а тем самым и многочисленные отдельные факты, которые они обобщают. Открытие теоретических законов несравненно более трудная задача, чем установление эмпирических законов.

Путь к теоретическим законам лежит через выдвижение и систематическую проверку гипотез. Если в результате многочисленных попыток становится возможным вывести из гипотезы эмпирический закон, тогда возникает надежда, что гипотеза может оказаться теоретическим законом. Еще большая уверенность возникает, если с помощью гипотезы можно предсказать и открыть не только новые важные, ранее неизвестные факты, но и неизвестные до этого эмпирические законы: универсальный закон всемирного тяготения смог объяснить и даже уточнить эмпирические по своему происхождению законы Галилея и Кеплера.

Эмпирические и теоретические законы являются взаимосвязанными и необходимыми стадиями изучения процессов и явлений действительности. Без фактов и эмпирических законов было бы невозможно открывать теоретические законы, а без них объяснить эмпирические законы.

Законы логики

Логика (с греч. слово, понятие, рассуждение, разум) – наука о законах и операциях правильного мышления. Согласно основному принципу логики, правильность рассуждения (вывода) определяется только его логической формой, или структурой, и не зависит от конкретного содержания входящих в него утверждений. Различие между формой и содержанием может быть сделано явным с помощью особого языка, или символики, оно относительно и зависит от выбора языка. Отличительная особенность правильного вывода в том, что от истинных посылок он всегда ведет к истинному заключению. Такой вывод позволяет из имеющихся истин получать новые истины с помощью чистого рассуждения, без обращения к опыту, интуиции.

Научное доказательство

Со времен греков говорить «математика», значит говорить «доказательство», так афористично Бурбаки определил свое понимание данного вопроса. Тут же и укажем, что в математике выделяют следующие типы доказательств: прямые, или методом перебора; косвенные доказательства существования; доказательство от противного: принципы наибольшего и наименьшего числа и метод бесконечного спуска; доказательство методом индукции.

Когда мы встречаемся с математической задачей на доказательство, нам предстоит снять сомнение в правильности четко сформулированного математического утверждения А – мы должны доказать или опровергнуть А. одной из самых занимательных задач подобного рода является доказательство или опровержение гипотезы немецкого математика Христиана Гольдбаха (1690 – 1764): если целое число четно и n больше 4, то n является суммой двух (нечетных) простых чисел, т.е. каждое число, начиная с 6, может быть представлено в виде суммы трех простых чисел. Справедливость этого утверждения для небольших чисел может проверить каждый: 6=2+2+2; 7=2+2+3, 8=2+3+3. Но произвести проверку для всех чисел, как того требует гипотеза, конечно же, невозможно. Требуется какое-то иное доказательство, нежели просто проверка. Однако, несмотря на все старания, такое доказательство до сих пор не найдено.

Утверждение Гольбаха, пишет Д.Пойа (Пойа Д. Математическое открытие. – М.: Физматгиз, 1976. – 448с.) сформулировано здесь в наиболее естественной для математических утверждений форме, так как оно состоит из условия и заключения: первая его часть, начинающаяся словом «если», является условием, вторая часть, начинающаяся словом «то» - заключением. Когда нам нужно доказать или опровергнуть математическое предложение, сформулированное в наиболее естественной форме, мы называем его условие (предпосылку) и заключение главными частями задачи. Чтобы доказать предложение, нужно обнаружить логическое звено, связывающее его главные части – условие (предпосылку) и заключение. Чтобы опровергнуть предложение, нужно показать (если возможно, то на контрпримере), что одна из главных частей – условие – не приводит к другой – к заключению. Многие математики пытались снять покров неизвестности с гипотезы Гольдбаха, но безуспешно. Несмотря на то, что для понимания смысла условия и заключения требуется совсем немного знаний, еще никому не удалось установить между ними строго аргументированную связь, и никто не смог привести противоречащий гипотезе пример.

Итак, доказательство – логическая форма мысли, которая является обоснованием истинности данного положения посредством других положений, истинность которых уже обоснована, или самоочевидна. Поскольку свойством быть истинной или ложной обладает лишь одна из уже рассмотренных нами форм мысли, а именно – суждение, то речь в определении доказательства идет именно о нем.

Доказательство – это подлинно рациональная, опосредованная мыслями форма отражения действительности. Логические связи между мыслями обнаружить значительно легче, чем между самими предметами, о которых говорят эти мысли. Логическими связями удобнее пользоваться.

Структурно доказательство состоит из трех элементов:

-тезис – положение, истинность которого следует обосновать;

-аргументы (или основания) – положения, истинность которых уже установлена;

-демонстрация, или способ доказательства – вид логической связи между самими аргументами и тезисом. Аргументы и тезис, поскольку они есть суждения, могут правильно связываться между собой либо по фигурам категорического силлогизма, либо по правильным модусам условно-категорического, разделительно-категорического, условно-разделительного, чисто условного или чисто разделительного силлогизмов.

Аристотель различал четыре вида доказательства:

-научные (аподиктические, или дидаскальные), обосновывающие истинность тезиса строго, правильно;

-диалектические, или полемические, т.е. те, которые обосновывают тезис в процессе ряда вопросов и ответов на них, уточнений;

-риторические, т.е. обосновывающие тезис только кажущимся правильным способом, в сущности же это обоснование только вероятное;

-эристические, т.е. обоснования, лишь кажущиеся вероятностными, а в сущности ложные (или софистические).

Предметом рассмотрения в логике являются лишь научные, т.е. правильные, регламентируемые этой наукой доказательства.

Дедуктивные доказательства распространены в математике, теоретической физике, философии и других науках, имеющих дело с объектами, которые не воспринимаются непосредственно.

Индуктивные доказательства более распространены в науках прикладного, опытного и экспериментального характера.

По типу связей аргументов и тезиса доказательства подразделяются на прямые, или прогрессивные, и косвенные, или регрессивные.

Прямые доказательства – те, в которых тезис обосновывается аргументами непосредственно, прямо, т.е. используемые аргументы выполняют роль посылок простого категорического силлогизма, где вывод из них будет являться тезисом нашего доказательства. Чтобы подчеркнуть очевидное преимущество, иногда прямые доказательства называют прогрессивными.

Воспользуемся примером из учебного пособия В.И.Кобзаря. (Кобзарь В.И. Логика в вопросах и ответах, 2009), заменив героев.

Для доказательства тезиса: «Мой друг сдает экзамен по истории и философии науки» следует привести следующие аргументы: «Мой друг – аспирант университета» и следующий: «Все аспиранты университетов сдают экзамен по истории и философии науки».

Эти аргументы позволяют сразу получить вывод, совпадающий с тезисом. В данном случае мы имеем прямое, прогрессивное доказательство, состоящее из одного умозаключения, хотя доказательство может состоять и из нескольких умозаключений.

Это же самое доказательство может быть оформлено и в несколько ином виде, как условно-категорический силлогизм: «Если все аспиранты университетов сдают экзамен по истории и философии науки, то и мой друг сдает экзамен, потому что он аспирант». Здесь, в условном суждении, сформулировано общее положение, а во второй посылке, в категорическом суждении, установлено, что основание этого условного суждения истинно. Согласно логической норме: при истинности основания условного суждения следствие его будет обязательно истинно, т.е. мы получаем в качестве вывода наш тезис.

Примером прямого доказательства является обоснование положения о том, что сумма внутренних углов треугольника на плоскости равна двум прямым. Правда, в этом доказательстве имеют место и наглядность, очевидность, поскольку доказательство сопровождается рисунками. Рассуждение таково: проведем через вершину одного из углов треугольника прямую, параллельную противоположной стороне его. При этом получаем равные углы, например, №1 и №4, №2 и №5 как накрест лежащие. Углы № 4 и №5 вместе с углом №3 составляют прямую линию. И в итоге становится очевидным, что сумма внутренних углов треугольника (№1, №2, №3) равна сумме углов прямой линии (№4, №3, №5), или два прямых угла.

Иное дело – косвенное доказательство, аналитическое, или регрессивное. В нем истинность тезиса обосновывается опосредованно, путем обоснования ложности антитезиса, т.е. положения (суждения), противоречащего тезису, либо путем исключения по разделительно-категорическому силлогизму всех членов разделительного суждения, кроме нашего тезиса, являющегося одним из членов этого разделительного суждения. В том и другом случае необходимо опираться на требования логики к этим формам мысли, на законы и правила логики.

Так, при формулировке антитезиса надо следить за тем, чтобы он был действительно противоречащим тезису, а не противоположным ему, потому что противоречие не допускает одновременной ни истинности, ни ложности этих суждений, а противоположность допускает их одновременную ложность.

При противоречии обоснованная истинность антитезиса выступает достаточным основанием ложности тезиса, а обоснованная ложность антитезиса, наоборот, косвенно обосновывает истинность тезиса. Обоснование же ложности противоположного тезису положения не является достаточным основанием для истинности самого тезиса, так как противоположные суждения могут быть и одновременно ложными. Косвенными доказательствами обычно пользуются тогда, когда нет аргументов для прямого доказательства, когда невозможно по разным причинам обосновать тезис прямо.

Например, не имея аргументов для прямого обоснования тезиса о том, что две прямые, параллельные третьей, параллельны и между собой, допускают противное, а именно то, что эти прямые не параллельные между собой. Если это так, значит, они где-то пересекутся и тем самым будут иметь общую для них точку. В этом случае получается, что через точку, лежащую вне третьей прямой, проходят две прямые, параллельные ей, что противоречит ранее обоснованному положению (через точку, лежащую вне прямой, можно провести только одну прямую, параллельную ей). Следовательно, наше допущение неверно, оно приводит нас к абсурду, к противоречию с уже известной истиной (ранее доказанному положению).

Бывают косвенные доказательства, когда обоснование того факта, что искомый объект существует, происходит без прямого указания такого объекта.

В.Л.Успенский приводит следующий пример. В некоторой шахматной партии противники согласились на ничью после 15-го хода белых. Доказать, что какая-то из черных фигур ни разу не передвигалась с одного поля доски на другое. Рассуждаем следующим образом.

Передвижение черных фигур по доске происходит лишь после хода черных. Если такой ход не есть рокировка, передвигается одна фигура. Если же ход есть рокировка, передвигаются две фигуры. Черные успели сделать 14 ходов, и лишь один из них мог быть рокировкой. Поэтому самое большое количество черных фигур, затронутых ходами, есть 15. А вот черных фигур всего 16. Значит, по крайней мере, одна из них не участвовала ни в каком ходе черных. Здесь мы не указываем такую фигуру конкретно, а лишь доказываем, что она есть.

Второй пример. В самолете летит 380 пассажиров. Доказать, что какие-то двое из них отмечают свой день рождения в один и тот же день года.

Рассуждаем так. Всего имеется 366 возможных дат для празднования дня рождения. А пассажиров больше. Значит, не может быть, чтобы у всех у них дни рождения приходились на разные даты, и непременно должно быть так, что какая-то дата является общей для двух человек. Ясно, что этот эффект будет обязательно наблюдаться, начиная с числа пассажиров, равного 367. А вот, если число равно 366, не исключено, что числа и месяцы их дней рождения будут для всех различны, хотя это и маловероятно. Кстати, теория вероятности учит, что если случайно выбранная группа людей состоит более чем из 22 человек, то более вероятно, что у кого-нибудь из них дня рождения будут совпадать, нежели, что у всех у них дни рождения приходятся на разные дни года.

Логический прием, примененный в примере с пассажирами самолета, носит название по имени знаменитого немецкого математика Густава Дирихле. Вот общая формулировка этого принципа: если имеется эн ящиков, в которых находится в общей сложности, по меньшей мере, эн+1 предметов, то непременно найдется ящик, в котором будет лежать по меньшей мере два предмета.

Можно предложить прямое доказательство существования иррациональных чисел – например, указать «число корень из 2», и доказать, что оно иррационально. Но можно предложить и такое косвенное доказательство. Множество всех рациональных чисел счетно, а множество всех действительных чисел несчетно; значит, бывают и числа, не являющиеся рациональными, т.е. иррациональные. Конечно, надо еще доказать счетность одного множества и несчетность другого, но это сделать сравнительно легко. Что касается множества рациональных чисел, то можно явно указать его пересчет. Что же до несчетности множества действительных чисел, то его – при помощи представления действительных чисел в виде бесконечных десятичных дробей – можно вывести из несчетного множества всех двоичных последовательностей.

Здесь следует пояснить, что бессчетное множество называется счетным, если его можно пересчитать, т.е. назвать какой-то его элемент первым; какой-то элемент, отличный от первого – вторым; какой-то отличный от первых двух – третьим и так далее. Причем ни один элемент множества не должен быть пропущен при пересчете. Бесконечное множество, не являющееся счетным, называется несчетным. Сам факт существования несчетных множеств весьма принципиален, поскольку показывает, что бывают бесконечные множества, количество элементов в которых отлично от количества элементов натурального ряда. Этот факт был установлен в 19 веке и является одним из крупнейших достижений математики. Заметим также, что множество всех действительных чисел является несчетным.

Доказательства от противного

Данный тип доказательств поясним на следующем примере. Пусть дан треугольник и два его неравных угла. Требуется доказать утверждение А: против большого угла лежит большая сторона.

Сделаем противоположное предположение В: сторона, лежащая в нашем треугольнике против большего угла, меньше или равна стороне, лежащей против меньшего угла. Предположение В вступает в противоречие с уже ранее доказанной теоремой о том, что в любом треугольнике против равных сторон лежат равные углы, а если стороны не равны, то против большей стороны лежит и больший угол. Значит, предположение В неверно, а верно утверждение А. интересно отметить при этом, что прямое доказательство (то есть не от противного) теоремы А оказывается намного более сложным.

Таким образом, доказательства от противного выстаивают таким образом. делают предположение, что верно утверждение В, противное, т.е. противоположное тому утверждению А, которое требуется доказать, и далее, опираясь на это В, приходят к противоречию; тогда заключают, что значит, В неверно, а верно А.

Принцип наибольшего числа

К научным доказательствам относятся принципы наибольшего и наименьшего числа и метод бесконечного спуска. Рассмотрим их кратко.

Принцип наибольшего числа утверждает, что в любом непустом конечном множестве натуральных чисел найдется наибольшее число.

Принцип наименьшего числа: в любом непустом (а не только в конечном) множестве натуральных чисел существует наименьшее число. Существует и вторая формулировка принципа: не существует бесконечной убывающей (т.е. такой, в которой каждый последующий член меньше предыдущего) последовательности натурального числа. Обе формулировки равносильны. Если бы существовала бесконечная убывающая последовательность натуральных чисел, то среди членов этой последовательности не существовало бы наименьшего. Теперь представим, что удалось найти множество натуральных чисел, в котором наименьшее число отсутствует; тогда для любого элемента этого множества найдется другой, меньший, а для него – еще меньший и так далее, так что возникает бесконечная убывающая последовательность натуральных чисел. Рассмотрим примеры.

Требуется доказать, что любое натуральное число, большее единицы, имеет простой делитель. Рассматриваемое число делится на единицу и на само себя. Если других делителей нет, то оно простое, а значит, является искомым простым делителем. Если же есть и другие делители, то берем из этих других наименьший. Если он будет делиться еще на что-то, кроме единицы и самого себя, то это что-то было бы еще меньшим делителем исходного числа, что невозможно.

Во втором примере нам потребуется доказать, что для любых двух натуральных чисел существует наибольший общий делитель. Поскольку мы договорились начинать натуральный ряд с единицы (а не с ноля), то все делители любого натурального числа не превосходят самого этого числа и, следовательно, образуют конечное множество. Для двух чисел множество их общих делителей (т.е. таких числе, каждое из которых является делителем для обоих рассматриваемых чисел) тем более конечно. Найдя среди них наибольшее, получаем требуемое.

Или, предположим, что в множестве дробей нет несократимой. Возьмем произвольную дробь из этого множества и сократим ее. Полученную тоже сократим и так далее. Знаменатели этих дробей будут все меньшими и меньшими, и возникнет бесконечная убывающая последовательность натуральных числе, что невозможно.

Данный вариант метода от противного, когда возникающее противоречие состоит в появлении бесконечной последовательности убывающих натуральных чисел (чего быть не может), называется методом бесконечного (или безграничного) спуска.

Доказательства методом индукции

Метод математической индукции применяется тогда, когда хотят доказать, что некоторое утверждение выполняется для всех натуральных чисел.

Доказательство по методу индукции начинается с того, что формулируется два утверждения – базис индукции и ее шаг. Здесь проблем нет. Проблема состоит в том, чтобы доказать оба эти утверждения. Если это не удается, наши надежды на применение метода математической индукции не оправдываются. Зато если нам повезло, если удастся доказать и базис, и шаг, то доказательство универсальной формулировки мы получаем уже без всякого труда, применяя следующее стандартное рассуждение.

Утверждение А (1) истинно, поскольку оно есть базис индукции. Применив к нему индукционный переход, получаем, что истинно и утверждение А (2). применяя к А (2) индукционный переход, получаем, что истинно А (3). Применяя к А (3) индукционный переход, получаем, что истинно и утверждение А (4). таким образом мы можем дойти до каждого значения эн и убедиться, что А (эн) истинно. Следовательно, для всякого эн имеет место А (эн), а это и есть та универсальная формулировка, которую требовалось доказать.

Принцип математической индукции заключается, по существу, в разрешении не проводить стандартное рассуждение в каждой отдельной ситуации. действительно, стандартное рассуждение только что было обосновано в общем виде, и нет нужды повторять его каждый раз применительно к тому или иному конкретному выражению А (эн). Поэтому принцип математической индукции позволяет делать заключение об истинности универсальной формулировки, как только установлены истинность базиса индукции и индукционного перехода. (В.Л.Успенский, указ. соч., с. 360-361)

Необходимые пояснения. Утверждения А (1), А (2), А (3), … называются частными формулировками. Утверждение: для всякого эн имеет место А (эн) – универсальной формулировкой. Базис индукции – частная формулировка А (1). Шаг индукции, или индукционный переход, есть утверждение: каково бы ни было эн, из истинности частной формулировки А (эн) вытекает истинность частной формулировки А (эп + 1).

Опровержение доказательств

К проблеме обоснования знания имеет прямое отношение и вопрос об опровержении доказательств. Дело в том, что из действий с доказательством наиболее известно лишь одно из них, а именно – отрицание.

Отрицание доказательства и есть его опровержение. Опровержение – это обоснование ложности или несостоятельности того или иного элемента доказательства, т.е. или тезиса, или аргументов, или демонстрации, а иногда всех их вместе. Эта тема также хорошо раскрыта в пособии В.И.Кобзаря.

Многие свойства опровержения определяются свойствами доказательства, потому что опровержение структурно почти не отличается от доказательства. Опровергая тезис, опровержение с необходимостью формулирует и антитезис. Опровергая аргументы, выдвигаются другие. Опровергая демонстрацию доказательства, обнаруживают нарушение в нем взаимосвязей между аргументами и тезисом. В то же время опровержение в целом должно также демонстрировать своей структурой строгое соблюдение логических связей между своими аргументами и своим тезисом (т.е. антитезисом).

Обоснование истинности антитезиса можно рассматривать и как доказательство антитезиса, и как опровержение тезиса. Зато обоснование несостоятельности аргументов еще не доказывает ложности самого тезиса, а лишь указывает на ложности или недостаточность приведенных аргументов для обоснования тезиса, лишь отвергает их, хотя вполне возможно, что аргументы в пользу тезиса есть, и их даже много, но по разным причинам они в доказательстве не использовались. Таким образом, опровержение аргументов называть анти доказательством не всегда правильно.

Так же и с опровержением демонстрации. Обосновывая неправильность (нелогичность) связи тезиса с аргументами, или связи между аргументами в доказательстве, мы лишь указываем на нарушение логики, но этим не отрицаются ни сам тезис, ни те аргументы, которые были приведены. И то, и другое может оказаться вполне приемлемым – стоит лишь найти более правильные непосредственные или опосредованные связи между ними. Поэтому не всякое опровержение можно назвать опровержением доказательства в целом, точнее, не всякое опровержение отбрасывает доказательство в целом.

Соответственно видам опровержения (опровержение тезиса, опровержение аргументов и опровержение демонстрации) можно указать и способы опровержения. Так, тезис может быть опровергнут путем доказательства антитезиса и путем выведения следствий из тезиса, противоречащих очевидной действительности, или системе знания (принципам и законам теории). Аргументы могут быть опровергнуты как путем обоснования их ложности (аргументы только кажутся истинными, или некритически принимаются за истинные), так и путем обоснования того, что для доказательства тезиса приведенных аргументов мало. Опровергать можно и путем обоснования того, что используемые аргументы сами нуждаются в обосновании.

Опровергать можно также путем установления того, что источник фактов (оснований, аргументов) для обоснования тезиса является недостоверным: эффект подделанных документов.

Способов опровержения демонстрации в силу множества самих правил демонстрации достаточно много. Опровержение может указывать на нарушение любого правила умозаключения, если аргументы доказательства связываются не по правилам, то ли посылок, то ли терминов. Опровержение может обнажить нарушение связи аргументов с самим тезисом, указывая на нарушение правил фигур категорического силлогизма и их модусов, указывая на нарушение правил условного и разделительного силлогизмов.

Вот здесь полезно дать фальсификацию??

Общенаучные подходы

Общенаучные методы применяются во всех науках, но обязательно с учетом особенностей предмета каждой науки или научной дисциплины и специфики познания природных, социальных и духовных явлений. К общенаучным относят субстратный подход, структурный подход и структурализм, функциональный подход и его особенности, системный подход и его основные принципы, алгоритмический и вероятностный подходы.

Субстратный подход

Вселенная состоит из бесконечного числа небесных тел. Биосфера – это миллиарды единичных живых организмов. Человечество – это более 6 млрд человек. Каждый такой единичный предмет представляет собой акциденцию (случай, случайность), принадлежащую своему кругу необходимости.

Акциденции, рассматриваемые через последовательный ряд определений необходимости (условия, предмет, деятельность), обнаруживают свою непосредственную связь друг с другом в пределах той системы, которой они принадлежат. Поэтому определение акциденции с необходимость отправляет нас к определению субстанции. Субстанция представляет собой тотальность акциденций. Так, например, тотальность небесных тел как акциденций дает нам субстанцию вселенной. Тотальность живых организмов, рассматриваемых в качестве акциденций, дает нам субстанцию биосферы. Тотальность людей как акциденций дает нам субстанцию человечества.

Субстрат, согласно Гегелю, это пассивная субстанция, которая предположила себя субстанция в переводе – основа, подстилка). Под этим именем принято представлять себе то, что должно лежать в основании всего существующего в этом мире. Но если мы будем рассматривать субстанцию отдельно от акциденций как некую первоматерию, то при всей своей фантазии мы ее в таком самостоятельном виде нигде не обнаружим. Без акциденций, связанных между собой кругом определенной необходимости, субстанции не существует. И категории субстанции в том ее значении, которое вкладывал Спиноза, не хватало содержащейся в ней противоположности – принципа акцидентальности. Этот недостаток был восполнен Лейбницем в его учении о монадах (единица, единое).

Следует иметь в виду, что имеющее субстанциальную природу, является необходимым. То, что имеет акцидентальную природу, подвержено случайности. Например, субстанциально необходимым для общества является наличие сферы здравоохранения. Но кто именно из людей (акциденций) посвятит свою жизнь медицине – вопрос случайности. С другой стороны, тот единичный предмет, который имеет субстанциальное значение, должен быть защищен от присущей ему акцидентальной природе случайности. Если научная или государственная деятельность человека приобретает всеобщее значение, то его жизнь и деятельность должны быть защищены от случайности.

Мощь действия субстанции есть нечто только потенциальное. Для того, чтобы она перешла в действие, необходимо наличие причины. Поскольку субстанция представляет собой тотальность акциденций, постольку причина ее действия находится не за ее пределами, а в ней самой, в ее акциденциях. Определение Спинозы, согласно которому субстанция есть причина существования самой себя, должно быть дополнено положением о том, что субстанция есть также причина своего собственного действия. (Труфанов, с. 96)

Под субстратом понимают материю или дух, вещество или отношение. Материализм называет субстратом только материальный носитель либо всех явлений (праматерия, или некое всеобщее), либо только некоторого класса явлений. В качестве специфического субстрата называют в химии вещество, подвергающееся превращению под действием фермента, в биологии – основу (предмет или вещество), к которой прикреплены животные или растительные организмы, а также среда постоянного обитания и развития организмов.

В философии под субстратом имеют в виду общую и относительно элементарную основу содержания явления, некий строительный материал того или иного структурного уровня бытия или бытия в целом.

Субстрат – непосредственное, неопределенное и устойчивое в сущности; он служит основой единства качества и количества и их перехода друг в друга. (см. Пивоваров Д.В. Субстрат// Современный философский словарь. – М.: Академический проект, 2004. – 864с.).

В трактовке Аристотеля, субстанциальный подход означал попытку говорить обо всем, что существует, будь оно материальным, идеальным, а вместе с тем искать абсолютные устойчивые основания всего сущего. Понятие субстанции означало абсолютность, неизменность, вечность, неразделимость, то «без чего все не существует». В соответствии с данным подходом, бытие не порождает, а структурирует мир. Причина у Аристотеля – это не порождающий, а определяющий фактор. Основанием его философии, заложившей основу европейской философии, было единство субстанциального подхода к бытию и учение о боге. Философское понимание бытия и существования в средние века было связано все с тем же вопросом: отождествлять ли бога с бытием или поставить его выше бытия?

Новое естествознание, редуцируя все отношения к математическим, стало отвоевывать у философии ее пространство вещей и явлений, оставляя ей чистое познание. Однако здесь появляется Декарт и Спиноза, и с этого момента рефлексия становится центром: человек обретает мир только постольку, поскольку он воспринимает в своем сознании самого себя. Возникает новый род метафизики, он представляет мир не как сумму многообразных пребывающих в нем субстанций, но как самовосприятие сознания, которому соответствует внутренний мир, открываемый рефлексией. Человек находится в ситуации внутреннего взгляда на что-либо, а этот внутренний взгляд он может получить только извне.

Все, что рефлексией схватывается в сознании, есть часть чего-то большего. Бытие есть соотнесенность, ибо не существует более отдельных, самостоятельных реальностей, которые бы существовали сами по себе, а уже затем вступали в отношения с другими реальностями; скорее, все бытие в целом есть отношение, писал Гегель, а истина есть целое.

В этой связи то отдельное сущее, о котором говорил Аристотель, становится чистой границей отношений. Карл Маркс затем продолжит мысль Гегеля и скажет: человек есть совокупность общественных отношений.

Философия вырабатывает понятие о материи, а наука – учение о материи. С точки зрения философии единственное свойство материи – это быть объективной реальностью, наука же считает, что материя имеет множество свойств, которые характеризуются в терминах неуничтожимость, неисчерпаемость.

Философия придерживается гносеологического аспекта, согласно которому материя есть философская категория для обозначения всей объективной реальности, с помощью которой решается основной вопрос философии, важнейший признак материи – объективность.

С точки зрения науки, которая придерживается онтологического аспекта, материя – это научное понятие, с помощью которого исследуют конкретные формы, состояния, свойства, характеристики предметов. Знания о материи основаны на данных физики, химии, биологии и других наук.

Выделяют следующие этапы формирования представлений о материи:

-натурфилософский, когда формируются концепции созерцательного материализма, согласно которым материя есть конкретное вещество (четыре элемента);

-отдельно выделяют концепцию атомистического материализма, согласно которой материя – это атомы и пустота;

-этап классической механики, когда формируется концепция дискретного строения материи, которая гласит, что материя есть субстанция, состоящая из отдельных частиц – атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, имеют массу и вес (Ньютона);

-этап электродинамики, когда формируется концепция континуального (непрерывного) строения материи: материя существует в двух видах – вещество и поле. Они строго разделены и их превращение друг в друга невозможно. Главным является поле, а значит, основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности (Максвелл);

-этап квантовой механики, когда формируется концепция корпускулярно-волнового дуализма, согласно которой материя как физическая реальность едина и нет пропасти между веществом и полем. Поле подобно веществу обладает корпускулярными свойствами, а частицы вещества подобно полю – волновыми, т.е. каждый элемент материи обладает свойствами волны и частицы (Планк, Гейзенберг, Шредингер, Бор).

Итак, основные виды материи – вещество и поле, основные свойства – объективность, всеобщность, неуничтожимость, неисчерпаемость и т.п. Способ существования материи – движение. Основные формы существования материи – это пространство и время. Мир есть движущаяся в пространстве и времени материя. Существует три уровня строения мироздания: мегамир, макромир, микромир.

В истории науки известно, что американский ученый Б.Франклин мыслил электричество в виде единой жидкой субстанции, которая находится обычно во всех веществах. В молодости он был бухгалтером, и, пользуясь известной ему терминологией, он использовал знак плюс (+) для представления избытка электрической жидкости в телах. Подобные тела он назвал положительно заряженными. Аналогичный смысл имеет знак минус (-), который был использован для обозначения недостатка, потери электрической жидкости по сравнению с ее нормальным количеством в веществе. Вещества, которые имели недостаток этой жидкости, он назвал отрицательно заряженными. Вещества же, в которых не было ни недостатка, ни избытка электрической жидкости по сравнению с ее нормальным содержанием, были названы нейтральными.

Затем Б.Франклин высказал утверждение, что если привести в соприкосновение тело с избытком и тело с недостатком электрической жидкости, то последняя будет перетекать от тела с избытком к телу с недостатком ее. Иными словами, он предположил, что электрическая жидкость будет течь от положительно к отрицательно заряженному веществу.

На самом деле электронная теория гласит следующее:

-вещество состоит в основном из двух типов заряженных частиц, называемых электронами и протонами;

-при этом все электроны совершенно одинаковы; они имеют ничтожную массу и находятся в постоянном движении вокруг атомных ядер; они имеют единичный отрицательный заряд;

-все протоны совершенно одинаковы; они имеют массу при мерно в 2000 раз большую массы электрона, находятся в ядрах атомов и обладают единичным положительным зарядом;

-существенно то, что вещества отличаются друг от друга разными количествами и расположением этих фундаментальных частиц;

-электроны, благодаря своей ничтожной массе и тому, что существуют вне атомных ядер, движутся значительно быстрее протонов;

-все вещества в обычных условиях содержат равные количества электронов и протонов. Значит, сумма всех отрицательных зарядов равна сумме всех положительных зарядов, и вещество в целом электрически нейтрально;

-когда нейтральное тело приобретает электроны от какого-либо внешнего источника, оно получает отрицательный заряд. Таким образом, тело является заряженным отрицательно, если обладает избыточным, по сравнению с нормальным, числом электронов;

-когда нейтральное тело теряет электроны, оно получает положительный заряд. Таким образом, тело является заряженным положительно, если имеет недостаток электронов;

-следовательно, тело получает электрический заряд, приобретая или теряя электроны.

Согласно электронной теории, атомы содержат протоны и электроны, последние расположены и движутся примерно так, как планеты вокруг Солнца. Наиболее простая из этих миниатюрных солнечных систем состоит из «Солнца», называемого ядром, и содержащего один протон, вокруг которого вращается один электрон, называемый планетарным. Положительно ядро притягивает отрицательный электрон, но благодаря своему вращению он удерживается центробежной силой на своей орбите.

Так как атомы нейтральны, т.е. число протонов и электронов в них равны друг другу, то естественно, что следующий по сложности атом должен состоять из двух протонов и двух электронов, следующий за ним – из трех протонов и трех электронов и так далее вплоть до самого большого из существующих атомов. Опыты показали, что наименее плотным из всех газов является водород: дейтерий, или тяжелый водород, вдвое плотнее обычного водорода. Существует третья разновидность водорода, известная как тритий, он втрое плотнее обычного водорода. Далее, масса атома гелия примерно в четыре раза больше массы атома водорода. Кроме протона в ядрах атомов имеются и другие частицы, названные нейтронами. Нейтрон имеет равный нулю заряд, т.е. нейтрален, а масса его практически не отличается от массы протона.

Сравнение с солнечной системой является весьма поверхностным, т.к. роль орбит играют слои электронов. Первые семь слоев обозначаются буквами K, L, M, N, O, P, Q. Максимальное число электронов (e), которое может находиться в каждом слое? определяется общим соотношением (e = 2 умножить на n в квадрате, где n – номер слоя). Наибольшее число электронов во внешнем слое равно 8. В K-слое максимальное число электронов равно 2. Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Гелий имеет два электрона и оба они находятся в K-слое. В атоме аргона, порядковый номер которого равен 18, два электрона принадлежат K-слою, 8 электронов – L-слою и 8 электронов M-слою. В атоме урана с порядковым номером 92 электроны располагаются по слоям, начиная с K-слоя, в следующем порядке: 2, 8, 18, 32, 18, 12 и 2.

Отсюда можно понять, почему электрический ток связывают с движением электронов. Протоны тесно связаны с нейтронами в ядрах, а ядра движутся лишь при перемещениях атомов как целого. Такое движение затруднено в твердых телах. Электроны, находящиеся вне ядер, связаны с отдельными атомами много слабее, чем протоны. Особенно слабо удерживаются электроны атомов металлов. Во внешних слоях атомов металлов находятся обычно от одного до трех электронов, т.е. эти слои являются относительно «пустыми» (например, атом натрия). Электроны этих слоев очень легко уходят от «своих» атомов, и поэтому металлы являются хорошими проводниками электричества.

С другой стороны, атомы, у которых внешний слой почти заполнен, стремятся приобретать, а не терять электроны. Они отдают электроны лишь с большим трудом. Внешние слои инертных газов – гелия, неона, аргона – заняты полностью, и эти атомы обычно не приобретают и не отдают электронов. Эти элементы являются плохими проводниками.

В смолах, резине, пластмассах и многих других неметаллах, так же как и в инертных газах, электроны не могут двигаться свободно, и поэтому такие вещества являются непроводниками, или изоляторами, диэлектриками.