1. Основные понятия методологии механического познания.

Изменение принципов механики, изменение понятия "механическое движение", расширение предмета и абстрактных моделей механики, возникновение в физике новых представлений о пространстве и времени, массе и поле, характере взаимодействия материальных объектов и другие изменения ставят перед историей механики проблему историко-методологического сравнения и анализа развития механики: например, "классического" и "неклассического" типа. Возникают трудности терминологического и методологического характера: "стыковки" последовательно сменяющих друг друга фундаментальных теоретических систем, проблемы выбора конкурирующих теорий и гипотез.

Решая эти проблемы, невозможно не использовать комплекс понятий, представлений, теорий, которые разрабатываются в особой области философского знания - методологии науки. Предметом методологии науки выступают многообразные методы, приемы, операции научного исследования, его нормы и идеалы, структура и формы организации научного знания. Такие понятия, как эмпирический и теоретический уровни науки, научная революция, научная картина мира, идеалы и нормы науки активно используются в историкометодологическом анализе и составляют его понятийный аппарат. Современная методология науки интенсивно использует материал истории науки.

Наиболее активно в истории механики осмысливалась проблема соотношения теоретического и эмпирического уровней механического знания. В структуре механического, как и любого другого научного знания, выделяются, прежде всего два уровня знания – эмпирический и теоретический. Этим уровням соответствуют и специфическая познавательная деятельность - эмпирическая и теоретическая, которые различаются по предмету, средствам исследования, особенностям методов.

Рассматривая отличие по предмету, можно сказать, что эмпирическое исследование в основе своей ориентировано на изучение явлений и зависимостей между ними. Среди таких зависимостей можно назвать, например, нахождение периода колебаний маятника с неподвижной и движущейся точками подвеса; экспериментально найденная зависимость между напряжением в теле и действующими на него усилиями - закон Гука в теории упругости и др. Познание на эмпирическом уровне не сводится только к фиксации данных наблюдения, но на основе этих данных формируется особый тип знания - научный факт.

Теоретическое познание способствует выделению сущностных связей в "чистом" виде,

т.е. находит и формулирует отношения между законами, которым подчиняется данный объект. Коли эмпирическая зависимость, в основном, результат индуктивного обобщения, то теоретический закон - это достоверное знание, которое достигается c помощью особых теоретических средств и методов. Например, теория движения механической системы с несколькими степенями свободы или теория соотношения между напряжениями в изотропных и анизотропных телах.

Эмпирия и теория в механике различаются по средствам исследования. Эмпирическое исследование предполагает непосредственный контакт с объектом, поэтому пользуется приборами, приборными установками и другими средствами реального наблюдения и эксперимента. На теоретическом уровне объект изучается только опосредованно, в мысленном эксперименте, но не в реальном.

Эмпирический и теоретический языки науки также являются средством познания. Эмпирический язык науки - механики, в том числе является сложным образованием и включает как эмпирические термины, так и теоретические. Смыслом эмпирических терминов являются особые абстракции - эмпирические объекты - "Земля", "расстояние между Землѐй и Луной" и др.

В теоретическом исследовании применяют, в основном, теоретический язык (теоретические термины) в качестве средства исследования. Все теоретические высказывания классической механики непосредственно характеризуют связи, свойства и отношения идеализированных конструктов, таких, как "материальная точка", "идеальный газ", "твѐрдое тело", "сила", "инерциальная система отсчѐта" и т.д., которые представляют собой идеализации и не могут существовать в качестве реальных материальных объектов. Например, "сила" в механике определяется как особое свойство одного тела (или нескольких) воздействовать на другое тело и изменять состояние его движения. Это свойство абстрагируется от самих тел и превращается в самостоятельный объект, существующий наряду с другими телами и воздействующий на них.

Однако все эти теоретические конструкции механики можно сопоставить с некоторыми фрагментами природы: "материальная точка" - с телами, размерами которых можно пренебречь при решении определѐнных задач, "инерциальная система отсчѐта" - с реальными предметами и процессами, используемыми в роли "линеек и часов", движение которых с определѐнным допуском можно считать равномерным и прямолинейным. Введение в теорию абстрактных, идеализированных объектов позволяет решить задачу выявления законов взаимодействия объектов "в чистом виде".

Соответственно эмпирический и теоретический уровни познания отличаются по своим методам. Для эмпирического уровня - это реальные наблюдения и эксперимент. Для теоретического - метод идеализации (метод построения идеализированных объектов); мысленный эксперимент с идеализированными объектами, которые как бы заменяют реальные; методы построения теории: аксиоматический, гипотетико-дедуктивный и др.

Именно методы построения теории стали предметом взаимопротивостояния в истории механики. Примером дедуктивного построения науки является механика и космология Рене Декарта (17 в). Декарт считал, что именно метод дедукции, движение познания от рационального знания к эмпирическому обеспечивает решение основной задачи науки - построение истинной теории и постижение законов природы.

С другой стороны, методологический анализ отношения И. Ньютона к гипотезам и опытным данным даѐт возможность понять суть индуктявизма Ньютона, формулой которого была известная фраза: "Гипотез не измышляю". В механике, в оптике, в астрономии Ньютон стремился опираться только на опытные принципы, которые могут быть в будущем дополнены, обобщены, изменены, но в основе своей были незыблемы и долговечны.

В качестве примера индуктивного подхода могут быть названы многие руководства по строительной механике 19 в.

Отделение эмпирического от теоретического, индуктивно-эмпирических методов от дедуктивных, рациональных возможно только в абстракции. В реальном познании эти два слоя знания всегда взаимодействуют.

Рассматривая творчество Галилея, можно видеть, как для проведения опытов с падением шариков вдоль наклонных плоскостей, он ввѐл свой знаменитый тезис о равновысоких наклонных плоскостях, содержащий зародыши энергетических принципов. Таким образом, опыт и наблюдения в трудах Галилея были опосредованы и освещены глубокими теоретическими соображениями.

Научное знание в любой области, в том числе и в механике, является большим числом взаимосвязанных и взаимодействующих между собой различных типов знаний, как на эмпирическом (наблюдения и факты), так и на теоретическом (частные теории и обобщающие теоретические схемы) уровнях. Кроме указанных, в структуре научного знания выделяется особый слой - основания научного знания: идеалы и нормы исследования, научная картина мира и философские основания. Указанные основания науки формируются под влиянием внутринаучных и социокультурных факторов. Эти сложные по природе образования придают целостность научному знанию, интегрируют его в соответствующую социальную и культурную среду.

Как и всякая деятельность, научное познание регулируется определѐнными установками, идеалами, нормативами, которые выражают цели и ценности науки. Это идеалы и нормы доказательности и обоснования знания, объяснения и описания, организации теории.

Одним из таких регулятивов, принципиальных в процессе построения теоретического знания в механике, был и остаѐтся "принцип простоты", "Принцип простоты" - принцип, регулирующий выбор наиболее оптимальной структуры, организации теории. Системный характер научного знания связан с выбором наименьшего числа принципиальных положений в основании теории. На их основе происходит объяснение большего или меньшего круга явлений, которые входят в"компетенцию" данной теории. Было подмечено, что более простая теория, как правило, оказывается более эффективной по сравнению со сложными многозвенными схемами. Принцип простоты, или иначе "Бритва Оккама", явился обобщением этого опыта познания.

Критерии "простоты" теории могут быть различными: эмпирическими и внеэмпирическими, логическими и эстетическими. Классическим примером внеэмпирического математического критерия для выбора пути построения общей теории можно привести критерии простоты, которыми пользовался А. Эйнштейн. Он подчѐркивал теоретико-познавательное значение его сравнительной простоты: "Выдающееся эвристическое значение общего принципа относительности состоит вот в чѐм: он приводит нас к отысканию тех систем уравнений, которые, будучи обще ковариантными, являются в то же время наиболее простыми, среди этих систем мы и должны искать уравнения поля, выражающие свойства физического пространства" (Эйнштейн А. Собр. научи.трудов, т.IV, с.284).

Существуют два современных подхода к интерпретации "принципа простоты": на основе возможности верификации (проверяемости) гипотезы и на основе возможности фальсификации (опровержения) ее.

При первом, исходя из требования проверяемости гипотезы, постепенно "отрезают" дополнительные предположения к основной посылке, а иногда и саму посылку. Как, например, в процессе проверки истинности вихревой гипотезы Декарта, для сохранения которой в 18 в. высказывалось большое разнообразие гипотез. Гипотеза "обросла" таким количеством переплетающихся "ветвей", что "бритва Оккама" отрезала вместе с ними и основной ствол: вихревая гипотеза уступила место конкурирующей теории тяготения Ньютона.

Другой подход развит К.Поппером на основе принципа фальсификации. Например, проверку истинности траекторий планет И.Кеплер начал с традиционной круговой орбиты. Эту гипотезу легче было опровергнуть, чем гипотезу об эллиптической орбите. Последняя и сохранилась в качестве вполне удовлетворительного приближения к истине.

Особым компонентом научного, в том числе механического, знания является научная картина мира. В каждой отрасли науки складывается своя общая картина тех объектов и процессов, которые изучает наука на определѐнном этапе своего исторического развития. Эта картина определяет видение природы естествоиспытателем, вводит в науку общие представления о структуре изучаемой реальности. Благодаря сопоставлению (объективации) теоретического знания (теорий, теоретических схем) с научной картиной мира, теория может быть представлена как отображение реальных природных процессов.

Например, Г.Герц построил свою механику на основе такой системы фундаментальных абстрактных объектов, где заданы только корреляции материальных точек (масс) к пространству и времени. Идея Герца заключалась в том, чтобы любое движение механической системы описать как свободное движение по одному из возможных "прямейших путей", т.е. по геодезическим линиям.

Герц показывает, что, исходя из предложенной им теоретической схемы, можно получить известные законы механики и доказать в качестве теорем принцип Гамильтона и принцип наименьшего действия Эйлера-Лагранжа. Казалось бы, этих аргументов достаточно, чтобы обосновать теорию как выражение сущности механических процессов. Тем не менее, Герц включает в изложение своей теории ещѐ одно обоснование, которое не было следствием из его собственных соображений. Герц ссылается на то, что после успехов теории электромагнитного поля в физике утверждается представление о процессах природы как взаимодействии атомов, молекул, макротело мировой средой - эфиром. Поэтому силовые воздействия одного наблюдаемого тела на другое можно представить как движение частиц - масс мировой среды. Согласно Герцу, если дополнить каждую наблюдаемую механическую систему скрытой материальной системой, носителем которой является эфир, можно в любом случае рассмотреть движение системы как естественное движение по одному из возможных "прямейших путей".

Ссылка на существующую в научной картине мира того времени модель взаимодействия (эфир - посредник в передаче взаимодействия одного тела на другое) позволила Герцу представить теорию как образ природных процессов движения.

Целостность самим основаниям механики придают соответствующие философскиметодологические идеи, представления, функции которых - "включить" соответствующее знание в общемировоззренческий фон культуры эпохи. Эти философские представления дают наиболее общие характеристики материальных объектов (природа движения, пространство, время, взаимодействие и т.д.) и содержат сведения о наиболее общих закономерностях процесса познания. Например, принцип передачи сил в мировом эфире при различных взаимодействиях в природе во многом был связан с философскими представлениями о различии между описанием явлений и их объяснением: явление объяснялось материальными процессами, которые непосредственно не лежат на поверхности явления и образуют его сущность.

В истории механики много ярких выразительных примеров взаимовлияния философских воззрений и механического познания; Выдающийся датский астроном Тихо Браге к концу 16 в. обладал большим наблюдательным материалом. Однако понимание мира, которое сложилось в схоластическом мировоззрении и которое он разделял, не позволяло ему принять гелиоцентрическую систему Коперника. Иоганн Кеплер, получивший доступ к журналам астрономических наблюдений Т. Браге, на основе формирующейся Научной картины мира, философские основания которой закладывались философами и учѐными эпохи Возрождения - Дж. Бруно, Коперником, достиг поразительных результатов, не потерявших силу и до наших дней.

Пример влияния мировоззрения учѐного на его научные результаты приводит Л. де Бройль. Он ставит вопрос, почему А. Пуанкаре, заметивший равноправие всех систем отсчѐта, полученных из одной допустимой системы с помощью преобразования Лоренца, не сделал решительного шага для построения специальной теории относительности. Ответ следующий: Пуанкаре скептически оценивал физические теории, считая, что принцип удобства - главный при выборе из множества эквивалентных точек зрения и образов. Этот номинализм мешал ему понять тот факт, что среди логически возможных теорий имеются, однако, теории, которые наиболее близки к физической реальности.

Взаимодействие науки и мировоззрения было двусторонним. Примером влияния механики на формирование определѐнной системы мировоззрения, служит возникновение механистического материализма 18-19 вв., обусловленного крупными успехами механики. (Об этом см. следующие части). Влияние философии на механику осуществлялось и осуществляется не только через философские основания науки, но и личное мировоззрение учѐных.

Таким образом, выделены основные этапы развития механики как науки, а также те методологические понятия и представления, которые служат ориентирами при исследовании исторического развития механики как науки.