Закон о науке

Примеры прикладной системы знаний

Некоторые люди могут воспринимать прикладную науку как “полезная” и фундаментальную как “бесполезная”.

Внимательный взгляд на историю, однако, показывает, что базовые знания влекут за собой множество замечательных приложений имеющих большое значение. Многие ученые считают, что базовое понимание необходимо до разработки приложения.

Таким образом, прикладная наука опирается на результаты, полученные в ходе теоретических исследований.

Другие ученые думают, что настало время перейти от теории к практике вместо того, чтобы найти решения для актуальных проблем. Оба подхода допустимы. Это правда, что есть проблемы, которые требуют немедленного практического внимания. Однако, многие решения находятся только с помощью широкого базиса полученных фундаментальных знаний.

Один пример того, как фундаментальные и прикладные науки могут работать вместе, чтобы решить практические проблемы произошли после открытия структуры ДНК, что привело к пониманию молекулярных механизмов, регулирующих репликацию ДНК. Нити ДНК уникальны в каждом человеке и находятся в наших клетках, где они дают инструкции, необходимые для жизни. Во время репликации ДНК они делает новые копии незадолго перед делением клетки. Понимание механизмов репликации ДНК позволили ученым разработать лабораторные методики, которые сейчас используются для выявления, например, генетических заболеваний или определить лиц, которые были на месте преступления или определить отцовство.

Без фундаментальной или теоретической подготовки, маловероятно, что прикладная наука будет существовать.

Другой пример связи между фундаментальными и прикладными исследованиями является проект геном человека, исследование, в котором каждая хромосома человека была проанализирована и сопоставлена, чтобы определить точную последовательность субъединиц ДНК и точное расположение каждого гена (ген – основная единица наследственности, полный комплект генов – геном). Менее сложные организмы также были изучены в рамках данного проекта для того, чтобы лучше понять хромосомы человека. Проект “геном человека” опирался на фундаментальные исследования простых организмов где позже был описан  геном человека

Важной конечной целью в итоге стало использование данных прикладных исследований с целью поиска методов лечения и ранней диагностики генетически обусловленных заболеваний. Проект генома человека был результатом 13-летнего сотрудничества между исследователями, работающими в различных областях

Проект, который секвенировал весь геном человека, был завершен в 2003 году.

Закон космического расширения Хаббла

Давайте на секунду задержим Эдвина Хаббла. В то время как в 1920-х годах бушевала Великая депрессия, Хаббл выступал  с новаторским астрономическим исследованием. Он не только доказал, что были и другие галактики помимо Млечного Пути, но также обнаружил, что эти галактики несутся прочь от нашей собственной, и это движение он назвал разбеганием.

Для того, чтобы количественно оценить скорость этого галактического движения, Хаббл предложил закон космического расширения, он же закон Хаббла. Уравнение выглядит так: скорость = H0 x расстояние. Скорость представляет собой скорость разбегания галактик; H0 — это постоянная Хаббла, или параметр, который показывает скорость расширения вселенной; расстояние — это расстояние одной галактики до той, с которой происходит сравнение.

Постоянная Хаббла рассчитывалась при разных значениях в течение достаточно долгого времени, однако в настоящее время она замерла на точке 70 км/с на мегапарсек

Для нас это не так важно. Важно то, что закон представляет собой удобный способ измерения скорости галактики относительно нашей собственной

И еще важно то, что закон установил, что Вселенная состоит из многих галактик, движение которых прослеживается до Большого Взрыва.

Сущность и структура научного закона

          Законы науки–это
результат отражения законов действительности в научном познании. Они
представляют собой последнее звено научного знания в цепи: «Факт, проблема,
идея, гипотеза, закон.» Далее идёт теория, как система законов.

          Поэтому следуя за
логикой научного знания, научный закон иногда определяют как подтверждённую
научную гипотезу о наличии инвариантной связи между явлениями. В формулировке
научного закона участвует весь арсенал научного знания в виде знаков, понятий,
категорий, фактов, идей, концепций, утверждений, теорий, формул.

          Понятно при этом,
что допускаемое абстрагирование и идеализация позволяют отобразить закон не
полно, относительно и приблизительно. В этом плане, научный закон–это
знаково-понятийная модель закона природы.

          Развитие познания,
методологии, практики и т.д. позволяет учёным постепенно уточнить и дополнить
научный закон, выразить их более высокой степенью достоверности. Таким образом,
научный закон обладает способностью к развитию и совершенствованию, всё больше
приближаясь к адекватной конструкции объективных законов.

          Итак, научный
закон–это идеальная модель объективного закона, отражающая существенные
инвариантные связи между явлениями и выраженная отношением понятий и категорий
данной науки.4

          Формулировка
конкретного научного закона должна отражать сущность, содержание и структуру и
условия проявления научного закона:

a)  Сущность закона–это установленная инвариантная связь между
явлениями и их сторонами. Для закона Ома, например,–связь между силой тока,
напряжением и сопротивлением.

b)  –это всё то, что включено в формулировку закона: «Напряжение U
между концами проводника с током равно произведению силы тока I на
сопротивление R.»

c)  Структура закономерной связи выражается  формой или способом
связи между параметрами. U=I×R

d)  Условия
проявления закона. Это все те
условия, которые задаются непосредственно, чтобы закономерная связь могла
осуществиться. Изменение
условий влечёт к изменению связей, то есть закона или форм его проявления.

Связь между фундаментальной и прикладной системой знаний

Во время исследований применяется как фундаментальная так и прикладная наука

Изобретения тщательно планируются, но важно отметить, что некоторые открытия делаются благодаря случайности; то есть, путем счастливой случайности, как счастливый сюрприз. Пенициллин был обнаружен, когда биолог Александр Флеминг забыл чашку с бактериями стафилококка

Нежелательная плесень выросла на блюде, убивая болезнетворные бактерии. Плесень оказалась пенициллином и таким образом был обнаружен новый антибиотик. Даже в высокоорганизованном мире, удача, в сочетании с внимательным, пытливым умом, может привести к неожиданным прорывам.

В области естественных наук теоретическая система знаний используется для разработки информации для объяснения явлений естественного мира. Затем эту информацию используют для практических начинаний через прикладную.

Прикладная наука, как правило, разрабатывает технологию, хотя там может быть диалог между фундаментальной и прикладной наукой (исследования и разработки).

Теория Большого Взрыва

Если и стоит знать хотя бы одну научную теорию, то пусть она объяснит, как вселенная достигла нынешнего своего состояния (или не достигла, если опровергнут). На основании исследований, проведенных Эдвином Хабблом, Жоржем Леметром и Альбертом Эйнштейном, теория Большого Взрыва постулирует, что Вселенная началась 14 миллиардов лет назад с массивного расширения. В какой-то момент Вселенная была заключена в одной точке и охватывала всю материю нынешней вселенной. Это движение продолжается и по сей день, а сама вселенная постоянно расширяется.

Теория Большого Взрыва получила широкую поддержку в научных кругах после того, как Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили космический микроволновый фон в 1965 году. С помощью радиотелескопов два астронома обнаружили космический шум, или статику, которая не рассеивается со временем. В сотрудничестве с принстонским исследователем Робертом Дике, пара ученых подтвердила гипотезу Дике о том, что первоначальный Большой Взрыв оставил после себя излучение низкого уровня, которое можно обнаружить по всей Вселенной.

НЕОНЕКЛАССИЧЕСКАЯ (ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКАЯ) НАУКА

Сила Архимеда

После того как древний грек Архимед открыл свой принцип плавучести, он якобы крикнул «Эврика!» (Нашел!) и побежал голышом по Сиракузам. Так гласит легенда. Открытие было вот настолько важным. Также легенда гласит, что Архимед обнаружил принцип, когда заметил, что вода в ванной поднимается при погружении в него тела.

Согласно принципу плавучести Архимеда, сила, действующая на погруженный или частично погруженный объект, равна массе жидкости, которую смещает объект. Этот принцип имеет важнейшее значение в расчетах плотности, а также проектировании подлодок и других океанических судов.

↑ Понятие «наука»

Наука — форма духовной деятельности людей, направленная на производство знаний о природе, обществе и о самом познании, имеющая непосредственную цель постижения истины и открытия объективных законов.

Современная наука — явление многогранное по своим основным признакам и характеристикам.

Структурные элементы науки:

• Социальный институт со своей структурой и функциями. Особая система общественных организаций, учреждений, вырабатывающих, хранящих, распространяющих и внедряющих знания (НИИ, ВУЗЫ, академические институты, Академия наук РФ и др.)
• Особая система знаний (в форме научных представлений, понятий, теорий), приведенная в целостную систему на основе определенных принципов.
• Общность людей, научное сообщество
• Отрасль духовного производства: система научных исследований; опытно-конструкторские изыскания 

Основная продукция: понятия, законы, теории.

Результатом научной деятельности является формирование научной картины мира, те. представление или «образ» мира, основанный на достижениях различных наук.

Универсальный закон тяготения

Сегодня это может быть в порядке вещей, но более чем 300 лет назад сэр Исаак Ньютон предложил революционную идею: два любых объекта, независимо от их массы, оказывают гравитационное притяжение друг на друга. Этот закон представлен уравнением, с которым многие школьники сталкиваются в старших классах физико-математического профиля.

F = G × [(m1m2)/r²]

F  — это гравитационная сила между двумя объектами, измеряемая в ньютонах. M1 и M2 — это массы двух объектов, в то время как r — это расстояние между ними. G — это гравитационная постоянная, в настоящее время рассчитанная как  6,67384(80)·10−11 или Н·м²·кг−2.

Преимущество универсального закона тяготения в том, что он позволяет вычислить гравитационное притяжение между двумя любыми объектами. Эта способность крайне полезна, когда ученые, например, запускают спутник на орбиту или определяют курс Луны.

Типы получения знаний

 Научное сообщество обсуждает последние несколько десятилетий о значимости разных типов получения знаний. Выгодно заниматься познанием ради просто получения знаний, или же их  можно применить к решению конкретной проблемы или для улучшения нашей жизни?  Этот вопрос фокусируется на различиях между двумя типами: фундаментальная и прикладная наука.

Фундаментальные или “чистые” науки стремятся к расширению знаний независимо от краткосрочного применения этих знаний. Она не сосредоточена на разработке продукта или услуги непосредственно государственной или коммерческой ценности. Цель фундаментальных наук – знание ради познания, хотя это не значит, что в конце концов, это не может привести к практическому применению.

В отличие от прикладных наук или “технологий” система стремится использовать полученный продукт для решения реальных мировых проблем, таких как повышение урожайности сельскохозяйственных культур, лекарство от определенной болезни или спасать животных которым угрожает стихийное бедствие. В прикладных науках, проблема обычно определяется для исследователя.

Медицинская микробиология является примером прикладных знаний. Эти познания биологии дают новые технологии, хотя и не обязательно только медицинские, которые разработаны конкретно через биомедицину и биомедицинскую инженерию.

Эпидемиология, которая  изучает закономерности, причины, последствия и условия влияния на здоровье заболевания в определенной популяции, является применением формальных наук статистики и теории вероятностей. Генетическая эпидемиология  применяет как биологические, так и статистические методы относящиеся к разным типам наук.

Таким образом, грань между теоретической и практической деятельностью человека весьма условна.

Теоретические методы научного познания

• Анализ – (от греч. разложение, расчленение)процесс мысленного и фактического разложения целого предмета изучения на составляющие его части, изучение каждой части в отдельности (например, анализ литературного произведения, его темы, идеи,  характеристика героев).
• Синтез – (от греч. соединение, сочетание, составление) процесс мысленного и фактического соединения частей и изучение изучаемого предмета как единого целого (например, обобщение всех подтем по единой теме  «Имя существительное»)
• Индукция —(от лат. наведение)переход от изучения отдельных частей к изучению целого, от частного — к общему (например, изучение сначала отдельных признаков глагола в причастии, а затем выведение итогового суждения о том, что причастие имеет признаки глагола).
• Дедукция — (от лат. — выведение) выведение нового знания на основе нескольких других утверждений об изучаемом предмете, от общего к частному( например, сначала учитель даёт учащимся общие правила написания Н и НН в причастиях, а затем каждое правило разбирает отдельно на конкретных примерах).
• Абстрагирование – (от лат. — отвлечение) отвлечение от свойств и признаков изучаемого предмета ради выявления какого-либо определённого его свойства (например, на уроках анатомии учащиеся изучают систему кровообращения  человека, не говоря в это время о других системах, хотя кровообращение тесно связано с дыханием, пищеварением и т.д.)
• Моделирование – создание модели изучаемого предмета с целью его наиболее полного познания (например, на уроках химии учащиеся изучают строение вещества по модели атома).
• Аналогия – (от греч. соответствие) изучение предметов и явлений по их сходству в чём-либо (например, решение задач, подобных той, которую объяснил учитель)
• Идеализация — (от лат. образ) ,мысленное, абстрактное воссоздание изучаемых предметов, которые в действительности не могут быть воспроизведены (например, невозможно увидеть, как в результате Большого взрыва образовалась Вселенная).
• Классификация – (от лат.— разряд и делать)  объединение различных  изучаемых предметов в группы по каким-либо признакам (например, классификация растений).
• Формализация – (от лат. — вид, образ)знаковая, символическая система отражения знаний (например, химические символы для отражения веществ)

Теоретические методы тоже тесно связаны с эмпирическими, так как требуют проверки, сравнения, проведения эксперимента. Обе группы методов находятся во взаимосвязи, чтобы получить  достоверные научные знания.

Как видите, ребята, по приведённым примерам, все данные методы используются учителями  буквально на каждом учебном предмете, а вы в школе получаете первичные навыки их использования  в процессе познания мира.

НАУЧНЫЙ КОЛЛЕКТИВ

НОВИЗНА

НОВИЗНА — одна из основных ценностей и целей научного познания наряду с адекватностью (истинностью) и полезностью. В этом смысле «большая» справедливо рассматривается как социально организованная по производству нового знания

Воспроизводство накопленного наукой огромного массива знания, его передача и усвоение новыми поколениями через разветвленную систему образования — безусловно, важное условие и предпосылка дальнейшего существования науки, но ценность ученого как ученого определяется и измеряется прежде всего, теми новыми знаниями, тем личным вкладом, который он внес в массив научного знания. Основным приоритетом для науки и ученого является не просто или истина, а именно новое знание и новая истина

Новое знание бывает двух видов: 1) как кумулятивное дополнение к старому; и 2) как отрицание старого, как утверждение альтернативных взглядов, противоречащих прежним устоявшимся в науке концепциям. Утверждение инноваций второго рода происходит в сложной социальной борьбе научных традиций, школ и требует от ученых большого напряжения сил и личного мужества. (См. , когнитивные ценности).

На примерах о различии теории и закона

Хотя и научные законы, и научные теории опираются на обширную базу эмпирический данных, принятых в научном сообществе, и способствуют ее унификации, это не одно и то же.

«Закон — это описание (зачастую математическое) естественных явлений. Например, закон всемирного тяготения Ньютона или закон независимого наследования Менделя. Они описывают явление, но не объясняют, почему так происходит», — говорит Коппингер.

Закон всемирного тяготения был открыт в XVII в. Он математически объясняет, как два тела во Вселенной взаимодействуют друг с другом. Однако ньютоновский закон не объясняет, что такое гравитация или как она работает. Три века спустя с этим справился Альберт Эйнштейн, разработав теорию относительности. Только после этого ученые действительно начали понимать, что же это за гравитация такая и как же она все-таки работает.

Другой пример различия между законом и теорией рассмотрим на третьем законе Грегора Менделя: «При скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях». «Мендель не знал ничего о ДНК или хромосомах. Биохимическое объяснение его закона появилось спустя сотню лет вместе с их открытием. Хромосомная теория наследственности используется для объяснения этого закона по сей день (а это уже более 100 лет — прим. ред.)», — говорит Коппингер.

Типология научного закона (классификация)

          Научные законы
подразделяют:

1.  На качественные
и количественные.

Качество–это система важнейших необходимых свойств предмета
без которых он не существует. Количество–это внутрикачественное различие
предметов, характеризуемое числом и величиной. Качественные законы отражают
систему или объект в целом через специфические свойства зависимости и причины.
Их часто именуют содержательными.

Количественный
закон выражает отношение через число, функциональную зависимость и так далее.

2.  По пространственным
и временным формам связи.

Выделяют
научные законы строения (Кеплера), функционирования (Ньютона) и
развития (Мендель, Хаксли).

3.  По степени
предсказания

на
статистические (вероятностные) и динамические (жёстко детерминированные).

4.  По
уровням познания:

a)  эмпирические (связь между чувственно наблюдаемыми сторонами явления).
Они не отвечают на вопрос:
«Почему?»

b)  теоретические, в которых отражены существенные связи ненаблюдаемых
объектов и формулируются в логико-математическом языке.

5.  По форме
общности и уровню отражения сущности

подразделяют
на основные (фундаментальные) и не основные (частные, специфические). Первые
составляют основу частных, которые могут быть выведены из основных.

6.  По
специфике исследуемых объектов.

Законы термодинамики

Британский физик и писатель Ч. П. Сноу однажды сказал, что неученый, который не знал второго закона термодинамики, был как ученый, который никогда не читал Шекспира

Нынче известное заявление Сноу подчеркивало важность термодинамики и необходимость даже людям, далеким от науки, знать его

Термодинамика — это наука о том, как энергия работает в системе, будь то двигатель или ядро Земли. Ее можно свести к нескольким базовым законам, которые Сноу обозначил следующим образом:

— Вы не можете выиграть.
— Вы не избежите убытков.
— Вы не можете выйти из игры.

Давайте немного разберемся с этим. Говоря, что вы не можете выиграть, Сноу имел в виду то, что поскольку материя и энергия сохраняются, вы не можете получить одно, не потеряв второе (то есть E=mc²). Также это означает, что для работы двигателя вам нужно поставлять тепло, однако в отсутствии идеально замкнутой системы некоторое количество тепла неизбежно будет уходить в открытый мир, что приведет ко второму закону.

Второй закон — убытки неизбежны — означает, что в связи с возрастающей энтропией, вы не можете вернуться к прежнему энергетическому состоянию. Энергия, сконцентрированная в одном месте, всегда будет стремиться к местам более низкой концентрации.

Наконец, третий закон — вы не можете выйти из игры — относится к абсолютному нулю, самой низкой теоретически возможной температуре — минус 273,15 градуса Цельсия. Когда система достигает абсолютного нуля, движение молекул останавливается, а значит энтропия достигнет самого низкого значения и не будет даже кинетической энергии. Но в реальном мире достичь абсолютного нуля невозможно — только очень близко к нему подойти.

Компоненты теории

Природу теории можно лучше понять, рассмотрев значения каждого из компонентов теории и то, как они связаны друг с другом.

Понятия и конструкции

Термины понятие и конструкция часто используются взаимозаменяемо.

Социологи более склонны использовать понятие, в то время как психологи обычно предпочитают слово конструкция. Оба они относятся к термину, которому было дано абстрактное, обобщенное значение.

Несколько примеров концепций в социологии – это статус, социальная система, стратификация, социальная структура и культура. Некоторые психологические конструкции-это мотивация, эго, враждебность, личность и интеллект. В управлении наши концепции или конструкции включают централизацию, формализацию, лидерство, мораль и неформальную организацию.

Социологи изобретают концепции, которые помогают им изучать и систематически анализировать явления. Другими словами, они вкладывают язык для описания поведения.

Есть, по крайней мере, два важных преимущества определения теоретических понятий:

• во – первых, исследователи и практики могут договориться об их значении;
• во-вторых, их абстрактность способствует развитию обобщений.

Эвoлюция и естественный отбор

Теперь, когда мы установили некоторые из основных понятий о том, с чего началась Вселенная и как физические законы влияют на нашу повседневную жизнь, давайте обратим внимание на человеческую форму и выясним, как мы дошли до такого. По мнению большинства ученых, вся жизнь на Земле имеет общего предка

Но для того, чтобы образовалась такая огромная разница между всеми живыми организмами, некоторые из них должны были превратиться в отдельный вид.

В общем смысле, эта дифференциация произошла в процессе эволюции. Популяции организмов и их черты прошли через такие механизмы, как мутации. Те, у кого черты были более выгодными для выживания, вроде коричневых лягушек, которые отлично маскируются в болоте, были естественным образом избраны для выживания. Вот откуда взял начало термин естественный отбор.

Можно умножить две этих теории на много-много времени, и собственно это сделал Дарвин в 19 веке. Эволюция и естественный отбор объясняют огромное разнообразие жизни на Земле.

НЕЛИНЕЙНОЕ МЫШЛЕНИЕ