Естественнонаучная картина мира. Часть 1. Естествознание – комплекс наук о природе

В основе любой естественнонаучной теории лежат основные законы, положения, уравнения, начала, постулаты, которые играют роль аксиом. Развитие теории состоит в выводе следствий из них дедуктивным методом. Например, из основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов следует уравнение связи давления, температуры и объема идеального газа (уравнение Клапейрона – Менделеева), а из него, в свою очередь, вытекают законы, описывающие состояние газа в изохорном, изобарном и изотермическом процессе.

Индукция – метод рассуждений, основанный на получении общего вывода из частных положений (табл. 1.2). Он также широко применяется в естествознании. Родоначальником индуктивного подхода в естествознании по праву считается Ф. Бэкон. Главным средством познания природы им был провозглашен опыт, а не античное созерцание. Исследователь должен двигаться от частных фактов, полученных в опытах, к общим выводам. Многие законы естествознания (их называют эмпирическими законами) получены индуктивным методом. Например, закон всемирного тяготения обобщает многочисленные факты о притяжении тел: яблоко падает с дерева на Землю, Луна обращается вокруг Земли, Земля обращается вокруг Солнца и многие другие.

Никакого чисто логического перехода от опытных данных и научных фактов к законам не существует. Поэтому выдвигаемые общие положения всегда носят характер гипотез. Для их проверки требуется вывести из гипотезы следствия, то есть применить дедуктивный метод, и сравнить эти следствия с экспериментом. Поэтому индукция и дедукция в ходе научного исследования всегда взаимно дополняют друг друга.

По сути, они являются элементами научного метода. Вспомним этапы научного метода по Галилею (рис. 1.8). Второй этап (выдвижение гипотезы в виде аксиомы) требует индуктивных рассуждений, а третий этап (математическое развитие гипотезы, вывод следствий) – дедуктивных. Метод выдвижения гипотезы и ее дедуктивного развертывания получил название гипотетико-дедуктивный метод. Как любой общелогический метод, он может применяться не только в науке. Например, знаменитый «дедуктивный метод» Шерлока Холмса правильнее было бы назвать гипотетико-дедуктивным.

Общенаучные методы названы так потому, что применяются в разных науках, как естественных, так и гуманитарных. К ним относят эксперимент, наблюдение, измерение, моделирование и другие. Все методы важны, но особое значение для естествознания имеет эксперимент, поскольку он обязателен как в начале, так и в конце практически любого цикла исследования природных объектов, процессов и явлений.

Частнонаучные методы применяются в узкой области той или иной науки для решения определенного класса задач. Например, рентгеноструктурный анализ, который позволяет определять атомную структуру вещества, гибридологический метод, который применяется для исследования наследственных свойств организма, и др.

Так, в современной биологии и медицине широко применяется метод секвенирования ДНК (секвенирования генома). Термин «секвенирование» происходит от англ. «sequence» – последовательность. В молекуле ДНК любого живого организма, в том числе человека, зашифрована информация, которая определяет, как он будет развиваться и расти, к каким болезням предрасположен. Молекула ДНК состоит из структурных элементов – четырех нуклеотидов: А – аденин, G – гуанин, C – цитозин, T–тимин. В ДНК человека примерно 3 миллиарда пар нуклеотидов (половина от отца, половина от матери), которые расположены в строго определенной последовательности.

Секвенирование ДНК – это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Один из них состоит в том, что молекулу разделяют на небольшие кусочки, специальным образом размножают их и прочитывают (рис. 1.10). Далее из этих маленьких кусочков при помощи математических алгоритмов восстанавливают полную последовательность генома. В ходе этой работы применяют специальные приборы – секвенаторы. Для повышения точности каждый участок генома секвенаторы «прочитывают» десятки раз.