Современные компьютерные технологии в науке Проф Спивак Лев

Современные компьютерные технологии в науке Проф. Спивак Лев Феликсович levspivak@mail. ru 8 9164883249

Раздел 1. Специфика научной деятельности как объекта автоматизации. Содержание • 1. Роль науки в современном мире. Цель науки. Основные функции науки. Классификации наук. Методы получения и верификации научных знаний. Не научные методы познания. • 2. Динамика научного знания, смена научных парадигм. Системный подход в науке. Микро и макромиры. Границы научного познания. • 3. Роль определений и описаний в науке. Языки науки и естественный язык. Концепция формализации научных знаний. Формальные языки и формальные грамматики. Формальные системы. Теоремы ограничений. • 4. Организация научных исследований. Сравнение западной и отечественной (советской) моделей науки. Будущее науки.

Цели и ценности науки • Цель – конечный результат деятельности, то к чему мы стремимся • «Познавать, чтобы предвидеть. Предвидеть чтобы управлять» • Ценность: • – практическая полезность ( может быть выражена в деньгах) • – общечеловеческие ценности ( гуманитарные, культурные, просветительные и пр. )

Основные функции науки: • описание ( что есть в мире, что неизменно и что меняется? ) • объяснение (как и почему происходят изменения? ) • предсказание (чего следует ожидать в дальнейшем? ) • преобразование (что и как следует изменить? )

Общая схема процесса познания Материалистическая концепция – исходит из реальности внешнего мира, и возможности его объективного познания Идеалистическая концепция – исходит из данности сознания (мира идей) и не очевидности внешнего этому сознанию мира. Субъект (СБЗ 1) Внешний мир Субъект (СБЗ 2). . Приложение 1 Обобщенная БЗ Приложение 2 Внешний мир . Субъект (СБЗn) Приложение k Объект (Внешний мир) – Субъект ( СБЗ) - Объективная «картина мира»

Объект и предмет науки • Объект науки то, на что направлена познавательная и преобразующая деятельность субъекта. • Объект это фрагмент реальности. Универсальными объектами являются природа, общество и человек. • Предмет науки – это определенный аспект, сторона объекта, взятая данной наукой в качестве главной. • Пример: природа, общество, человек

Алтернативные установки познания • Существует внешний наблюдатель, которому доступно единое, полное и непротиворечивое знание о мире. • Любой наблюдатель, сам является частью мира и участником процесса познания. Следовательно его знание неизбежно будет ограниченным и неполным и определяется : позицией наблюдателя состоянием наблюдателя

Принцип дополнительности (сформулирован в 1927 году Нильсом Бором) • Согласно этому принципу, целостная «картина микромира» формируется из двух взаимоисключающих описаний. В квантовой механике дополнительными являются представление объекта как волны, и как частицы. • Связь с диалектикой: Единство и борьба противоположностей « и А и не А» . Современное обобщение ПД • Множество субъективных представлений дополняют друга и вместе дают объективную (адекватную), хотя и неполную, картину мира. Следствие 1 (слабое) Одного языка (формальной конструкции) недостаточно для описания сложных систем. Следствие 2 (сильное) Научных методов недостаточно для адекватного и полного описания мира

Принцип относительности • Все в мире относительно. • Истинность любого суждения определяется контекстом, который в свою очередь зависит от времени (здесь и сейчас)

Принцип самоорганизации (эволюции) • Мир эволюционирует. • У истории мира есть начало. • Законы природы не привнесены во Вселенную извне, а являются результатом самоорганизационных процессов. • Мир есть бытие самосозидающее ( порядок из хаоса ) • Нет различия между творцом и творимым миром.

Принцип неопределенности • В развитии мира играют роль как закономерности так и случайности. • Мир, где все закономерно, движется по кругу. • Мир, где все случайно, обречен на вечный хаос. Мир не предсказуем. В определенные моменты (точки бифуркации) невозможно предсказать направление дальнейшего развития.

Методы получения научных знаний: дедуктивный вывод (аксиоматика) индуктивный вывод (обобщение экспериментов ) экстраполирование (перенос в пространстве) моделирование (перенос во времени) метод проб и ошибок Всякое знание есть результат пробы (изобретения гипотез), их «подгонки» с учетом имеющихся фактов и замены на новые.

Структура научных знаний • Факты • Гипотезы • Теории

• • «Картина мира – есть совокупность фактов» Факт есть результат наблюдений или вывода Факт может быть истинным или ложным. Факты могут быть простыми (атомарными) и сложными

Гипотезы и теории • Гипотеза предположение или догадка, опирающаяся на полученные или уже имеющиеся данные. В смысле истинности она носит вероятностный характер. То есть истинность или ложность гипотезы в данный момент не установлена. • Критерии оценка гипотезы: – объяснение всего круга фактов (явлений), для осмысления которого она выдвинута – непротиворечивость имеющимся знаниям – предсказательная сила – важные следствия – экспериментальная проверяемость – принципиальная фальсифицируемость – простота, элегантность, красота

• Гипотеза, признанная научным сообществом или ее значительной частью правдоподобной, получает статус теории. • Теория удобный инструмент, принимаемый не потому, что истинен, а потому, что полезен. Чем больший круг вопросов охватывает теория, тем лучше. Та теория, которая охватывает больший круг вопросов является наиболее предпочтительней. • Любая теория – модель реальности, которая описывает действительность косвенно, через систему абстрактных понятий и объектов. • Каждая частная наука – множество фактов и сложная иерархия гипотез и теорий.

Принципы верификации и фальсификации научных теорий • Согласно принципу верификации (Философы Венского кружка, Л. Витгенштейн), главным критерием истинности теории является то, что она верно описывает эмпирическую реальность, т. е. подтверждается экспериментом. Эксперимент определяет истинность или ложность теории. • К. Поппер разделяет понятия истинности и доказательства. • Согласно К. Попперу, научная теория, подтвержденная фактами, не является истинной. Наблюдения подбираются под уже существующую теорию и, следовательно, зависят от нее. Верификация может лишь увеличить убежденность наблюдателя в собственной правоте. • Истинность научных высказываний не может быть доказана, теории могут быть либо опровергнутыми (фальсифицированными) , либо приемлемыми (пока не опровергнутыми). • Следовательно, научное знание вовсе не обязано быть истинным и определение науки как деятельности по добыче достоверных знаний ничего не дает для понимания ее сущности. Научная деятельность состоит в выдвижении и проверке теорий. • Знание адаптируется к окружающей среде путем естественного отбора. Знание есть результат устранения плохо приспособленных априорно изобретенных гипотез или их адаптации. • Аналогия со следствием. Ученый как адвокат.

Классификация наук и научной деятельности • • • По объекту исследования По методу исследования По целевым установкам По уровню формализации По комплексу оснований

Классификация по объекту исследований (Вильгелтм Дильтей ) • Естественные – объектом является природа (окружающий мир) • Гуманитарные – объектом является человек • Социальные – объектом является общество • Классификация по предмету сводится к перечислению

Классификация по целевым установкам: фундаментальные и прикладные науки (ХХ век) • Цель фундаментальных исследований — получение новых знаний. В конечном счете построение, максимально объективной, полной и точной «картины мира» . Фундаментальная наука ориентированы на выявление основных , наиболее общих законов строения и функционирования исследуемых объектов. • Целевая установка фундаментальных наук – поиск истины, стремление к новым знаниям. • Ценность – новизна и достоверность знаний. • Цель прикладного исследования — решение конкретных практических (прикладных) задач, как правило, на основе результатов фундаментальных исследований. • Вид услуг.

Фундаментально прикладные задачи • Создание атомной бомбы • Создание космических систем • Создание искусственного интеллекта

Классификация по методу исследования : идеографические и номотетические науки (В. Виндельбанд) • Номотетические науки ориентированы на поиск общих закономерностей и их представлении в количественном виде ( в виде математических уравнений). • Идиографические науки, напротив, ориентированы на описание и анализ отдельные случаев, особенностях и уникальности конкретных явлений и ситуаций (по преимуществу в качественном виде).

Классификация научных дисциплин по степени формализации (Майклу Полани) 1) Описательные науки (геология, ботаника, …) 2) Точные науки (физика, химия, биология, …) 3) Дедуктивные науки (математика)

Классификация ученых: унификаторы и диверсификаторы (Ф. Дайсон) • Унификаторы – делают акцент на формализацию знаний, выработку единого подхода к описанию, анализу и объяснению объектов. • Академический подход. Конечная цель – создание единой теории всего. Идеал – точные науки. Унификаторы верят, что описание окружающего мира может быть сведено к конечной системе уравнений. Они счастливы если им удается упростить описание Вселенной.

• Диверсификаторы – делают упор на раскрытии разнообразия окружающего мира, важности деталей и специфике приложений. • Цель – расширение границ познания. • Диверсификаторы верят, что природа неисчерпаема, их цель увеличение разнообразия. Чем сложней оказывается мир и его описание, тем лучше. • Принцип дополнительности. • Основной метод –эксперимент. Прикладной подход.

Классификация ученых: методологи и решатели • Ландау и Бор • Формирование парадигм и постановка проблем, представляющих интерес для науки. • Решение конкретных научных проблем

Развитие наук. Структура научных революций (Д. Кун) • • «Вавилонская башня» Строительство «храма науки» Современный мир науки Развитие наук происходит крайне неравномерно. Диалектика развития (единство и борьба противоположностей, переход количества в качество, отрицание отрицания). • Принцип критической массы. Плеяды ученых • Революции в науке. Смена парадигм

Понятие парадигмы • Парадигма — совокупность теоретических и методологических положений, принятых научным сообществом на известном этапе развития науки и исполь зуемых в качестве образца, модели, стандарта для научного исследо вания, для осмысления гипотез и решения задач, возникающих в процессе научного познания. • Парадигма – определяет архитектуру и организацию «картины мира» . • Текущая парадигма определяет и направляет всю научную деятельность : какие теории и гипотезы считать правдоподобными, какие задачи следует ставить, какие методы познания применять, как интерпретировать и оценивать научные знания. • Революционные сдвиги в развитии науки связаны с изменением парадигмы. • Парадигма обеспечивает преемственность развития науки и научного знания, изменяется архитектура а не факты. • «Новые тории побеждают не потому, что они верны, а потому, что вымирают сторонники старых. »

Примеры смены парадигм • Астрономия: Птолемей и Коперник (гео и гелиоцентрические модели) При оценке теорий Птолемея и Коперника одни исследователи отдавали предпочтение первой , как лучше отвечающей накопленным данным, а другие – второй, как более просто объясняющей и обладающей большей предсказывающей силой. • Божественное происхождение и Теория Дарвина • Физика Ньютон и Эйнштейн • Экономика : Адам Смит – Кейнси

Вне научные способы познания • • Религия – догмат веры. Искусство – принцип уникальности. Мистицизм – богоизбранность Здравый смысл – обыденное знание, жизненный опыт

Смена парадигм в религии • • • политеизм монотеизм христианство католики и протестанты ериси

Смены парадигм в искусстве • • готика барокко модерн постмодерн

Задания • Индивидуальные задания: • Какое научное открытие за последние 20 лет я считаю самым важным и почему? • В какой области науки я собираюсь работать? • Какая научная проблема (задача) меня интересует? • Задания по группам • 1. Нобелевские лауреаты с 2000 года в области физики, химии (102), медицины и экономики (105). Обзор основных достижений по областям • 2. Как изменилась численность ученых и финансирование НИР в ведущих странах мира (США, Япония, Франция, Германия, Китай, Россия) в абсолютном и относительном выражении с 2000 года. Анализ тенденций.