И ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ В ХИМИИ

А.Г. Деменев

ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

ХИМИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Учебное пособие

Архангельск

УДК [54:1] (075) + [6:1](075)

ББК [87.252:24]я73 + [87.252:3]я73

Д 302

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Деменев А.Г. Философские проблемы химических и технических наук: Учебное пособие. Архангельск: ИД САФУ, 2014.

В учебном пособии излагаются основные философские проблемы химии, техники и технических наук на основе программы кандидатского экзамена «История и философия науки». Пособие предназначено для учащихся аспирантуры и магистратуры.

© Деменев А.Г.

© САФУ им. М.В. Ломоносова

ОГЛАВЛЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИИ…………………5

1.1. Особенности предметного самоопределения химии………………5

1.2. Особенности эмпирического и теоретического познания

в химии…………………………………………………………………...15

1.3. Донаучный этап накопления химических знаний……..…………25

1.4. Учение о химическом составе вещества как первая концептуальная система химии………………………………………………………31

1.5. Структурные теории как вторая концептуальная система

химии…………………………………………………………………….48

1.6. Учение о химическом процессе как третья концептуальная система химии…………………………………..……………………………..60

1.7. Эволюционные теории как четвертая концептуальная химии………………………………………………………………………67

1.8. Механистическая программа редукции химии к физике……….89

1.9. Квантово-механическая программа редукции химии к физике..105

Литература……………………………………………………………...119

РАЗДЕЛ 2. ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИКИ

И ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК………………………………………….…121

2.1 Предмет и основные направления развития философии

техники…………………………………………………………………121

2.2. Сущность техники……………………………………………...…131

2.3. Взаимодействие науки и техники……………………………..…139

2.4. Донаучный этап развития техники и технических знаний…..…142

2.5. Взаимодействие научных и технических знаний

в XV – XVIII вв……………………………………………………...…152

2.6. Развитие техники и технических наук в XIX –XX вв......………160

2.7. Особенности неклассических научно-технических дисциплин..169

2.8. Единство и различия естественных и технических наук……….173

2.9. Особенности эмпирического и теоретического познания в технических науках…………………………………………………………..177

2.10. Научное и техническое творчество в профессии инженера….180

2.11. Сущность, критерии и этапы технического прогресса……….186

2.12. Технический прогресс как фактор развития общества. Технологический детерминизм……………………………..…………………191

2.13. Материализация научно-технических знаний: от открытий и изобретений к массовому использованию…………………………..210

2.14. Технический оптимизм и пессимизм как противоположные подходы к оценке последствий научно-технического прогресса……...216

2.15. Социальная оценка техники. Социальная ответственность

ученых и инженеров.…………………………………………….…….228

Литература……………..............…………………………………………….233

РАЗДЕЛ 1. ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИИ

ОСОБЕННОСТИ ПРЕДМЕТНОГО

САМООПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИИ

Невозможно в одно краткое определение вместить все богатство содержания предмета химии, учитывая историческую изменчивость ее предмета, продолжающуюся дифференциацию химического знания и результаты междисциплинарного синтеза последних десятилетий.

Понимание предмета той или иной науки меняется по мере углубления ее знаний, появления новых объектов и направлений исследования. А вместе с предметом меняются и представления о границах, отделяющих данную науку от других наук, понимание способов взаимодействия с другими науками. В этом смысле история химии представляет собой богатый фактический материал, на основе которого можно сделать выводы о некоторых тенденциях в развитии естествознания.

Наиболее спорным вопросом является разграничение объектов и предметов химии и физики. Это разграничение исторически менялось вместе с изменением научной картины мира в этих науках. Во второй половине 19 века химия определялась в основном как наука об атомах, а физика – как наука о молекулах, макротелах, электрических и магнитных явлениях, что соответствовало уровню знаний того времени. Менделеев считал химию наукой об элементах, а элементы – последними гранями научного анализа.[1] Атом определялся как носитель свойств химического элемента, как мельчайшая частица, получить которую можно только химическим путем, путем разложения молекул соединений. Движением атомов объяснялись процессы анализа и синтеза соединений. Структура молекул являлась предметом химии, движение же молекул относилось к предмету физики, с его помощью объяснялись термодинамические явления, изменение агрегатного состояния.

В начале 20 века с появлением квантовой и релятивистской механики произошли кардинальные изменения в научной картине мира. Изменились и представления о предметном разграничении физики и химии. Объект химии оказался как бы вклинившимся в объект физики. Химия по-прежнему воспринималась как наука, изучающая процессы изменения молекул с сохранением составляющих их атомов. Но она граничила, с одной стороны, с классической физикой молекул и макротел, а с другой стороны, с квантовой субатомной физикой. Разграничение предметов химии и физики становилось все более проблематичным, граница становилась все более условной. Квантовая механика проникла в «святая святых химии», объяснив периодичность свойств элементов, природу химической связи.

По мнению А.А. Печенкина, невозможно однозначно разграничить объекты физики и химии по конкретным уровням организации материи. Они изучают одни и те же объекты – атомы, молекулы, ионы, радикалы, кристаллы. Структура молекул, которая считалась специфическим объектом изучения химии, стала также объектом квантово-механического описания. Трудности, которые встают на пути квантово-механического расчета строения и свойств молекул, Печенкин не считает основанием для разграничения предметов химии и физики. Он предлагает вернуться к определению, существовавшему еще в 18 – первой половине 19 вв., когда физику понимали как науку о телах и полях, а химию, как науку о веществах.[2] Объект химии – вещества, предмет – строение веществ, их свойства и превращения. «Вещество» - это понятие, которое объединяет все разделы и уровни химических наук. Как науку о веществах и их превращениях определяют химию многие авторы учебников как в России, так и за рубежом.[3] Впрочем, многие и указывают на ограниченность такого определения. Понятие вещества, как отличной от поля формы материи, очень широкое, в этом значении его изучает и физика. Предметом химии традиционно считаются процессы превращения веществ, но превращения элементов изучает ядерная физика. В.И. Курашов считает объектами химии системы атомно-молекулярного и супрамолекулярного уровня, предметом - их структуру и качественные превращения.[4]

На основе разграничения физики как науки о телах и полях, а химии как науки о веществах, специалисты объясняют и различие их методов. Тело имеет множество количественных характеристик, измеримых в опыте и связанных количественными законами. Поэтому физика в большей степени наука количественная, математизированная.[5]

Для познания же вещества необходимо раскрыть его качественные характеристики, что делает наиболее важными в химии такие эмпирические методы как описание и классификация. В химии существует множество классификаций, что вызвано потребностью упорядочить миллионы известных соединений. Самой известной химической классификацией является периодическая система элементов.

Конечно же, вещество имеет и количественные характеристики, и они также могут быть связаны количественными законами и могут стать основой для классификации, что и произошло в периодической системе. Но химика интересуют вещества в единстве их количественных и качественных характеристик, они описывают их цвет, вкус, запах, агрегатное состояние (в обычных условиях) и др.

Как науку о качественной определенности объектов химию понимал Гегель. По этому признаку он отличал ее от механики, чьи объекты безразличны к качественной определенности. Механику интересуют количественные характеристики тела – размеры, масса, координаты, скорость движения, безотносительно того, из какого вещества состоит тело.[6]

Английский физик и химик, нобелевский лауреат Сирилл Хиншелвуд на конференции памяти Дальтона выступил с докладом о соотношении качественного и количественного подходов в химии. Он, безусловно, связывает успехи химии с развитием количественных методов, но отмечает невозможность сведения химии к этой составляющей. «Интерпретация химии в физических понятиях поистине удивительное достижение. Теперь на некоторое время задумаемся и зададим себе простой вопрос: были бы мы счастливы полностью оставить наши занятия с пестрым беспорядком химических явлений для строгой математики квантовой физики? Я в этом сомневаюсь».[7]

Качественное описание объекта имеет большее сходство с искусством, оно возникает в человеческом опыте: в чувственном восприятии объектов, в ощущении цветов, запахов, вкусов и т.д. Неизбежная субъективность такого описания не может стать прочным фундаментом для научного познания. На этом уровне оставалась доньютоновская физика и додальтоновская химия. Сила же научного познания заключается в использовании количественного описания объектов, измерения количественных характеристик предметов и процессов.

Кому, как ни Дальтону было знать ограниченность только качественного описания в химии. Он на собственном примере знал об отклонении в восприятии цветов, и об условности любого представления о норме и патологии в человеческих ощущениях.[8] Тогда как математика с древности выступала образцом научной доказательности, обязательности, логической принудительности выводов. Это дало в свое время основание И. Канту говорить о том, что в каждой естественной науке столько истины, сколько в ней математики. Но в химии математизация имела свои особенности. Различия в процессах математизации в химических и физических теориях говорит о специфике предмета химии, в том числе о специфике химических процессов. Во-первых, математизация началась в химии гораздо позже, чем в физике. Во-вторых, она происходила поначалу опосредованно, через проникавшие из физики понятия, методы, идеи. В-третьих, математика и дедуктивная логика продолжают играть в химии меньшую роль, чем в физике.

Г.Н. Партон, профессор химии университета Отаго (Новая Зеландия), показывая скептическое отношение многих к возможности математизации химии, сохранявшееся в первой половине 19 века, приводит слова, приписываемые Огюсту Конту: «…если когда-нибудь математический анализ займет важное место в химии – заблуждение, которое, к счастью, является почти невероятным, - то это поведет к быстрому и широкому вырождению этой науки».[9] В этих словах подчеркивается эмпирический характер химии и ее изначальная ориентация на познание качественных характеристик веществ. Именно по этой причине Кант не отказывал химии в статусе полноценной науки, считая существенным признаком последней использование математических методов. Еще и в начале 20 века многие физики продолжали считать химию собранием эмпирических правил, «кухней», где готовят по рецептам.[10]

Необходимость математизации химии была вызвана изменением задач, стоящих перед этой наукой, переходом от описания веществ и их превращений к объяснению законов, причин, механизмов химических превращений. Переход от описания качества к измерению количества и установлению количественных соотношений в целом соответствует логике познания во многих науках. Этот переход предполагает более глубокий уровень познания объекта: выделение в нем количественных характеристик, введение единицы измерения, изобретение прибора, накопление опытных данных, их математическая обработка и выведение законов.

Впервые математические знания стали последовательно использоваться в химии в 18 веке, и это были элементарные арифметические и алгебраические знания, выработанные за тысячелетия до этого. В 18-19 вв. математизация химии шла опосредованно через физику (арифметические расчеты по результатам измерения веса и объема). В 19 веке математизации подверглись в первую очередь феноменологические направления в химии – химическая термодинамика и кинетика. Там в большей степени использовались подверженные формализации количественные данные (и неслучайно эти дисциплины пограничные с физикой). Исследование не статических структур, а длящихся во времени процессов, потребовало применения в химии методов дифференциального исчисления. Представление о времени вошло в химию с первыми представлениями о скорости реакций (конец 18 – начало 19 вв) и развитием учения о катализе. Химия в 19 веке пришла к использованию математического аппарата, выработанного в 17 веке. Разрыв между появлением математического знания и его использованием в химии стал сокращаться.

Только в 20 веке развитие прикладной математики и компьютерных технологий сделало возможным непосредственное проникновение математики в химию, а не только опосредованно через физику. В химии основой для этого стал переход познания от описания макроскопических параметров процессов к микроскопическим. В результате получил широкое распространение метод математического моделирования. По сути, математическая модель – это математическое описание систем и процессов, любое представление объекта в форме математической записи. Велика роль математического моделирования в химической технологии, где в связи с ростом объемов производства этот метод позволяет сократить время и стоимость исследований

Предел математизации химии связан с несоразмерностью этих наук: химия – содержательная, индуктивная наука, математика – формальная, дедуктивная. В большинстве химических теорий принципиально новые математические выражения рождаются в ходе интерпретации эмпирических данных, а не выводятся дедуктивно из абстрактных общих суждений и формул (приведение химии к формализованной системе дедуктивно построенного знания отчасти осуществляется в квантовой химии). Пока, по крайней мере, химические знания генерируются не кабинетными учеными (теоретиками и математиками), а экспериментаторами в лабораториях.

Наличие нематематизированных теорий в науке вовсе не говорит о ее неразвитости. Развитые естественнонаучные теории могут быть системой понятий, суждений, умозаключений и содержать математический аппарат как вспомогательный, второстепенный элемент. Содержательная нематиматизированная теория (например, теория химического строения) может иметь больший эвристический потенциал, чем математически нагруженные теории (как это происходит пока в квантовой химии). В химии ключевую роль играют понятия с качественным содержанием, ее невозможно полностью формализовать.

Так не может быть математически формализовано одно из самых практически успешных направлений химии – органический синтез, который называют даже сердцем химии, и который близок скорее к художественному творчеству, к искусству дизайна. Органический синтез – это не только практический, производственный процесс, но и метод получения знаний – классический химический экспериментальный метод, чья роль не уменьшается с возрастанием роли физических методов.

С искусством, и даже с магией химию сравнивают многие. Эта традиция сохраняется со времен алхимических опытов. И это зримо отличало ее от классической физики. Занятия физикой традиционно воспринимались как познание природных объектов такими, какие они есть вне субъекта. Это уже неклассическая физика в ХХ веке научилась синтезировать элементы, превращать элементарные частицы. Химик же изначально воспринимался как творец, созидающий новое, подобно художнику, скульптору или волшебнику, знающему секреты превращения одних веществ в другие.

Кроме введения измерительных методов Лавуазье сделал еще один важный шаг на пути превращения химии в науку: разработка научной терминологии. В химии сохранялся терминологический хаос, каждый ученый придумывал свои названия веществ, процессов, явлений.

Атомистическая теория Дальтона сделала возможным создание языка химических формул. С древности сложилась практика давать образные, символические названия веществам. Каждый химик мог поучаствовать в этом процессе. Названия давались произвольно, без общепринятых правил. Поэтому возникала многозначность понятий, а одно и то же вещество могло иметь десяток названий. Сохранялся терминологический хаос. Такой язык не соответствовал требованию интерсубъективности. Иначе говоря, ученые переставали понимать друг друга. В 80-х гг. Лавуазье вместе с другими французскими химиками разработал принципы формирования названий химических соединений, ввел номенклатуру химических понятий. Но имевшихся тогда знаний было еще недостаточно, чтобы создать язык формул, отражающих химический состав соединений. Названия веществ были как заменяемые этикетки, не отражавшие сущность обозначаемого вещества. Каждое такое название становилось результатом соглашения между учеными. Необходимо было выработать общие правила образования названий веществ, их формул, обозначения реакций. Это позволило бы добиться более или менее однозначности понятий. Только атомистическое учение и связанные с ним успехи стехиометрии позволили создать то, что сейчас называется эмпирическими формулами. Й.Я. Берцелиус ввел правило, согласно которому символом элемента были начальные буквы латинского названия, а формула соединения сводилась к их комбинации. Позднее А.С. Купер предложил использовать черточки для обозначения соединений атомов в молекуле, что открыло путь для создания структурных формул.

Язык химии постепенно трансформировал художественную образность языка алхимии в точность и определенность научных понятий. «Черный дракон», «зеленый лев», «красный лев» превратились в свинец, окись свинца, сурик. Но этот процесс не доходит до такой строгости дефиниций, как в математике или физике. В химии остается и образность понятий, сохраняются тривиальные названия веществ (берлинская зелень, берлинская лазурь), используются образные названия молекулярных структур (осьминог, птичья клетка). В химии могут использоваться сразу несколько форм представления одного и того же соединения: несколько названий, эмпирическая формула, структурная формула (сокращенная, полная, парциальная и др.).

Формулы и уравнения реакций являются графическим выражением одного или нескольких научных суждений, которые в свою очередь дают качественное и количественное описание объектов. Плодотворность языка химических формул не только в том, что он точно выражает имеющиеся знания, но и в его эвристическом потенциале. Вооруженное языком формул химическое мышление оказывается способным к выдвижению более плодотворных гипотез. Язык химии есть ее инструмент познания.

ОСОБЕННОСТИ ЭМПИРИЧЕСКОГО

И ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ В ХИМИИ

Логика научного исследования – это последовательность этапов исследования, действий, направленных на рост и развитие научного знания. Сложность представляет проблема соотношения эмпирического и теоретического этапов исследования. Сторонники эмпиризма, позитивизма считают, что любое исследование должно начинаться с «чистого листа», т.е. нельзя заранее принимать какие-либо теории, гипотезы, придерживаться неявных установок. Первым этапом должен быть эмпирический этап, чистая фиксация данных наблюдений и экспериментов. На теоретическом этапе данные обобщаются, с помощью индукции выводятся законы, теории. Экспериментатор опережает теоретика, дает ему материал для обобщений.

Реализуется такая логика исследования в чистом виде крайне редко, только в тех случаях, когда наука сталкивается с совершенно новыми объектами исследования. Во-первых, исследование начинается не с чистого листа. Явно или неявно ученый опирается на предшествующие научные теории, общепринятую научную картину мира, нормы и идеалы научного исследования, философские убеждения. Опираясь на все это и под влиянием субъективных особенностей личности, ученый выбирает объект исследования, определяет цель, рабочую гипотезу, средства, методы, интерпретирует полученные данные.

Во-вторых, достоверную научную теорию невозможно построить только путем обобщения опытных данных. Каким бы обширным не был опыт, он всегда остается ограниченным, а поэтому не является достаточным обоснованием теории. Напротив, зачастую, имеющаяся теория упорядочивает факты, задает перспективу их интерпретации и тем самым конструирует научное знание. Теоретик указывает путь экспериментатору.

Сторонники рационализма, уловив эту особенность научного познания, в противоположность эмпиристам опираются на дедуктивную логику, указывают на необходимость строить теории путем выведения частных суждений из общих. Исходной посылкой исследования оказывается, таким образом, некое общее теоретическое положение – гипотеза, аксиома, постулат, ранее доказанная теория. Из них далее дедуцируются частные следствия, вплоть до таких, которые можно проверить эмпирически. И далее следует эмпирическая проверка гипотезы или теории: или поиском подтверждающих фактов (верификация, согласно неопозитивизму), или поиском опровержений (фальсификация, согласно К. Попперу). Но и тут возникают вопросы: каков механизм формирования исходных общих суждений, и во всех ли науках применима такая логика?

В реальности логика научного исследования представляет собой постоянное чередование эмпирических и теоретических этапов исследования. В развитой науке теория сначала создается в виде гипотетической модели, а затем обосновывается опытом. Такая теория строится с помощью абстрактных объектов, заимствованных из ранее созданных теорий.

Выбор моделей для гипотезы может подсказать принимаемая ученым картина мира. Вводимые в ней представления о структуре природных взаимодействий позволяют обнаружить общие черты у различных предметных областей, изучаемых наукой. Тем самым картина мира «подсказывает», откуда можно заимствовать абстрактные объекты.

Обычно авторы, пишущие по философии науки, обосновывают свои модели роста и развития научного знания на примере физики. В химии же, несмотря на ее теснейшую взаимосвязь с физикой, соотношение эмпирического и теоретического познания имеет свои особенности. Е.Ф. Колдин, преподаватель Лидского университета (Англия), примерил гипотетико-дедуктивную модель науки к химии и пришел к выводу, что она не вполне подходит для объяснения логики научного познания в химии. Он констатировал, что химия в большей части эмпирическая наука, что индуктивный метод в ней незаменим и неустраним.[11] Эмпирические исследования не сводятся к поиску брешей в существующих теориях. Но роль гипотетико-дедуктивного исследования постепенно повышается в химии, прежде всего, под влиянием воздействия физики. В конце 19 века это в наибольшей степени проявилось в физической химии, имеющей наибольшее логическое сходство с физикой. Физические теории помогают сформулировать те или иные гипотезы и теории в химии и, в последующем, проверять их эмпирически, или, согласно Попперу, пытаться опровергнуть, найти факты-фальсификаторы. Но типичная для физики ситуация, когда «теоретик указывает путь экспериментатору», в химии играет значительно меньшую роль. Гипотеза или теория в химии намечают программу исследований, давая лишь обобщенные и приблизительные предсказания, причем, для наиболее простых случаев. И лишь эксперимент уточняет, детализирует теорию, после чего она обрастает эмпирическими допущениями и для более сложных случаев.

Основным методом химии был и остается эксперимент. Но в Древнем мире и в средневековой алхимии эксперимент еще не сформировался как подлинно научный метод. Для этого он должен был включить в себя измерительные процедуры. Становление математизированного эксперимента, основанного на точных измерениях, в физике началось в 16-17 вв., в химию проникло позже. С формирования эксперимента, как научного метода, начинается химия как наука.

Но накопление фактов – это еще не наука. Принято выделять описательную, объяснительную и прогностическую функции научного знания. Описание связано с обработкой эмпирических данных, объяснение же и предсказание возможно только на теоретическом уровне. Д.И. Менделеев писал: «…высшую цель истинной науки составляет не просто эрудиция, т.е. описание или знание, даже в соединении с искусством или уменьем, а постижение неизменяющегося – среди переменного и вечного – между временным, соединенное с предсказанием долженствующего быть, но еще вовсе неизвестного, и с обладанием, т.е. возможностью прилагать науку к прямому пользованию для новых побед над природою».[12]

Менделеев довольно часто обращался к вопросам, которые мы бы сейчас назвали философией и методологией науки. Так он сравнивал развитие науки со строительством здания. Факты представляют собой строительный материал, теории – план здания, архитектурный проект. Без первого наука – воздушный замок, без второго – груда камней. План лучше иметь заранее, строительство без плана возможно, но чревато ошибками.[13] Менделеев обращал внимание на то, что и в химии наиболее плодотворна ситуация, когда теоретик указывает путь экспериментатору.

Э. Штрекер, доктор философии, профессор Технического университета в Брауншвейге и Кёльнского университета, показала роль философских оснований в развитии химии 17-18 вв. Некоторые ученые создавали свои теории не столько в результате обобщения опытных данных, сколько в результате адаптации философских идей к этим данным. Так, по ее мнению, создавались учения Бойля, Дальтона и др. Корпускулярная теория вообще оставалась в это время философским учением, хорошо сочетающимся с некоторыми опытными данными, но не имеющим строгого эмпирического доказательства. Именно на основании своей атомистической теории Дальтон пришел к объяснению стехиометрических законов, а не наоборот.[14]

Соотношение эмпирического и теоретического в химическом познании хорошо иллюстрирует познавательная ситуация, сложившаяся в химии на рубеже 18-19 вв., и связанная со становлением атомно-молекулярного учения.

Но удельный вес теоретических воззрений еще не был велик в химических знаниях начала 19 века. Химия оставалась наукой преимущественно эмпирической. Теоретики шли за экспериментаторами, причем сильно отставая от них. Новые факты лавинообразно рождались опытом, ждали своего теоретического объяснения, но пока редко предсказывались теоретически. Найденные законы в большинстве своем, пока были эмпирическими, т.е. выступали результатом индуктивного обобщения опытных данных. Таковы были первые законы стехиометрии.

Атомно-молекулярное учение заметно отличалось от других химических теорий того времени. Оно было не описывающим, а объясняющим, построенным на теоретических допущениях и идеальных конструкциях. Оно удачно объясняло накопленные к началу 19 века факты и стехиометрические законы. Но допустимость подобного рода умозрительных объяснений не для всех очевидна. В особенности, для тех, кто отрицает объяснительную функцию науки, ограничивая ее возможности описанием опыта. Еще и во второй половине 19 века Оствальд оспаривал необходимость таких умозрительных построений в химии и не считал продуктивным признание объективного существования атомов и молекул. Атомы и молекулы оставались гипотетическими, теоретическими конструкциями.

Э. Штрекер считает одной из главных заслуг Дальтона перевод химии с уровня науки эмпирической на уровень теоретический. Этот переход предполагает изменение логики научного исследования. Если в эмпирической науке логика исследования состоит в движении от опытов и протокольных предложений к гипотезам и эмпирическим законам, то в теоретической науке именно теория указывает путь экспериментаторам. Эмпирические законы отличаются от протокольных предложений лишь степенью общности. Это обобщенные протокольные предложения, из которых убрали указание на место, время, субъекта исследования (например: сера кипит при 445 градусах С).

А атомистическая теория Дальтона не вытекает непосредственно из протокольных предложений. Подобные теории используются для объяснения эмпирических гипотез и законов, которые в свою очередь объясняют факты опыта. Так дальтоновская теория стала объяснением стехиометрических законов. Здесь движение мысли происходит «сверху вниз», от вершины пирамиды к основанию, от немногих теоретически сформулированных абстрактных положений через построенные с их помощью гипотезы к объяснению многообразного опыта. Но подобное движение представляет собой не чисто дедуктивную логику. Вернее, применение дедуктивной логики в естествознании не является гарантией истинности выводов. Критерием истинности все равно будет опытная проверка теоретических предположений. Проверка теории происходит опосредованно, через проверку на опыте ее законов.

Однажды возникшая и сохраняющаяся теория влияет на интерпретацию фактов. «Теоретическая нагруженность» опыта проявляется даже в том, как ученые описывают наблюдения, т.е. в формулировке самих протокольных предложений. «Если Альберт Великий при нагревании свинца просто получал «желтый порошок», то Шталь уже регистрирует как «факт» «дефлогистированный свинец», а Лавуазье «наблюдает» образование «окиси свинца».[15] Очевидно, что принимаемая ученым теория диктует ему даже те понятия, которыми он описывает наблюдаемое.

Открытие законов – шаг от эмпирического к теоретическому уровню научного познания. Химия поднялась до этого уровня в начале 19 века после открытия законов стехиометрии. Еще до этого Ломоносовым и Лавуазье был сформулирован закон сохранения массы вещества. Это были первые количественные законы в химии. Первые два закона – закон постоянства состава (Ж. Пруст) и закон эквивалентов (И. Рихтер) были открыты как эмпирические законы, т.е. они наблюдались как повторяющиеся связи во всех опытах. Но они не имели теоретического объяснения. Третий же закон – закон простых кратных отношений, был сформулирован Дальтоном как теоретический закон. Руководствуясь атомистической гипотезой, он сформулировал этот закон сначала теоретически, вывел из него проверяемые следствия и проверил их экспериментально. В таком виде закон изначально имел теоретическое толкование, причинное объяснение с использованием теоретических, умозрительных моделей.

В 19 веке идея атома прочно вошла в химическое мышление, стала неотъемлемой теоретической конструкцией, с помощью которой интерпретировались полученные факты и предсказывались новые. Химическое мышление уже нельзя было представить себе без мысленного представления движущихся и сцепляющихся атомов.

Законы стехиометрии стали основой для развития химии в 19 веке и были неразрывно связаны с атомно-молекулярным учением. Открылась дорога к созданию языка химических формул. Количественные законы открыли путь математизации химии.

Теоретизация химического знания сопровождалась увеличением роли научных абстракций. Это проявлялось в формировании научного языка химии – системы взаимосвязанных понятий разной степени общности. Другим проявлением была возрастающая формализация знания, формирование умения мыслить не только понятиями, но и символами, формулами. Еще одним проявлением теоретизации химического знания стала его математизация, способность выделять количественную сторону изучаемых явлений и выражать ее на языке математики.

Важными абстракциями в химии являются формулы строения. Такая формула есть мысленная модель объекта, отражающая ее определенные свойства. Эти формулы могут иметь разную степень наглядности, приближения к свойствам реального объекта. Они могут постепенно обогащаться, подробнее и точнее выражая свойства оригинала. Так, введение в химию электронной теории, привело к появлению новых графических символов для обозначения электронных пар. Квантовая теория подвигла к новому изменению наглядного изображения молекул.

Говоря о теоретическом уровне познания, следует отметить одну важную особенность, проявляющуюся в смене научных теорий. Научное познание движется в сторону создания все более общих, более универсальных теорий. Новые теории могут возникать как обобщение предыдущих, те в свою очередь могут войти в новые теории в качестве частных случаев. Так, например, было с появлением различных теорий кислот и оснований. Теория Аррениуса дает определение кислот и оснований с точки зрения теории электролитической диссоциации. Теория Бренстеда-Лоури определяет их как доноров и акцепторов протонов, под это определение попадает больший круг веществ. Теория Льюиса базируется на современных представлениях о химической связи, определяет кислоты и основания как доноры и акцепторы электронной пары. Это самое широкое определение, наиболее глубоко отражающее сущность этих веществ и их реакций.

Логика научного познания не сводится к осознанным действиям на эмпирическом и теоретическом уровнях. А научное знание не сводится к совокупности явно осознаваемых фактов и теорий. В структуре науки важную роль играет то, что известный отечественный специалист по философии науки В.С. Степин называет основаниями науки. Как уже говорилось, к ним относятся явно или неявно принимаемые ученым идеалы и нормы исследования, научная картина мира, философские убеждения и ценностные установки. А известный английский физик, химик и философ Майкл Полани говорил о важной роли в науке неявного, личностного знания, которое не усваивается из монографий, учебников или статей, и которое даже трудно вербализовать, но которое передается в практических действиях личным примером от учителя к ученику. Студенты химики проводят большую часть времени в лаборатории, в практических занятиях усваивая образцы решения задач. Здесь наука приближается к искусству. Только через личный опыт можно усвоить, что такое искусно поставленный эксперимент. Такие неявные практические знания наряду с явно осознаваемыми фактами и теориями будут в дальнейшем влиять на постановку задач, организацию исследований и интерпретацию результатов.

ДОНАУЧНЫЙ ЭТАП