WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Попова Светлана Сергеевна

ЭМПИРИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ БИОФИЗИКИ

Специальность 09.00.08 – Философия науки и техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата философских наук

Новосибирск

2012

Диссертация выполнена в секторе философии науки

федерального государственного бюджетного учреждения науки

Института Философии и Права

Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор философских наук,

профессор Симанов Александр Леонидович

Официальные оппоненты:                                

доктор медицинских наук, доктор философских наук,

профессор Карпин Владимир Александрович,

ГБОУ ВПО Сургутский государственный университет ХМАО-Югры,

зав. кафедрой факультетской терапии.

доктор физико-математических наук, доктор философских наук,

профессор Шарыпов Олег Владимирович,

ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН,

зам. директора по научным вопросам.

Ведущая организация:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)»

Защита состоится 29 ноября 2012 года в 10:00 часов

на заседании диссертационного совета Д 003.057.02 по защите диссертций на соискание ученой степени доктора философских наук при Инсти­туте философии и права СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, ул. Николаева, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института флософии и права СО РАН, с авторефератом – на сайте: http://www.philosophy.nsc.ru/DISSOV/sovet.htm

Автореферат разослан «___» ____________ 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор философских наук                        Сторожук А. Ю.

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Взаимосвязь живого и неживого в окружающем нас мире и способы получения знания об этом мире становились актуальными в различные периоды истории философии, начиная с ее возникновения и до наших дней. Рассмотрение специфики эмпирических оснований биофизики соединяет в себе оба эти вопроса и подразумевает обращение к ним с учетом последних достижений в области философии и в естественных науках. В дополнение к этому, в научных экспериментах, ведущихся в области пересечения физики и биологии, особым образом высвечиваются значимые для современной философии аспекты соотношения рационального и теоретического.

Рассматривая особенности взаимосвязи живого и неживого на материале современной биофизики, необходимо отметить, что онтологические аспекты этой проблемы в данном контексте неразрывно связаны с эпистемологическими аспектами. Разнообразие современных научных исследований, существование значительно отличающихся (нередко противоречащих друг другу) представлений об одних и тех же явлениях влечет за собой вопрос о том, какие из них наиболее адекватны, по каким критериям можно оценить соответствие научных концепций реальности. Ключевую роль в решении этого вопроса играет согласованность теоретического содержания исследования с эмпирическими основаниями. Далеко не во всех случаях обращение к «свидетельству самой природы» является беспроблемным. Естественнонаучный эксперимент, обеспечивающий исследования эмпирическими основаниями, имеет сложную структуру и может вызывать неоднозначные интерпретации как на стадии постановки, так и при обсуждении результатов. Иногда проблемы имеют чисто технический характер, но основной интерес для философского исследования представляют методологические аспекты.

Условия для биофизического эксперимента связаны с условиями, в которых возможна жизнедеятельность. По сравнению с масштабами, которыми оперируют современные наука и техника, это достаточно узкий диапазон, включающий условия, комфортные для человека, познающего окружающий мир. В этой ситуации на передний план выходят особенности, связанные с собственно методологическими аспектами экспериментального исследования: значением теоретической составляющей, ролью и функцией приборов, воспроизводимостью результатов.

Не самым важным с точки зрения философии, но не менее актуальным является прикладной аспект данного исследования. Научная практика современной биофизики требует глубокого осмысления. Атмосфера первых Сольвеевских конгрессов, где в спорах, связанных с формированием новой научной картины мира привлекались как научные, так и философские аргументы, редко сопутствует спорам современных ученых. Именно поэтому выход за рамки уже сложившихся представлений так сложен для исследователей в области биофизики, даже тогда, когда следование сложившимся методам встречает непреодолимые препятствия. Только при помощи философской рефлексии возможно выделить среди проблем, стоящих за экспериментом, те из них, которые невозможно решить на техническом уровне, и найти путь к возможному преодолению. Все эти аспекты и определяют актуальность нашего исследования.

Степень разработанности проблемы

Можно выделить три основных направления, связанных с темой диссертационного исследования, в которых велись наиболее активные разработки: сопоставление физики и биологии, соотношение эмпирического и теоретического в эксперименте и дескриптивные работы в истории и социологии науки.

Обширнейшая тема сопоставления и противопоставления живого и неживого разрабатывалась в философии со времени ее возникновения. С появлением науки современного типа научные гипотезы о происхождении жизни тесно сплелись с философскими концепциями. Огромную значимость здесь имеет эволюционная теория, предварительные схемы которой можно увидеть в работах Ж.-Б. Ламарка. Идеи о наследственности, изменчивости и естественного отбора Ч. Дарвина позволили сформулировать эволюционную концепцию, заметно изменившую науку о живом и ставшую основной базой для дальнейшего развития эволюционных представлений. С развитием генетики, раскрывшей механизмы наследственности и изменчивости, трудами Р. Фишера, Дж. Холдейна, Н.В. Тимофеева-Ресовского, Ф.Г. Добржанского сформировалась синтетическая теория эволюции. Различные аспекты эволюционной теории становятся темой многочисленных научных и философских дискуссий.

Вопрос о специфике биологии и физики возникал в рамках философских исследований, связанных с классификацией наук. Это было одной из значимых тем для первой волны позитивизма и нашло отражение в работах О. Конта и Г. Спенсера. В рамках выявления специфики в настоящее время обсуждается вопрос о статусе научных законов в физике и биологии. Реалист Дж.Дж.С. Смарт полагает, что в биологии собственно законов не существует, есть только эмпирические обобщения, имеющие локальный характер и не обладающие статусом всеобщности, что ставит биологию в положение «вторичной» науки по сравнению с физикой. Н. Картрайт с позиций современного эмпирицизма возражает, что только законы биологии устанавливают факты и потому могут считаться истинно научными законами, в то время как абстрактные формулировки физических законов не говорят о положении дел в «реальном мире».

В июне 2011 года журнал «Исследования истории и философии биологии и биомедицины» (Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences) посвятил отдельный выпуск вопросам взаимодействия физики и биологии в научных исследованиях. Характерно, что основной акцент в опубликованных работах философско-методологической направленности был сделан именно на проблемных различиях, связанных с особенностями моделирования, уровнями объяснения и общностью законов. В то же время работы исторической направленности представили замечательные примеры успешных исследований в междисциплинарной области. Анализ возможностей преодоления противоречий в концепциях и методах и выявление источников успеха взаимодействия при пересечении физики и биологии, насколько нам известно, не становились предметом самостоятельного научного исследования.

Поскольку фокусом данного диссертационного исследования является не просто биофизика, но особенности обращения к эмпирическим основаниям в этой области, необходимо отметить степень разработанности темы, связанной с философией научного эксперимента. Корни вопроса о соотношении эмпирического и теоретического в научных исследованиях уходят глубоко в историю науки и философии. Полемика эмпиризма и рационализма, отмеченная яркими фигурами Ф. Бэкона, Р. Декарта, И. Ньютона, Г. Лейбница, Дж. Локка, Б. Спинозы, Дж. Беркли, Д. Юма, обострялась в различные периоды развития философии.

Возможность преодоления противопоставления позиций эмпиризма и рационализма была показана Л.Б Баженовым через выделение генетического и методологического тезисов. Между тезисами генетического эмпиризма и методологического рационализма нет непосредственного противоречия. Оно возникает только тогда, когда категории явления и сущности, связанные с этими позициями, либо отождествляются, либо резко обособляются. В результате акцент в решении вопроса о соотношении эмпиризма и рационализма переносится на вопрос о взаимосвязи явления (наблюдаемого) и сущности (ненаблюдаемого, являющегося причиной наблюдаемых явлений). По признаку наблюдаемости разделял эмпирические и теоретические сущности Р. Карнап. Осознавая условность проводимой границы, философ, тем не менее, настаивал на том, что наблюдаемое и ненаблюдаемое на практике обычно достаточно четко выражено.

Вопросы о сложной взаимосвязи наблюдаемого и ненаблюдаемого в практике научного эксперимента рассматривались в работах П. Галисона, Х. Раддера, А. Франклина, Я. Хакинга, Г. Хона, но большей частью на материале физического эксперимента. На материале физики получены основные результаты и российскими специалистами в философии науки Е.А. Мамчур и В.С. Степиным. Последним в рамках «деятельностного подхода» выделены жестко зафиксированные структуры, формирующиеся экспериментатором через выстраивание определенной цепочки отношений взаимодействующих в опыте объектов. Такие «квазиприборные» структуры хорошо объясняют экспериментальную деятельность, ведущуюся в условиях высокоразвитой теории. Отсюда ведение экспериментального поиска в условиях концептуальных и методологических противоречий требует дальнейшего исследования.

В середине XX века стали популярными работы по социологии науки, носящие во многом дескриптивный характер. Биофизические исследования являются очень популярной темой для этого направления. Работы Дж.Н. Гилберта, М. Малкея, Ф.Л. Холмса, М. Бресадола, М. Пикколино, акцентируя внимание на «тонких деталях» научного эксперимента, обращаются к материалам неопубликованных лабораторных журналов и «кулуарной» полемики. Такие детали, как показано в данных работах, не соответствуют идеалам, выработанным в нормативной философии науки. Необходимость представлять результаты в соответствии с общепринятыми нормами приводит к существованию двух типов интерпретационного репертуара в обсуждениях научных исследований, становится предметом научного юмора.

Упомянутые авторы намеренно избегают глубоких философских и методологических выводов, опасаясь повторить ошибки исследователей, которые подгоняли исторические факты под свои концепции. Нет ничего удивительного в том, что биофизические исследования изобилуют контрпримерами к стандартным концепциям философии эксперимента, разработанным большей частью при обращении к материалу отдельных дисциплин. Но все выделенные особенности требуют осмысления на более глубоком философском уровне, позволяющем от конкретно-научных примеров перейти к общей философско-методологической концепции научного эксперимента, непротиворечиво включающей физические, биологические и биофизические способы обращения к эмпирическим основаниям.

Необходимо отметить, что при всем богатстве научных разработок, касающихся проблем взаимосвязи живого и неживого, проблем соотношения рационального и теоретического остается немало пробелов и противоречий в этой области. Системное и комплексное исследование, фокусом которого являются эксперименты в биофизике, может выделить важнейшие философские и методологические аспекты, остававшиеся скрытыми в контексте других подходов.

Объектом исследования являются эмпирические методы исследования в области пересечения биологии и физики.

Предметом исследования являются методологические особенности биофизического эксперимента, ведущегося в условиях концептуальных противоречий.

Цель и задачи исследования

Цель исследования состоит в выявлении и анализе методологических особенностей экспериментов, ведущихся в поле пересечения разнородных концепций физики и биологии.

Для реализации заявленной цели поставлены и решаются следующие задачи:

– проанализировать взаимосвязь физики и биологии в области пересечения и выделить проблемное поле для дальнейшего исследования, связанное со спецификой данной области;

– выявить особенности биофизических экспериментов, проводившихся в условиях противоречий, связанных с изучением электрических явлений на основе механистических концепций, применяемых к биологическим объектам;

– рассмотреть особенности современного биофизического эксперимента, связанного с исследованиями, включающими не согласующиеся концепции, что оптимально разбить на две подзадачи: а) показать существование концептуальных противоречий в некоторой области современных биофизических исследований, б) проанализировать особенности экспериментов, связанных с выделенной проблемной областью;

– провести методологический анализ выявленных особенностей на более общих и хорошо изученных примерах, связанных с обращением к эмпирическим основаниям в условиях концептуальных противоречий, связанных с формированием новой научной картины мира;

– рассмотреть основные свойства эмпирических структур, выявленных в ходе предшествующего методологического анализа;

– проанализировать выделенные проблемы биофизического эксперимента в свете разработанных эмпирических опосредующих структур.

Методологическая основа исследования

Выбор метода исследования был определен стремлением преодолеть недостатки двух основных способов философского анализа естественных наук. Первый из них, фокусируясь на какой-либо философской проблеме, подбирает отдельные конкретно-научные факты, вырывая их из контекста исследования, что нередко сопровождается искажением и неверной интерпретацией. При таком подходе исследуется не наука, а её образ, удобный для иллюстрации философских положений, но имеющий сомнительное отношение к научной работе. Второй связан с исследованиями, ставшими популярными во второй половине XX века, когда в стремлении дать наиболее правдивую картину научной работы исследователи ограничивались описанием наблюдаемой ситуации, стараясь избегать анализа и обобщений.

Была выбрана трехступенчатая схема исследования: (i) анализ конкретно-научного материала (исторические факты и собственная научная практика), выделение ключевой проблемы; (ii) рассмотрение выделенной проблемы на более общем и абстрактном уровне; (iii) возвращение к конкретно-научному уровню и переинтерпретация проблемы с учетом полученных решений.

Одним из основных методологических принципов, использовавшихся в работе, является принцип дополнительности. Рассмотрение проблемы с разных точек зрения, нередко противопоставленных, дает возможность выделить отдельные аспекты в наиболее выраженной форме и сформировать из взаимодополняющих представлений полную картину.

Также использовался принцип историзма для выявления аспектов, связанных со становлением и развитием научного эксперимента. Анализ особенностей методологии на материале современных научных работ нередко затруднен. Сложность и многоплановость современных концепций требует дополнительных разъяснений, отвлекающих от философско-методологического анализа. Обращаясь к историческому материалу, можно найти примеры исследований со сходными проблемами, успешно преодоленными на определенном этапе. Ключевые особенности сосредоточены в небольшом количестве наиболее известных трудов экспериментаторов прошлого.

Научная новизна исследования состоит в том, что впервые анализируется методология эксперимента, на материале проблемных исследований на стыке двух наук. Выделены эмпирические опосредующие структуры, проанализированы их свойства.

Основные выводы и положения, выносимые на защиту:

  1. В биофизических исследованиях возможны ситуации, когда биологические и физические аспекты тесно переплетены, но при этом включают противоречия, связанные с категориями часть и целое, живое и неживое, действующей и телеологической причинностью. Именно в этой области невозможно непротиворечиво сочетать сравнительно хорошо исследованные методы биологического и физического экспериментов.
  2. Возможность получать значимые экспериментальные результаты, опираясь на нерелевантную теорию, в случае исследований Гальвани и Вольта, была связана с обнаружением эффекта, визуализирующего ненаблюдаемые непосредственно электрические явления. Это позволило сконструировать «дотеоретический» прибор и получить значимые результаты в условиях плохой воспроизводимости.
  3. В исследованиях, связанных с переходом к свойствам живой клетки от свойств составляющих ее биологических молекул есть противоречия, связанные с тем, что масштабы явлений попадают в область с фрактальным типом симметрии и промежуточную между квантовым и классическим уровнем.
  4. В выделенной области существуют проблемы экспериментальных исследований, связанные с соотношением эмпирического и теоретического, отсутствием надежных приборов и плохой воспроизводимостью результатов.
  5. Особенностью эмпирического обоснования утверждений в исследованиях, связанных с формированием научной картины мира, является использование комбинации явлений, позволяющей выявить ненаблюдаемые в обычных условиях характеристики и получить их количественную меру. Это свойственно обращению к эмпирическим основаниям в диалоге Галилея, а в оптических исследованиях Ньютона можно выделить развитые эмпирические опосредующие структуры, имеющие как теоретические, так и эмпирические свойства.
  6. Эмпирические опосредующие структуры – это несколько взаимосвязанных явлений, скомбинированных в такую систему, которая позволяет по воспринимаемым органами чувств характеристикам судить о свойствах, недоступных для непосредственного наблюдения.
  7. Эмпирические опосредующие структуры обладают следующими свойствами:
  • являются сетью взаимосвязанных явлений (невозможен атомарный эмпирический факт)
  • структуры в общем случае не сводимы к линейной последовательности высказываний без потери информации
  • прочно связаны с одной стороны с реальными объектами, с другой стороны – с данными органов чувств экспериментатора
  • построение эмпирических опосредующих структур зависит от методологических принципов, которые направляют, но не детерминируют жестко способы исследования
  1. Получение результатов, выходящих за пределы простого накопления фактов в условиях концептуальных противоречий возможно, если поиск направлен на построение эмпирической опосредующей структуры и не предопределен теоретическими положениями однозначным образом. Любой прибор – это зафиксированная и хорошо опробованная эмпирическая опосредующая структура. Проблемы с интерпретацией результатов в условиях плохой воспроизводимости экспериментов могут быть преодолены построением альтернативной структуры, использующей для опосредования явления, не связанные со структурой, вызывающей сомнения.
  2. Методологическая специфика биофизического эксперимента, ведущегося в условиях концептуальных противоречий, с необходимостью включающего в объект исследования множество разноуровневых взаимосвязанных процессов, связана с использованием достаточно сложных эмпирических опосредующих структур. В таких условиях они должны быть гибкими, изменяясь в процессе развития научных представлений, и разветвленными, чтобы обеспечивать возможность независимой проверки отдельных элементов.

Теоретическое и практическое значение результатов исследования связано с выделением эмпирических опосредующих структур, теоретическая значимость которых выходит за пределы собственно биофизических исследований. Анализ сложной структуры эмпирического опосредования может дать возможность рассмотреть различные роли теоретической составляющей эксперимента в условиях, изменяющихся в зависимости от степени разработанности исследуемой области. Результаты могут быть использованы для понимания и объяснения статуса и роли приборов в научных исследованиях. Практическое значение полученных результатов связано, прежде всего, с использованием в постановке и интерпретации биофизических экспериментов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования отражены в 7 статьях в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК по теме философия, а также 5 публикациях в других изданиях. Конкретно-научные аспекты диссертационного исследования опубликованы в 5 статьях в специализированных научных изданиях, одно из которых входит в базу цитирования SCOPUS.

Основные выводы и теоретические положения настоящей диссертации были изложены на всероссийских и региональных семинарах, конференциях и конгрессах: XLI международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2003 г.), летних философских школах «Голубое озеро – 2003»: Трансляция философского знания: наука, образование, культура (Новосибирск, 2003) и «Голубое озеро – 2004»: Риск в философском измерении (Новосибирск, 2004), IV Международном Конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2006), Всероссийской научной конференции с международным участием «Философия науки и инновационные технологии в науке и образовании» (Томск, 2007), V Российском философском конгрессе «Наука. Философия. Общество» (Новосибирск, 2009), региональной научной конференции молодых ученых Сибири в области гуманитарных и социальных наук «Актуальные проблемы гуманитарных и социальных исследований» (Новосибирск, 2010), Сибирском философском семинаре «Интеллектуальные ценности в современной России: Философия. Наука. Инновации.» (Новосибирск, 2011).

Структура работы. Диссертационное исследование состоит из введения, двух глав, каждая из которых содержит три параграфа, заключения и списка использованной литературы.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение содержит обоснование актуальности исследования, раскрывает степень разработанности проблемы. Также сформулированы объект и предмет исследования, цель и необходимые для ее достижения задачи. Описывается методологическая основа исследования, научная новизна, приведены основные выводы и положения, выносимые на защиту. Фиксируется теоретическое и практическое значение результатов исследования. Приводятся сведения об апробации основных положений и результатов диссертации.

Глава I. Биофизика междисциплинарная область научных исследований

§ I.1 Физика и биология особенности пересечения содержит анализ взаимосвязи физики и биологии в области пересечения. Раздел «Условность границ естественнонаучных дисциплин» начинается с сопоставления различных определений для анализируемых наук. Показано, что определения физики и биофизики варьируются в зависимости от исторического периода, социальных факторов, мировоззренческих позиций исследователей, дающих определения. Неоднозначность определения биологии сосредоточена в неопределенности границ между живым и неживым. Рассматривается точка зрения, согласно которой соотношение между физикой, химией и биологией можно представить в виде строгой иерархической последовательности, каждый из уровней которой является частным случаем предыдущего. Приводится контрпример, опровергающий всеобщность такого представления, связанный с открытием механизмов запасания энергии в митохондриях, имеющих не столько химический, сколько физический (подразумевающий обращение к пространственным и электрическим свойствам) характер. Общий вывод раздела состоит в том, что существует довольно обширная междисциплинарная область, не имеющая четких границ, где сосуществуют концепции и методы исследований разных дисциплин.

При отсутствии четкого разграничения рассматриваемые естественные науки, тем не менее, не представляют собой единого целого. Во взаимосвязях объектов и взаимодействии методов исследования существуют принципиальные разрывы и противоречия, что и составляет предмет анализа раздела «Противоречия в междисциплинарной области». Анализируются биофизические аспекты, связанные с парами философских категорий «живое и неживое», «целое и часть», «детерминистическая и телеологическая причинность». Показано, что использование прямых аналогий с хорошо изученными физическими процессами для объяснения процессов в живых организмах становилось как источником заблуждений, так и стимулирующим шагом в важнейших открытиях. Выделено, что проблема взаимосвязи живого и неживого обостряет проблему соотношения прибора и объекта, когда биологические объекты изучаются физическими методами или, что более редко, физические явления исследуются при помощи биологических процессов. Отмечено, что при всех успехах современной науки, не только проанализировавшей молекулярный состав организмов, но и научившейся синтезировать многие из этих веществ, существует принципиальный разрыв в переходе от свойств микроскопических составляющих к свойствам живых объектов как целого.

Особое внимание уделено рассмотрению специфики телеологических объяснений. Объяснения в терминах цели являются неотъемлемой частью науки о живых организмах. Кант полагал, что представление о цели предшествует нашему размышлению о жизни, и потому нет надежды на то, что когда-либо человеческое познание будет способно объяснить жизнь в терминах физических законов. Однако четкого разграничения по типу объяснения для физики и биологии также не существует. Как функциональные, так и финальные объяснения могут встречаться и в той, и в другой науке. Тем не менее, существенная асимметрия в способах объяснения нередко стимулировала обсуждение вопроса о том, как возможно элиминировать телеологию из биологии. Этот вопрос широко обсуждался в связи с эволюционной теорией, а с появлением генетики некоторые его аспекты получили новую интерпретацию, в частности Э. Майр ввел термин «телеономия», чтобы отличить квази-целенаправленное запрограммированное поведение от традиционной телеологической концепции. Отсутствие единой общепринятой позиции по этому вопросу, проявляющееся как в философских обсуждениях, так и в конкретно-научных работах, позволяет выделить проблему причинности как один из примеров противоречий, существующих в биофизике.

Отсутствие четких границ, существование концептуальных и методологических противоречий в биофизике, отмеченные в первом параграфе, могут вызвать сомнения в том, что в исследованиях, где еще не разработаны способы снятия противоречий, возможен успех. Тем не менее, история науки содержит примеры, когда в таких условиях были получены результаты, не только значимые в рамках исследуемой проблемы, но и положившие начало коренным преобразованиям в существующей научной картине мира. Рассмотрению одного из таких примеров, связанного с исследованием «животного электричества» посвящен следующий параграф.

§ I.2 Биофизический эксперимент в эпоху Просвещения содержит рассмотрение одного из ярких исторических примеров, когда обращение к эмпирическим основаниям велось в условиях концептуальных противоречий, связанных с исследованиями электрических явлений на основе механистических концепций, применяемых и к биологическим объектам. В ходе спора Гальвани и Вольта о животном электричестве, разгоревшегося в 90-х годах XVIII века, были получены результаты, выходящие за рамки исходных теоретических положений и ставшие важным этапом в становлении новой физической теории (электродинамики). В разделе «Специфика сочетания теоретического и эмпирического в исследованиях выделенного периода» анализируется тесное переплетение особенностей интерпретации экспериментов с вопросами взаимосвязи физического и биологического. Показано, что несмотря на огромную роль теоретических положений классической механики в исследовании «животного электричества», обнаруженный яркий эффект, чувствительный к малейшим изменениям, дал возможность вести поиск в области существенно более широкой, чем область применимости исходных теоретических концепций. Опровергается утверждение (изначально принадлежавшее Вольта и получившее широкое распространение), что открытие Гальвани было случайным обнаружением отдельных эмпирических фактов. Предложение Вольта считать эффект сокращения препарированной лягушачьей лапки аналогом работы электрометра не может считаться полноценным объяснением, но дало возможность использовать данный эффект в дальнейших исследованиях без теоретического обоснования.

Перевод лягушачьей лапки из предмета в средство исследования свидетельствует об изменчивости ролей отдельных составляющих в той комбинации факторов, которая создает наблюдаемый эффект, что является фокусом внимания раздела «Специфика соотношения прибора и объекта в исследованиях животного электричества». Отмечено, что большую роль в использовании прибора, механизм действия которого не известен, играет возможность независимой проверки. Несмотря на то, что приборы, созданные на основе хорошо разработанной теоретической базы, имеют более высокую чувствительность и надежность и со временем вытесняют эмпирически подобранные комбинации факторов, в условиях концептуальных противоречий «дотеоретические приборы» становятся необходимой ступенью в освоении новой области исследования. В XVIII веке чувствительные животные электрометры дали возможность исследовать неизвестные тогда свойства электричества, а в XX веке аппаратура, разработанная на основе электродинамики, позволила исследовать природу высокой чувствительности «приборов» периода Просвещения.

Неполное понимание сущности явлений обусловливает невозможность контроля всех влияющих на результат эксперимента факторов, что приводит к высокой вариабельности получаемых данных. Эта проблема рассматривается в разделе «Воспроизводимость результатов и количественные измерения». Показано, что как Гальвани, так и Вольта сталкивались со значительными трудностями при попытках найти количественную меру изучаемых явлений. Большое значение в таких условиях приобретает возможность вычленить из сложной взаимосвязи факторов отдельные элементы и повторить результат при помощи независимых способов. Отмечено, что вариабельность связана не столько с биологической составляющей эксперимента, сколько с неполным пониманием исследуемых явлений, что может быть характерным и для физических исследований в период освоения новой области исследования.

Важно, что рассмотренные в этом параграфе особенности биофизических исследований имеют не только историческое значение. В современных научных разработках также возникают ситуации, когда физические и биологические аспекты тесно сплетены и изучаются в условиях концептуальных противоречий и неполноты теоретического обоснования. Рассмотрению одного из современных направлений научных исследований посвящен следующий параграф.

§ I.3 Проблема целого и части в контексте современных биофизических исследований связан с обращением к материалам ведущихся научных исследований, включая конкретно-научные работы диссертанта. В статистической физике разработаны и успешно применяются способы перехода от свойств частиц к свойствам объектов, состоящих из этих частиц, с использованием функции распределения. Рассмотрению некоторых особенностей формул распределения посвящен раздел «Переход от части к целому в статистической физике». Отмечается чувствительность распределения к геометрии пространства и подчеркивается, что вид распределения существенно отличается в условиях однородного и изотропного пространства и при существовании одномерного градиента. Пересмотр представлений о свойствах микроскопических частиц и характере их взаимодействия в квантовой механике обусловил введение распределений, обладающих отличительными особенностями при определенных условиях (Ферми-статистика и Бозе-статистика). Успешность применения результатов, полученных для системы слабовзаимодействующих частиц в изотропном пространстве, в условиях сильного взаимодействия и четко выделенных направлений (характерных для кристаллической решетки) связана с наличием трансляционной симметрии, сделавшей возможным переход в пространство обратных решеток.

Применение вышеупомянутых способов не всегда возможно в средах, существующих внутри клетки организма, что становится предметом рассмотрения раздела «Проблемы применения методов статистической физики к биологическим объектам». Выделены специфические особенности движений макромолекул во внутриклеточной среде, обуславливающие возможность применения к ним функции распределения, выведенной Фрелихом в 60-х годах XX века. Подчеркивается, что для данных масштабов характерна неоднородная и неизотропная геометрия внутриклеточного пространства, задаваемая цитоскелетом, а также порядки величин, попадающие в пограничную область между областями применимости квантовой и классической физики. Отмечается, что среднетепловая энергия при температурах, оптимальных для протекания процессов в живых организмах, также принадлежит этой области. Отсутствие статистических методов, учитывающих задаваемую цитоскелетом упорядоченность, неоднозначность в выборе квантового или классического формализма для описания процессов обуславливает необходимость вести исследования в условиях недостаточности теоретического обоснования.

Неполнота теоретического обоснования, связанная с выделенными выше особенностями, играет роль в некоторых направлениях современных исследований, рассматриваемых в разделе «Способы перехода от свойств молекул к свойствам клеток». Отмечается повышение интереса в последнее время к вопросам единства квантового и классического описаний и к проблемам редукции волнового пакета. Критикуется некорректное использование в физике, в частности в работах Р. Пенроуза, многозначных и расплывчатых понятий, таких как «сознание», «мышление», «интеллект», сводящее работу к поверхностным аналогиям между нерешенными задачами. Проводится сопоставление домаксвелловских попыток вывести макроскопические свойства из координат и скоростей отдельных частиц с современными тенденциями найти свойства органических молекул во внутриклеточной среде, исходя из квантовомеханических свойств атомов. Отмечается, что даже без учета своеобразной геометрии, задаваемой цитоскелетом, задача практически не решаема без привлечения аппроксимирующих предположений и поправочных коэффициентов, основанных на эмпирических данных. Показано, что экспериментам, связанным с воздействием терагерцового излучения на биологические объекты, свойственны проблемы, подобные проблемам исследования «животного электричества» в конце XVIII века: согласования эмпирического и теоретического, взаимосвязь прибора и объекта исследования, воспроизводимость результатов.

В заключении первой главы обобщаются особенности, выделенные для обращения к эмпирическим основаниям в междисциплинарной области. Важнейшей из этих особенностей является невозможность опереться на хорошо разработанную и общепринятую теорию. Подобные условия складывались в период смены научной картины мира. Анализ эмпирического обоснования в таких условиях может дать возможность выявить особенности эксперимента, абстрагировавшись от междисциплинарной специфики, что является основной темой следующей главы.

Глава II. Особенности обращения к эмпирическим основаниям

§ II.1 Эмпирические основания в период становления теории посвящен исследованию особенностей обращения к эмпирическому материалу в условиях изменяющихся теорий. Период становления науки современного типа представляет в этом отношении особый интерес. В разделе «Галилео Галилей: эмпиризм ли?» показано, что этим ученым вводится принципиально новый способ эмпирического обоснования. Выстраивая в аргументации цепочки взаимосвязанных явлений, обнаруживая условия, когда обсуждаемое свойство проявляет себя наиболее очевидным образом, итальянский ученый находит возможность вычислять значение характеристик, не доступных для непосредственного восприятия по измерениям связанных с ними величин. Утверждение единства законов для «небесных движений» и для непосредственно наблюдаемых движений подлунного мира вместе со снятием различия между естественными и насильственными движениями позволило применять все богатство накопленного «земного опыта» к объяснению астрономических явлений.

Анализ методов эксперимента еще одного исследователя, во многом определившего идеалы и нормы науки современного типа, содержится в разделе «Опосредующие структуры в исследованиях Ньютона». Наиболее ярко особенности обращения к эмпирическим основаниям проявляются в работах, связанных со свойствами света. Несмотря на то, что трактат «Оптика» построен по дедуктивной схеме: от основных определений и аксиом к выводам и теоремам, основные результаты сохранили свое значение при изменении теоретической базы (переходе от корпускулярных представлений к волновой электродинамике и, далее, к корпускулярно-волновому дуализму). В экспериментах Ньютона можно выделить специально сконструированные эмпирические опосредующие структуры, позволяющие по характеристикам, воспринимаемым органами чувств, судить о свойствах, недоступных для непосредственного наблюдения. Рассмотрены особенности выделенных структур, обладающих как эмпирическими, так и теоретическими свойствами. Показано, что в «Математических началах» также можно обнаружить следы подобных структур.

§ II.2 Основные свойства эмпирических опосредующих структур содержит рассмотрение общих особенностей выделенных структур вне исторического контекста. Анализ основных характеристик предваряется в разделе «Теоретическое и эмпирическое, явление и сущность, наблюдаемое и ненаблюдаемое» рассмотрением современных философских концепций, связанных с функциями и свойствами эмпирического опосредования. В разделе «Эмпирические опосредующие структуры» сформулировано определение для них: это несколько взаимосвязанных явлений, скомбинированных в такую систему, которая позволяет по воспринимаемым органами чувств характеристикам судить о свойствах, недоступных для непосредственного наблюдения. Показано, что при таком подходе, выделение атомарного эмпирического факта невозможно, эмпирическое опосредование является сетью взаимосвязанных явлений. Существенной особенностью выявленных структур является то, что они прочно связаны с реальными объектами с одной стороны, и с возникающими ощущениями у экспериментатора с другой. Восприятие не является самостоятельным и независимым источником информации, а требует интерпретации с учетом используемой опосредующей структуры, которая иногда намеренно формируется так, чтобы восприятие казалось парадоксальным. Внимание к деталям, теряющимся при абстрагировании, позволяет, при соответствующей перекомпоновке условий эксперимента, добиться того, чтобы помехи, даже если неизвестна их природа, взаимно нивелировались, позволяя проявиться изучаемому явлению наиболее ярко. Построение эмпирической опосредующей структуры не детерминировано однозначно теоретическими положениями, но зависит от мировоззренческих установок, научной картины мира, применяемых методологических принципов.

С разделением теоретического и эмпирического содержания эксперимента связано разделение на прикладные и фундаментальные исследования, что становится основной темой раздела «Опыты светоносные и плодоносные». Обосновывается тезис о том, что возможность сочетания интеллектуальных и практических ценностей научного исследования связана с разветвленными эмпирическими опосредующими структурами. При проведении фундаментальных исследований наиболее быстрые прикладные результаты дают «вспомогательные» работы, нацеленные на выявление взаимосвязей изучаемых объектов с наблюдаемыми известными явлениями. Для прикладных исследований выход за рамки поставленных задач может быть связан с обеспечением стабильности и эффективности способа достижения результата. Сочетание в естественнонаучных экспериментах фундаментальных и прикладных аспектов возможно при построении опосредующих структур, которые либо дают возможность найти для абстрактных объектов способы проявления в эффектах, доступных для человеческого восприятия, либо позволяют найти связь между неожиданными эффектами и их «невидимыми» причинами.

В § II.3 Методологическая специфика биофизического эксперимента происходит возвращение к проблемам биофизики, выделенным в главе I. Необходимость вести исследования в условиях неполноты и противоречивости теоретических концепций, отсутствие надежных приборов для изучения объектов, находящихся в фокусе внимания, и плохая воспроизводимость экспериментов вызывают вопрос о возможности получения значимых научных результатов. Раздел «Две особенности биофизического эксперимента» посвящен анализу характерных черт, которые хотя и не являются прерогативой исключительно биофизики, но проявляются в данных исследованиях в наиболее выраженной форме, взаимно обостряя методологическую проблематику. Первая из этих особенностей касается неоднородной множественности взаимовлияющих факторов, вовлеченных в эмпирическое исследование. Вторая особенность связана с необходимостью поиска в области, для которой не существует достаточно полно разработанной теории.

Проблемы, связанные с выделенными особенностями, нередко удается преодолеть. Способы такого преодоления рассматриваются в разделе «Традиционные для физики и биологии методологические приемы эксперимента». Для физических исследований обычно характерно наличие детально проработанной математизированной теории, оперирующей объектами высокой степени абстракции. В таких условиях выделение объекта исследования из сложной сети взаимосвязанных процессов, обычно происходит путем создания жестко фиксированных условий, таких, чтобы обострить действие исследуемых факторов и нивелировать влияние побочных. Организация взаимодействующих в опыте объектов в системе определенной цепочки взаимоотношений подразумевает знание о характере связи «вовлеченных» факторов не только с объектом исследования, но и между собой, содержащееся в развернутой теоретической схеме. Для биологических исследований обычно характерно сопоставление наблюдаемых факторов, оставляющее вне зоны внимания разветвленную сеть взаимосвязей фоновых процессов, вовлеченных в эксперимент. Основным приемом, позволяющим выделить исследуемый эффект на фоне побочных взаимодействий, является проведение испытаний при таком многообразии фоновых условий, чтобы множественность и спутанность можно было с хорошей степенью точности аппроксимировать однородными (причинно-гомогенными) условиями. Корректный учет неоднородности влияния фоновых факторов, также как и жесткая фиксация условий эксперимента невозможны в области исследования, где не разработано детализированной и разветвленной взаимосогласованной системы теоретических представлений. Это затрудняет применение традиционных методологических приемов в условиях, рассмотренных в главе первой.

Методологическая специфика биофизического эксперимента, ведущегося в условиях концептуальных противоречий, с необходимостью включающего в объект экспериментирования множество разноуровневых взаимосвязанных процессов, рассматривается в разделе «Особенности биофизического эксперимента в свете эмпирических опосредующих структур». В таких условиях эмпирические структуры должны быть гибкими, обеспечивая возможность корректировки в процессе развития научных представлений. Построение их направляется общими методологическими принципами и аналогиями. Отдельные элементы структуры нуждаются в независимых апробациях и перекрестных проверках. Роли объекта и средства исследования в комбинации факторов, которая обеспечивает создание наблюдаемого эффекта, могут переноситься. Эмпирические опосредующие структуры становятся первичными «приборами», для корректной работы которых важна возможность независимой калибровки. Проблемы, связанные с невозможностью контроля всех вовлеченных в эксперимент факторов, влекущие сложности воспроизведения результатов, могут быть частично преодолены подбором такой комбинации условий, которая обнаруживает яркий, нередко парадоксальный для восприятия эффект. Эмпирическая опосредующая структура, даже при неверной теоретической интерпретации, может дать возможность манипуляции параметрами, недоступными для непосредственного восприятия.

В заключении второй главы обобщаются результаты и выводы, связанные с выделением в обращении к эмпирическим основаниям эмпирических опосредующих структур, анализом их свойств и рассмотрением особенностей таких структур в биофизическом эксперименте.

Итоги диссертационного исследования формулируются в разделе Заключение и выводы, где также намечаются перспективы дальнейших исследований, связанных с эмпирическими опосредующими структурами.

Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

  1. Попова С.С. Некоторые аспекты междисциплинарного взаимодействия физики и биологии в научных исследованиях. // Философия науки. – 2003. – № 2 (17). – С. 47-59.
  2. Попова С.С. Галилей: эмпиризм ли? // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Философия. – 2007. – Т. 5, вып. 2. – С. 29-33.
  3. Попова С.С. Эмпирические опосредующие структуры в исследованиях Ньютона. // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Философия. – 2009. – Т. 8, вып. 1. – С. 28-32.
  4. Попова С.С. Проблема взаимосвязи свойств микроскопических составляющих и биологической клетки. // Философия науки. – 2009. – № 2 (41). – С. 79-98.
  5. Попова С.С. Эмпирические опосредующие структуры. // Философия науки. – 2010. – № 3 (46). – С. 81-91.
  6. Попова С.С. Биофизический эксперимент в эпоху Просвещения. // Философия науки. – 2011. - № 1 (48). – С. 121-132.
  7. Попова С.С. Методологическая специфика биофизического эксперимента // Философия науки – 2012. - № 2 (53). – С. 121-131.

Прочие публикации

  1. Попова С.С. Некоторые аспекты междисциплинарного взаимодействия физики и биологии в научных исследованиях. // Материалы XLI Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»: Философия / Новосиб. гос. Университет. Новосибирск, 2003. С. 65.
  2. Попова С.С. Особенности применения принципа причинности в биофизических исследованиях. // Трансляция философского знания: наука, образование, культура. Материалы научно-методического семинара летней философской школы «Голубое озеро – 2003» / Новосибирск: Новосибирский государственный университет. 2003. С. 98.
  3. Попова С.С. Опосредованное наблюдение в научном эксперименте. // Материалы V Российского философского конгресса «Наука. Философия. Общество». Т. 1. Новосибирск: «Параллель». 2009. С. 268.
  4. Попова С.С. Научный эксперимент в эпоху Просвещения. // Актуальные проблемы гуманитарных и социальных исследований. Материалы VIII Региональной научной конференции молодых ученых Сибири в области гуманитарных и социальных наук / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2010. С. 14.
  5. Попова С.С. Опыты светоносные и плодоносные: ценности эксперимента в науках о природе. // Материалы Первой Всероссийской научной конференции «Сибирский философский семинар» - 2011 – «Интеллектуальные ценности в современной Росии: Философия. Наука. Инновации» / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2011. С. 118.

Конкретно-научные аспекты диссертационного исследования отражены в следующих публикациях:

  1. Fedorov V.I., Popova S.S., Pisarchik A.N. Dynamic Effects of Submillimeter Wave Radiation on Biological Objects of Various Levels of Organization // International Journal of Infrared Millimeter Waves. – 2003. – V. 24, N. 8. – P. 1235-1254. (входит в базу цитирования SCOPUS).
  2. Федоров В.И., Попова С.С. Нижний терагерцевый диапазон электромагнитных волн и реакция на него биологических объектов разных уровней организации // Миллиметровые волны в биологии и медицине. – 2006. - №2. – С. 3
  3. Федоров В.И., Попова С.С. О подходах к механизмам воздействия низкоинтенсивного терагерцевого излучения на биологические объекты// Сборник тезисов IV Международного Конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» - 2006г. – С.64
  4. Cherkasova O.P., Fedorov V.I., Nemova E.F., Popova S.S., Pogodin A.S., Khamoyan A.G. Terahertz radiation influence on peptide conformation // Proceedings of SPIE. - 2007. - V.6727. – 672721
  5. Попова С.С. Распределение энергии по модам терагерцовых колебаний в биологических средах. // Миллиметровые волны в биологии и медицине. – 2011. – № 3(63). С. 63-51.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.