Пуденко С. П. Как работает современная наука

Поэтому необходимо уточнить «основополагающий» признак опыта астрономии.

Помимо проблемы «вИдения» объекта as is, во всех его подробностях и морфологических деталях, и некоторых вопросов, связанных с «простиранием» способности зрения вне видимого диапазона глаза, вторая проблема с «наблюдениями небесных тел», – это измерения и их точность. На этом стОит остановиться подробней. В нижеследующей части использованы материалы лекций А.В.Засова


Астрономия – наука точных измерений

Поэзия – та же добыча радия

В .Маяковский

Этот тезис, пожалуй, наиболее важный, и он же – наиболее конфликтный.

Даже интересующиеся и знающие астрономию люди имеют дело с результатами и интерпретацией исследований и плохо представляют в деталях, как добываются эти знания. «Когда б вы знали»…Отсюда встал и обострился вопрос – насколько им можно доверять? Можно ли верить тем, порой противоречащим прошлому опыту и здравому смыслу, результатам, которые широко «пошли в массы» в особенности последнее 20 лет? Парадокс в том, что наряду с бытующим в языке – стало быть, наработанным - выражением «астрономическая точность» (совершенная, невообразимая), в литературе одновременно существуют достаточно разнящиеся оценки параметров масс и расстояний (порой на десятки процентов), и особенно энергий космических процессов – вплоть до порядка величины. С одной стороны, исследования заслужили эпитета «астрономически точные», с другой – параметры, которые отличаются порой в 10-20 раз. Иногда даже число объектов (галактик, звезд и их скоплений, спутников планет) отличаются в разЫ. Неужели для ясности понимания астрономы не способны «навести порядок» в своих результатах, согласовать свои данные и не вводить в замешательство почтенную публику? Из-за чего все это, и когда подобный ералаш кончится? Чему же верить? И не дурят ли ученые простых людей, так сказать, вообще, по самому крупному счету. Ведь неспроста ж все эти разночтения «в цифрах» – у Смита и Вессона, Рубакова и Хокинга, еще и не исчезающие на снимках «НЛО» всех типов, ох неспроста!

Вряд ли он когда-то закончится. Это просто характерная особенность науки, сопровождающая неуклонный кумулятивный процесс накопления данных, все более изощренных технологий измерений и учета их ошибок. И измеряемые величины, и параметры моделей становятся неуклонно все более точными по всем критериям . Измерения и их статистическая обработка всегда производятся с погрешностями и наряду с значением величины обязательно указывают «погрешность измерения», с которой эту величину нужно сравнивать с другими данными.

Измеряют все более тщательно для того, чтобы лучше понимать, почему мир вокруг такой, каков он есть. Наука современного типа появилась в Греции, потеснив (но еще не заменив) умозрительную натурфилософию и мифологию как способы познания мира. Первые измерения «расстояний на небе»с математическими расчетами произвел в 3 в до н.э. Аристарх Самосский. Сравнивая положения на небе солнца и луны в различных фазах, он определил расстояние до Солнца, правда, как выяснили астрономы «всего» спустя 2000 лет, ошибся в 18 раз. Тем не менее, именно это профессионально выстроенное измерение по итогам систематических наблюдений (с измерениями фаз), на фоне господствовавшего в Греции умозрительного «филосоВского» миросозерцания платоновского типа, позволило ему заключить, что Солнце гораздо больше Земли. Что Земля – это просто одна из планет! И поэтому Земля должна вращаться вокруг Солнца, а не наоборот, как представляется непредвзятому «видению» человека, Солнце ходит круг Земли по небу. Разумеется, философы и затем теологи с их собственной «научной» схоластикой постарались эту ересь смыть напрочь. Коперник воспользовался этой начатой Аристархом работой измерений и гипотезой и завершил его дело, построив гелиоцентрическую систему

Самый выдающийся астроном древности Гиппарх ввел в действие первый научный аппарат (отличительная черта именно науки, по сути, тригонометрии) и добился такого уровня, при котором можно было составлять каталоги звезд. Спустя 2000 лет уже с крупнейшим телескопом выдающийся наблюдатель Гершель принял это наследство и поэтому смог, используя измерения древних каталогов, установить, что звезды перемещаются, вид неба (олицетворенный ПОРЯДОК и Первый эТАЛОН для «поднебесного мира») не остается неизменным, как учат нас все религии и прочие шаманско- эзотерические учения.

Трудности с принятием гелиоцентрической системы Коперника продолжались после опубликования его работы почти 200 лет вовсе не только потому, что реакционеры и те же религиозники с научными схоластами воспротивились отказу от Первого Эталона, фундаментальной Картины Мира с неподвижной Землей ( и человеком) в центре мироздания с прочими деталями вроде семи или девяти хрустальных сфер, на коих закреплены светила ,с движущими оные сферы невидимыми небесными телами (анге лами) и Перводвигателем вообще «за кулисами» этого божьего великолепия. Профессионалы сразу смогли оценить простоту и точность предсказаний «модели по Копернику» в отличие от птолемеевских. По утверждениям некоторых историков и методологов науки, именно присвоение коперниканской,гелиоцентрической идеализации устройства мироздания послужило запалом, точнее, стало «первопричиной» всей Научной революции как таковой, сразу «с двух концов». Физико-астрономического ( Галилей. первые законы движения и принцип относительности), и Кеплер – с механико-математической (конические сечения были применены к гелиоцентрическим орбитам планет и получены математические выражения законов их движения. Но – совершенно убежденно утверждали другие ученые люди - коли Земля движется в пространстве, вращается вокруг центра с огромной скоростью, должны быть наблюдаемы сопутствующие эффекты, в том числе видимые на самой Земле и смещения звезд на небе. Эффекты вращения Земли удалось обнаружить спустя почти 200 лет (кориолиссова сила). Измерить параллаксы звезд без крупных телескопов в 17 веке было попросту невозможно – ибо они слишком далеко (кто ж тогда такие вещи мог знать…тогд и слов и цифр таких не было – до крайней хрустальной сферы схоласты тогда же насчитали 76 миллионов миль) Измерить параллакс (эффект сезонного перемещения Земли по орбите) Солнца удалось международной кооперацией в размерах всего земшара в 1820х, и лишь у горстки звезд в 1840х годах выдающимся наблюдателями Струве в Пулкове и Бесселем в Южной Африке, он составлял единицы дуговых секунд.

На этом эпизоде можно посмотреть на важнейший сдвиг в методе измерений, а потому и в восприятии целостной системы мира в астрономии, а как следствие – в науке , затем и в «мироощущении» исследователей. В предшествующие столетия астроном пытался выбрать из множества своих измерений лучшие. Это нередко служило поводом для пристрастного суждения о результатах или для «интуитивного»(хе-хе) подбора таких наблюдений, которые, несмотря на свою естественную неточность, сходились неестественно точным образом. В то время не замечали, что такая сходимость не обоснована. Всноминается, как у Тихо Браге сумма разностей прямых восхождений по всему небу давала в сумме отличие от 360° всего на несколько секунд, тогда как отдельные измерения отклонялись более чем на полминуты. В XVIl в. некоторые ученые, в частности Гюйгенс и Пикар, начали понимать, что усреднение множества однообразных измерений лучше, чем каждое отдельное из них, а в XVIII в. такой метод усреднения все более стал входить в употребление. Теперь уже мало-помалу представление о «вероятных» и «случайных» ошибках, как величинах, характеризующих измерения, стало более ясным. Идея «закона случая», применявшаяся к практическим вопросам уже Гюйгенсом («Расчет удачи в играх», 1657 г.), Яном де Виттом и Галлеем (в таблицах смертности), получила прекрасное теоретическое воплощение в теории ошибок Лапласа и Лагранжа и в законе ошибок Гаусса. Это дало вычислителям для обработки всего наблюдательного материала метод, отныне лишенный всякого произвола и соответствующий твердому правилу.

Применяя этот принцип к каждому неизвестному, можно было найти все неизвестные прямым решением уравнений. Этот новый способ вычисления встретил восторженный прием в мире астрономов, которые уже давно занимались вопросом о том, как из множества данных без произвола найти лучший результат. «Лучший» теперь определялся как «наиболее вероятный». Все колебания и сомнения отступили перед твердой определенностью, и оставшиеся в наблюдениях отклонения, т. е. «ошибки», при выводе «средних» и «вероятных» ошибок сами давали степень неточности результатов.

Этот метод используется впоследствии во всех астрономических исследованиях. Первым прорывом стало ТОЧНОЕ определение параллакса Солнца (по обработке наблюдений прохождений Венеры по его диску). Энке в 1835г выразил солнечный параллакс как π© = 8",57116 ± 0",0371.

В первый период применения нового метода вычисления астрономы упивались сознанием того, что теперь они могут получить точный результат вычисления. Ясно, что поскольку вероятная ошибка, стоящая после знака ±, составляет 0",0371, т. е. что результат с равной вероятностью может быть как больше на 0",037, так и меньше на 0",037, то третий и четвертый десятичные знаки не только не имеют значения, но и просто бессмысленны, поскольку уже второй знак на единицу неточен. В 29 веке ученые более разумно писали просто 8",57 ± 0' ,04. Оказалось, что и при этом действительная неточность еще недооценивалась –пока в эпоху радиолокационных измерений не достигла сотен метров (шестой или седьмой знак в цифре)

Все же теперь вместо всей неопределенности комбинаций оценок сделанных в XVIlI в., было установлено определенное значение параллакса, которое оставалось общепринятым в течение полувека. С известным радиусом Земли в 6377 км из этого солнечного параллакса было выведено расстояние до Солнца, точнее — величина большой полуоси земной орбиты в 153,5 млн. км. Оно было названо астрономической единицей; в таких единицах выражаются все расстояния и размеры в солнечной системе, все размеры планетных орбит. Название эмблематичное, это - ПЕРВАЯ точная астрономическая ВЕЛИЧИНА, норматив, определяющий характерный МАСШТАБ расстояний «на небе». Точнее, мерило масштаба всего, что в Солнечной системе. Человечество стало наконец – с этого конца - осознавать обширность вселенной, ученые стали привносить в массовое сознание ее в наборах циклопических цифр и ошеломляющих воображений сравнений и метафор

Более мудрые от этой игры, ставшей модой навсегда, уже тогда стали предостерегать В противоположность этому восхищенному любованию большими числами и игрой метафорами Ф. Кайзер (Лейден), возродивший астрономию в Нидерландах и пользовавшийся успехом как популяризатор, серьезно предупреждал, что величие вселенной состоит не в ее огромных размерах, а в господствующих в ней порядке и закономерности.

Прогресс угловых измерений положений звезд с тех пор привел к достижению точности сначала в тысячные, а теперь уже - в радиоинтерферометрии с российским аппаратом «Радиоастрон» - в миллионные доли секунд. Лучший астрометрический прибор – аппарат с космическим специализированным телескопом 1990х годов – эмблематично назвали «Гиппархос». А только что запущен российской ракетой европейский аппарат следующего поколения «Гайя», который произведет уточнения данных «Гиппархоса» и трехмерное картографирование тысяч звезд Галактики

Если угодно, прогресс точности небесных измерений, «которой можно верить», за 150 лет после Струве можно выразить количественно. «До Струве» за все предыдущую эпоху измерений – она возросла в 200-300 раз. После него - в сотни тысяч раз. Прогресс продолжается, потому, что на подходе новое поколение наблюдательных и измерительных приборов и технологий – интерферометр из 60-ти 15 метровых антенн мм диапазона ALMA в Чили (уже заработал), 42 метровый суперигигант оптический EELT там же, американский преемник «Хаббла» ИК телескоп с 8 м зеркалом «Уэбб», радиоинтерферометр «СКА»- «Установка площадью квадратный километр» с размахом массива 15 метровых антенн на 500км.

Приведем характеристики точности основных видов астрономических измерений

Самые неопределенные величины на сегодня – это массы галактик и разреженного газа , как окружающего их, так и между ними.

Самые точные значения получены для тесных двойных звездных систем с сверхплотными объектами с огромным гравитационным полем и магнитным полем(нейтронными звездами). Это открытые в 1970х пульсары. Несколько из них позволяют воочию наблюдать эффекты ОТО и позволяют в скором будущем осуществить регистрацию гравитационных волн (Нобелевская премия 1993г Халсу и Тейлору)


Чтобы достичь «астрономически» точных значений и минимизировать ошибки, за 20-30лет введены в действие ранее не существовавшие технологии наблюдений – телескопы, в том числе космические, приемники излучения и анализаторы его. Технологии вроде ИК сенсоров, адаптивной оптики иногда пришли из секретных военных «заделов» после окончания ХВ. Стоимость особо изощренных уникальных фотокамер и спектрометров , например для телескопа «Субару» и аппаратуры « Хаббла», достигает сотен миллионов долларов.


ч
С такой разрешающей способностью (миллионные доли секунды) можно было бы измерить (а не просто различить ) спичку на половине расстояния до Луны.

Полученные результаты должны соответствовать нормам обработки данных и статистики, быть подтверждены несколькими независимыми коллективами, пройти проверку временем. Если не соответствуют – считаются предварительными и к ним отношение до поры до времени настороженное. В истории астрономии, особенно в узловые моменты, было много случаев неподтвержденных экспериментальных обнаружений (с «космического масштаба» выводами из них). В 1910-20-е годы во времена «Великого спора» крупнейших астрономов о природе туманностей (оказавшихся галактиками) таких эпизодов хватало. Дело было в ошибках наблюдений, неверных установочных данных, иногда просто в путанице. Ван Маанен «измерил» расстояние всего в 7 килопарсек до М33 ( ближайшей кроме Андромеды галактики в Треугольнике), пролетев почти в сотню раз. Эдвин Хаббл просчитался в несколько раз в определении расстояния до М31в Андромеде), приняв за яркие звезды неразрешенные телескопом эмиссионные комплексы. И так далее и тому подобное. Иногда ошибки бывают просто анекдотическими, бытовыми. Их помнят, коллекционируют не только досуга ради, в назидание, и ряд таких баек пополняется. За 100 лет люди мало изменились. Доброжелатели постоянно обнаруживают на снимках, полученных из-за движения аппарата (и космического, и просто камеры) или его эффектов смазанными (появление «духов») и подсвеченными, «двигающиеся к Земле» Нибиру, звездолеты, НЛО и прочие вещи. Последняя массовая истерия в отечестве была во время падения Челябинского метеорита, якобы «сбитого» видимой на видео «противоракетой». Ей подверглись не одни «простые интернетчики», но и государственные мужи. Недоучившие физику в школе, что теперь стало обычным.

Пример, когда полученный результат «не соответствует стандартам», это последние данные об обнаружении в одном из нескольких экспериментов – КоГЕнт- частиц темной материи. До « 3 сигма» (вероятность полученных значений при этом составляет 99процентов) результат все еще не дотягивает. Корреляция ( сезонность потока в связи с положением Земли на орбите) упорно намечается, ошибки уменьшаются, вероятность выше 66проц, но данные все еще недостаточно надежны. Никакого криминала тут нет. Будем ждать точности и надежности.

Вы будете смеяться, но «пока» у астрономов нет «100-процентно надежных» , точных, ответов даже на некоторые совсем простые , вековые или «детские» вопросы. Эти «детские» вопросы на самом деле подчас требуют для полноценного ответа написания хорошей современной книги. Так и сделал лауреат премии «Просветитель» исследователь фотометрии галактики Решетников, написавший два года назад толстенькое введение в космологию под названием «Почему небо темное, или как устроена Вселенная». А «какого цвета Солнце»- подобного исследования не написал еще никто (без всякой иронии, предлагается такая тема) К таким же «простым» вопросам с подвохами относятся связанные со зрением человека, с «визиологией». Что мы видим на фото «обычной галактики морфологического типа SBb - к нему относится и наша (*1)? А на «комбинированных» , с визуализацией рентгена и ИК-излучения поверх видимого? ниже – такой снимок одной из самых знаменитых ближайших галактик – гигантской эллиптической NGC 5108, она же - самый яркий радиоисточник неба Центавр А - по снимкам «Хаббл»+ «Чандра». Рядом другой композитный снимок из рентгена и ИК другой знаменитости – остатка сверхновой 1054г , Крабовидной туманности, названной в 1950х, конечно же, по характерной форме на фотографии в видимом диапазоне. Теперь мы видим на композите вовсе не «краба», а плюющую выбросом по оси вращения вращающуюся «юлу» вокруг пульсара. Как называть получаемые картинки?

После потокового открытия других планетных систем оказалось, что хотя Солнце считается типичнейшей, «нормальной», ordinary star, наша система-то совершенно «нетипична» и неординарна. Кардинально меняется номенклатура и типизация планет, для большинства экзопланет принят привычной цеху «назывной» способ определения типа объекта. Похоже на звезду – значит, квазар. Часто тикает – пульсар. «Сверхземля», «горячий юпитер», «горячий нептун»… Конечно, «это НЕ дело». Может быть, некоторые «открытия» даже «закроют», как 100 лет назад «закрыли» открытия Ван Маанена . А некоторые названия приживутся. Совсем абсурдные уже стесняются употреблять. Астрономы обожают давать нестандартным объектам «уточняющий» эпитет dwarf «карлик»(планета, галактика и особенно звезда), шинкуя карликов и так и эдак, и договорились недавно до четырех типах бурых ,и до «черных карликов»(вы будете смеяться, но эти звезды - белые карлики совсем уж низкой светимости).

Кому как, а мне история таких открытий и « закрытий», пересмотров типов и количества «населения» космоса, «нахождения духов» настоящих и мифических , изобличение ошибок и провалов , феерический терминологический пэтчворк - доставляют большое удовольствие . И все это на языке, полном архаизмов, исторических наслоений, при семантическом ералаше (c названиями созвездий и звезд античной поры с карт звездного неба, , которые требует вычистить главный энциклопедист Сурдин) Заодно тут исходный материал для рассуждений о человеческой натуре, в частности - о нынешней почти всеобщей антинаучной настроенности , конспирологии и, наконец – last but not least - феномене неверия в твердо установленные факты.
Но что такое - факт?
Методы и критерии работы с опытным и теоретическим знанием в науке

Буквально в последние 3-5 лет у нас и 10-15 лет – на Западе сильно улучшилось дело с вовлечением достижений астрономии в образование, с пропагандой и популяризацией успехов науки (бывает и правильная пропаганда – например, здорового образа жизни) . Правда, до Запада нам кое в чем еще далеко. Там помимо превосходных, переиздаваемых каждые год-два учебных изданий, насыщенных эпистемическими врезками (каким образом мы это познаем?) астрономию теперь часто чтут по рангу «одного из семи свободных искусств», как было в средневековых университетах. И преподают не только «научникам», да и то больше для «общего развития» и эрудиции, а и «культурникам», биологам, историкам, общественникам и т.п. (Лучшим примером такого учебника с гуманитарным уклоном является книга Блесса «Открытие Космоса»). Ниже использованы форматки и данные из публичных лекций одного из самых активных и заслуженно известных астрофизиков д- ра С.Попова. Он способен за час дать концентрированный свод новых открытий, актуальных тем, наконец кратчайшую пропедевтику - «скелет» науки

Факты бывают, как хорошо обосновано методологами науки (например, Илларионовым) разной степени (градуса) или ранга. Первичные, сырые, не относимые к теоретической «нагруженности» факты по мере развития науки (и особенно такой, как астрономия) занимают все более небольшое положение (* см приложение). Выше говорилось, что «продленное» зрение человека теперь позволяет увидеть детальные снимки в радиодиапазоне, в рентгене (да что там – в нейтрино!). Нейтрино никто никогда не увидит, его 70 лет назад постулировали из соображений «спасения теории», а обнаружили, обмерили и даже визуализировали их потоки совсем недавно. Исследователи экзотических частиц вроде кварков на коллайдере, спектров и излучения наиболее удаленных объектов во вселенной, филаментов «темной материи», обмеривающие и выискивающие при помощи компьютерной обработки наблюдательные данные в виде треков, порожденных частицами и т.п., имеют дело с фактами 6го,7го и т.п.ранга. Долгое время «махисты», например, стояли как стена со своими тезисами вроде «никто не видел такого объекта, как электрон» (бозон тем более). Они разумно опускали «фотон»(глаз человека способен засечь единичные фотоны). . Теперь, правда, из атомов нанотехнологи под микроскопом слова научились оставлять и фотографировать, но твердых берклеанцев никогда не переспорить. Однако, одни «просмотром» мыслительной работы не заменишь и набором крепких «сборок» по модной манере выстроенной в рейтинги и «клиповое» мышление (12 открытий года, 10 загадок, 10 заповедей науки, 10 фактов научной картины мира) скептика не убедишь.

Интересующимся я рекомендую самому знакомиться с творчеством профессионалов (они же – преподаватели и популяризаторы) Попова, Сурдина, Засова, Сильченко, Вибе, Решетникова, благо они умеют подать товар лицом и набили руку. Дай бог чтобы их дело множилось и процветало, это хоть отчасти поможет компенсировать эффекты 1) засилия раскрашенных анилиновыми красками видео-шоу с мелькающими наборами бешено крутящихся «черных дыр», «галактик» , звездолетов между ними и прочих «вкусностей» на потребу зрителю, и 2) отсутствия астрономии в школьной и вузовских программ (в отличие от «тупой» Америки, где на нее мода все растет). Мои отношения выстраиваются по линии поддержки и методологического, эпистемического комментария ученых .

Дисциплиной, имеющей отношение к этим знаниям, я вслед за Вернадским и Илларионовым считаю не нынешнюю философскую, а научную эпистемологию, науку о научном методе, аппарате и «органоне» науки - теоретическое естествознание (*см приложение) . Нынешний ученый цех довольно произвольно употребляет термины и знаниевые этикетки (факт, гипотеза и пр.)в отношении базовых понятий своей науки, исходя из собственных предпочтений и ( в другом отношении резко критикуемого ими) «здравого» смысла , точнее - обыденного словоупотребления. А точность – то (или произвол) как раз наиболее фатальны именно тут! Порой вплоть до краха. Если « это» (10 фактов астрономии) - знания, знаниевые конструкции, а не абы какие модели, понастроенные господами учеными, то им хотелось бы доверять. А для этого удостовериться (от слова вера), что перед нами не описание и обобщение эмпирического толка, не «видимость» понятийной конструкции, а она сама. Проверку на эти критерии современные пособия и энциклопедии, компендиумы «новейших сведений» науки, могут и не выдержать. Все-таки перед глазами маячит первый абзац словарной статьи в ФК и ФЭ 1980х «Солнечная система». «СС - это Солнце, планеты, астероиды, кометы …и другие, мелкие тела, вращающиеся вокруг Солнца …»(дословно). Веревка есть вервие простое. Превалирует назывной способ обозначения и различения накапливающихся видов космических объектов, перечислительный способ характеристик их «систем», что резко девальвирует понятийную составляющую . Системы перечислением набора элементов не определяют.

Если говорить коротко, цех выносил и несет представление о том, как работает ученый, о «квантах» его исследования , как обычное представление научников-исследователей о своей деятельности с давних пор. Наблюдаются имеющиеся в реальности факты, с максимально доступной точностью измерений и учетом погрешностей и ошибок, они обобщаются и обрабатываются. Строятся «на бумаге» их зависимости и корреляции, они становятся предметом дальнейшей усушки и утруски по нормативам ,принятым в сообществе, цеху (см. выше о 99процентной точности результатов) . Моделирование на самом совершенном оборудовании с учетом его погрешностей и ошибок становятся мерилом для теорий А, Б, С, которые вырабатываются «стоящими на плечах гигантов»(традиции, научной школы) теоретиками, лучше соответствующие теории А данные становятся ее подтверждением Единица продукции ученого – проверенная на критерии цеха оригинальная статья с изложением нового предметного материала (который не исследовали результативно до сих пор). Рейтинг и ранг ученого и его работ (статей) определяется степенью ее востребованности сообществом, т.е. цитированием в научных же журналах.

Ученые, как думают в цехе, работают гипотетико-дедуктивным методом, исходный объект теоретизирования –гипотеза, главным способом обобщения является моделирование. Модели бывает разные, физические, аналоговые, аналитические. «Численное» моделирование (на компьютерах) все чаще вытесняет аналитику и расчеты на базе мыслительных экспериментов.

Термин "модель" в науке и технике крайне многозначен. Итоговые модели базовых космических процессов и объектов , как и они сами, не слишком многочисленны. Их высшим типом являются «стандартные модели» (стационарно излучающей звезды, звездной атмосферы, различных типов сверхплотных объектов вроде нейтронной «звезды», аккреционного диска, звездной системы, галактики, космологическая СМ и некоторые другие ). Используя матричную стандартную модель процесса с небольшим числом важнейших ее параметров, для уточнения и обобщения экспериментальных данных модель подвергают параметризации. Так например сейчас работают космологи.

В экспериментально-теоретическом естествознании основная магистраль - получение теоретического знания о природных процессах, которое принято считать высшим типом знания. Тем не менее. В астрономии и астрофизике , как и раньше, велика роль опытного(эмпирического) и экспериментального типов, и специфических способов

работы с этим типом знаниевых организованностей , что связано со спецификой «наблюдательной науки точных измерений». Некоторые отрасли астрономии , не связанные тесно с теорфизикой и теормеханикой, так и «закончились», не став точной наукой, не выйдя из стадии описаний и дотеоретических конструктивов и гипотез, порой разветвленных и «накрученных». Пример - космогония , в узком смысле термина это была дисциплина о происхождении планетной, конкретно - Солнечной, системы. Такого рода концепции до-теорфизического типа роднят подобные разделы науки о космосе с описательными вроде биологии и ботаники конца 19-начала 20 века.

Теоретическая астрофизика была и остается уделом деятельности совсем небольших групп теоретиков, часто – теор- и матфизиков. Этапные достижения ее в 20в связаны с созданием стандартных моделей базовых космических процессов, начиная со стационарно излучающей звезды в 1920-30х годах (Джинс, Эддингтон, Шварцшильд). Делу очень способствовали коллинеарное астрофизике быстрое развитие атомной и ядерной физики , квантовой механики, релятивистской теории. Создание ядерного оружия, конкуренция на этом поле инициировало и резко умощнило деятельность таких групп теоретиков – прежде всего, в связи с Манхэтеннским государственным мегапроектом в Штатах, параллельными работами в других странах, в том числе Германии, Англии, СССР. Плодами гонки военных технологий эпохи холодной воны и ее щедрым знаниевым наследием сильно воспользовалась астрофизика. Многие крупнейшие физики из этих групп в 1930-50х мигрировали между своей специальностью и астрофизикой (например, Ландау), некоторые ушли из нее в чистую астрофизику (Чандрасекар, Гамов), некоторые участники ядерной гонки после ее завершения стали заниматься физикой космоса и космологией (например, Зельдович, создавший группу учеников и последователей). Теорфизику с ее спецификой оставим в стороне, теоретическим физическим знанием плодотворно занимались и занимаются методологи.

Способы, которыми в современной астрономии совершается переход от эмпирии к моделям и теоретическим построениям, переход опытно-экспериментального знания о космосе в теоретическое или близкое к нему, достаточно специфичны и весьма мало изучены, хотя в рамках собственно дисциплины выполняют роль ее базовых конструктивов. Коротко глянем всего на несколько такого рода астрофизических схем или моделей , чтобы получить первое представление о самом этом виде и попытаться найти их место в выработке и движении знаний в естествознании

Наиболее важной и матричной из них, широко применяемой в астрофизике звезд и скоплений является так называемая (организационная) диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Исторически схема возникла как способ упорядочивания опытного материала о спектрах звезд и их блеске путем нанесения на двухмерную картинку. К этому времени было накоплено уже достаточно сведений о спектральных характеристиках большинства типов звезд благодаря огромной, часто подвижнической работе рядовых науки . Ее первым итогом стали попытки эмпирической классификации последовательности всех спектральных типов. Она несколько раз менялась и варьировалась из-за неверности начальных допущений (какой тип отмечает бОльшую температуру). Никаких обобщений на основе таких классификаций (вроде бабочек или гербария) не получишь. Прорыв наступил, когда в 1910х гг научились массово определять расстояния до ближайших звезд , в частности , благодаря открытию чисто эмпирической зависимости период –блеск у важного типа переменных звезд – цефеид, ставших «стандартными свечами» расстояний

Рис Г.— Р. д. для звёзд с известными расстояниями до них и спектр, классами.. Абс. большинство звёзд находится в пределах полосы, пересекающей диаграмму по диагонали. Эту полосу наз. главной последовательностью (ГП) или последовательностью нормальных карликов

Спектральный класс или показатель цвета определяются в основном температурой звезды, следовательно, положение звезды на Г.— Р. д. характеризует соотношение между её важнейшими наблюдаемыми параметрами — темп-рой и светимостью. Они относятся к фактическим параметрам звезды 1го (видимый блеск) и 2го ранга ( абсолютная светимость по оси у, спектральный класс или показатель цвета – по х) по Илларионову.

Главная последовательность, «нормальных карликов» – уже известные нам назывные этикетки по внешне видимым чертам, эмпирико-морфологическим особенностям на этой диаграмме. Скважный (кучками вдоль ГП) ее вид вызван непосредственным нанесением на схему дискретных значений спектральных классов(их 10 внутри каждой «литеры»)

После первых эмпирических обобщений прошло время, появилась стандартная модель звезды и ее атмосферы, затем – модели эволюции звезд разных масс по мере их «выгорания», наконец, теорфизическая стандартная модель источников горения(термоядерные циклы). Параллельно приращению теор.знания и в симбиозе с ним то, что было поначалу «просто удобным способом» упорядочивания результатов измерений наблюдательных параметров все новых и новых звезд и их скоплений на графике, оказалось главным инструментом представления(репрезентации) всех основных подробностей их судьбы , эволюции. Она стала применяться в разных вариантах. Особенно важны модельные представления перемещения звезды по своему эволюционному треку.

Соотношения между важнейшими наблюдаемыми параметрами, отстроенными в операционный схематизм, оказались обусловлены гл. обр. хим. составом, массой и эволюционным статусом звёзд. Поэтому исследования Г.— Р. д. шаг за шагом стали важнейшим инструментом, источником сведений о базовом процессе эволюции всех звёзд –термоядерном цикле и о ее вариантах, от образования протозвезд через долгий период стац.горения их до самых разных вариантов окончания существования. Успехи всей астрофизики в 20в большой степени связаны с последовательной тотальной переработкой (репрезентацией) наблюдательных измерений via Г.— Р. д. в симбиозе с теорфизикой звездной эволюции. Почему? вероятно потому, что сама чисто «визуальная» специфика науки о звездах крайне удачно воплотилась в гештальте ее центрального рабочего процесса. Мне с ходу трудно найти подобный этому в других областях наук превосходный способ использовать представление, изображение ее ЦРП в ясном, наглядном и операционном схематизме. Это, по сути, аналог «таблицы Менделеева».

Успех с наблюдаемыми характеристиками звезд через «гештальт» орг.диаграммы ГР попытались повторить в применении к основному структурному элементу космоса большого масштаба – к галактикам. Если звезда - основной структурный элемент галактики, а термоядерные реакции в ней – центральный рабочий процесс, то аналогичный заход после появления наблюдательных возможностей с 1970х стал проводиться всеми исследователями в отношении галактик и центрального рабочего процесса в них и во всей вселенной – звездообразования .

Это итоговый график по результатам интенсивного изучения свойств сначала ближних, затем (с конца 1990х) - все более удаленных звездных систем. Один из самых эффективный метод с использованием детальных наблюдений и анализа интегральных спектров на базе моделей так называемого популяционного эволюционного синтеза. Способ синтеза интегрального спектра , позволяющий составить его на основе заданных параметров звездного населения (популяции) галактики связан с проблемами химической эволюции. После некоторого успеха еще в 1970х годов, нынешнее состояние эволюции представляет противоречивую картину. « Повтор» не состоялся. На упоминавшихся диаграммах классификации галактик Хаббла и Вокулера , несмотря на декларируемые «физические корни», также пока не удается составить что-то подобное эволюционным трекам, связывающим основные характеристики галактики во времени. Картина крупномасштабной эволюции Вселенной была построена в 90е годы, казалось бы, добротно . В принятой пока иерархической схеме параметры ясны: основная действующая сила - гравитация, основной "наполнитель" Вселенной - темная материя Сначала формируются маленькие галактики, потом они сливаются в большие; сначала из слияний "вылупляются" сферические, хорошо перемешанные звездные системы, потом вокруг них из остатков газа нарастают диски. Однако в 2000 гг. ввод в строй крупных 8-10 метровых наземных телескопов и запуск в космос нескольких космических телескопов инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, невидимых ранее с Земли, нарушили всю эту стройную картину.

Другая организационная диаграмма(клише) или график, широчайше (как тип) распространившийся в исследованиях параметров галактик в последние годы, способен проиллюстрировать острую междисциплинарную проблему с методологией многих наук, не только естественных. Речь идет о так называемом log-log графике (по осям –логарифмы двух величин), позволяющем находить корреляции в виде степенных законов

Сейчас наблюдается своего рода эпидемия по обнаружению степенных законов зависимости всего от всего.

Одна из целого ряда таких диаграмм по параметрам галактик на рис.ниже. Чрезвычайно широко она применяется в поисках закономерностей звездообразования в галактиках в целом и их зависимости от плотности газа ( в т.ч.молекулярного) в их дисках. Найденные «закономерности» носят статистический характер….

В заключение – список или топ 13 самых важных статей в астрофизике по числу цитирований (порядка 2000 , при «очень хорошем» уровне цитирования – около 500) . За год только в архив электронных препринтов arXiv.org выложено почти 12 тысяч научных статей по астрономической тематике, то есть ученые пишут по несколько десятков статей ежедневно.

Большинство востребованных топовых исследований имеют самое прямое отношение к проблемам с наблюдениями – к их обработке, учету поглощения (1, 2, 7, 10). 13 –нашумевшая модель испарения ЧД Хокинга.

Вновь заметим, что речь - о картине мира и потому само собой ясно, что увязка паззла происходит через всю ту же область визиологии и визуалистики, о которой выше шла речь, и речь не о сухой схематике или табличном перечне, а о подкрепленном « фактами» в описанном ранее смысле целостном (и теоретически нагруженном) идеальном образе, доступном видению, пусть внутренним взором. Характерные «черты» образа могут быть разными – от прежней «красочной» картинки (см. ниже) до сложной графемы, схемы. В зависимости от опорной мировоззренческой или философской подложки – что такое идеальное, идеализация (вещи), идеальный образ – в разных традициях, таких как аналитическая или скажем диалектико-материалистическая или деятельностная философия, сам концепт идеального берется по-разному. Существует и другой, философский термин для выражения сути КМ - предельная онтология . Постепенно сформированная начиная с Коперника универсальная механистическая КМ является онтологией движущихся небесных тел. Мир Нового времени - не Космос древних. Вспоминая прежние характерные черты Космоса как целого, помимо эстетических (лепота) , в нем присутствует мало разработанная по сей день в философии и методологии категория Порядка (гармонии) . Что касается «парной» космосу-порядку в диалектическом смысле категории хаоса, то наука в 20 веке научилась связывать эту пару через конструкции вроде «порядок из хаоса».

процесса с вложенными «рабочими процессами».

В соответствии с этим определены прорывные (фронтьерные) научные темы. К примеру, перед учеными стоит задача: понять, когда и каким образом из холодных сгустков водорода сформировались первые галактики и как они начали излучать свет. Иными словами, когда случился наш «космический рассвет». Астрономы намереваются заглянуть предельно далеко в прошлое, доступное в излучении — найти на небе зародыши галактик, их первые изменения, слияния и поведение. При этих грандиозных событиях должны были излучаться волны пространственно-временного континуума, то есть гравитационные волны. Грав. Волны позволят заглянуть глубже во времени, дальше. чем позволяют эл-маг волны. Сегодня задача обнаружения таких волн стоит особенно остро. Нужен поиск тех редких звезд, которые были сформированы на ранних этапах ее эволюции и содержат минимальные концентрации тяжелых элементов. Их можно использовать для реконструкции истории образования молодых галактик.

Астрономия и фундаментальная физика всегда были тесно связаны. Точное изучение особенностей движения планет Солнечной системы дало возможность Ньютону установить закон всемирного тяготения, Эйнштейну — предложить и проверить свои законы гравитации, общую теорию относительности. И сегодня Вселенная остается лабораторией фундаментальной физики. Например, недавние наблюдения за радиопульсарами (см.выше) подтверждают теорию Эйнштейна для случаев сильной гравитации. Множество проблем связаны с черными дырами (ЧД), ТМ и ТЭ. План обозначает этим термином – ЧД - скорее сверхкомпактные массивные объекты Вселенной с их реально наблюдаемыми свойствами, чем тела с гипотетическими свойствами, приписываемыми теоретиками черным дырам. Для астрофизики ЧД существуют наряду с нейтронными звездами, другими сверхкомпактными телами, вещество и поля в которых могут находиться в сверхэкстремальных, вплоть до неизвестных, состояниях.

Чтобы спокойно жить, надо не уподобляться страусам, а представлять мир таким, каков он есть, во всей полноте - очень нетривиальной и никогда не окончательной. Это и есть суть астрономических наблюдений и знаний. Выстраивать новое вИденье Космоса , опираясь как на новые схематизмы, так и на все более точную красочную картину мира, и возвращаясь к истории культуры и науки в поисках надежных ориентиров на будущее – самая насущная задача.

Кононович, Мороз Курс общей астрономии - М. МГУ. 2005г

Степин B.C. История и философия науки: Учебник для аспирантов и

соискателей ученой степени кандидата наук. (гл.6)— М.: Академический Проект; Трикста, 2011.

Илларионов С.В. Теория познания и философия науки — М.:РОССПЭН, 2007

Encyclopedia of Space Science in 4 volumes – Vol.2 Astronomy and planetary sciences, McGrow-Hill, 2003

Энциклопедия «Физика космоса», 2 е издание, под ред Сюняев Р.К., М.1986

Засов А.В., Постнов К.А.,Общая астрофизика, 2 е издание, Фрязино, 2011

Засов А.В Астрономические измерения – насколько им можно доверять? лекция в Политехе, февраль 2013

Решетников В.А, Почему небо темное. Или как устроена Вселенная – Физматлит, 2012

Попов С.В. 10 фактов о Вселенной, лекция в Политехе, 2011

Попов С.В. Чертова дюжина лучших статей по астрофизике, лекция в Полит.ру , 2012

Морозов А.Г, Хоперсков А.В., Физика галактических дисков М. Физматлит,2011

BLESS, Discovering The Cosmos 2th edition 2011

https://archive.org/details/DiscoveringTheCosmos

Clauset, Shalizi, & Newman, 2007 - POWER-LAW DISTRIBUTIONS IN EMPIRICAL DATA

Константин Иванов История неба - ЛОГОС #3 2008, философско-литературный журнал

Константин Иванов Небо в земном отражении. М. Территория будущего. 2008.

Константин Иванов. Увиденное и отображенное: модели анализа научных изображений ЛОГОС #1 2008

Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. - М.: Наука, 2001.

Вернадский В.И. О состояниях пространства в геологических явления Земли. На фоне роста науки ХХ столетия- М. 1980

Цицин Ф.А. Астрономическая картина мира –новые аспекты В сб. Астрономия и современная картина мира. - М., 1996.
* приложение
Выдержки из работ по теоретическому естествознанию