Рассмотрим кратко содержание ряда понятий, используя общепринятые определения.
Наука — это сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности. Применительно к биотехнологии микробного синтеза наука — это система знаний о закономерностях и законах роста и жизнедеятельности популяций микроорганизмов в искусственно создаваемых условиях.
Научное исследование в широком смысле представляет собой комплекс логических (теоретических) построений и экспериментальных операций, выполняемых в отношении объекта (процесса) исследования с целью определения его свойств и закономерностей поведения для познавательного или практического их использования.
Под целью научного исследования понимается сформулированная на основе накопленных знаний научная проблема, на решение которой направлено данное исследование. Решение научной проблемы складывается из разработки комплекса исследований, которые формулируются как конкретные целевые задачи.
Для того чтобы приступить к проведению исследований, необходимо располагать некоторыми предварительными сведениями о свойствах объекта изучения. Обычно такие априорные данные можно получить из анализа публикаций, отчетов о научной работе, собственных наблюдений. Однако они чаще всего оказываются недостаточными, чтобы на их основании можно было судить о действительных законах функционирования объекта.
Они способствуют установлению предположительных функциональных закономерностей. В выявлении закономерностей также используются логические построения. Теоретическими предпосылками подобных построений служат постулаты сопряженных отраслей фундаментальных научных дисциплин, изучающих наиболее общие законы природы, например биофизика, биохимия и др.
Такого рода предположения позволяют сделать вывод о свойствах объекта, о причинно-следственных связях между параметрами, возмущающими воздействиями. Причем вывод этот нельзя считать доказанным, так как он не подтвержден эмпирическими данными и представляет рабочую гипотезу.
Гипотезы фигурируют на всех этапах научного исследования. К их построению прибегают как при формулировке проблем и тематики научных исследований, так и при их проведении и обработке результатов. Если в ходе теоретических и экспериментальных работ гипотеза подтверждается, то могут иметь место два случая.
Первый — гипотеза выполняется только для данного объекта и в пределах тех эмпирических данных, в которых проводились исследования.
Второй — гипотеза подтверждена для определенного числа подобных объектов и реализуется за пределами ограниченных эмпирических данных. Как в первом, так и во втором случаях существует определенная закономерность. Но в первом случае ей присущ частный (ограниченный) характер, а во втором — общий.
Если действующие на объект внешние и внутренние возмущения и реакция объекта на эти возмущения носят случайный характер, т. е. являются непредсказуемыми, такую систему называют стохастической. Если же внешние воздействия и внутренние возмущения носят закономерный характер, а реакция объекта предсказуема, такую систему называют детерминированной.
С понятием закономерности связано понятие закона. Научный закон отражает объективные закономерности, лежащие в основе функционирования объекта. Система законов является фундаментом научных теорий, которые составляют содержание научных дисциплин.
В сложных биотехнологических объектах и процессах нельзя четко и однозначно определить и изучить отдельные свойства объекта. В таких объектах одновременно действует много факторов, протекает большое количество взаимосвязанных явлений различной физической природы, механизм которых, как правило, до конца не ясен.
Поэтому установить точный закон поведения биотехнологических систем — задача сложная и для ее решения прибегают к построению физических и математических моделей, закономерности поведения которых в той или иной мере имитируют поведение реальных объектов.
Наряду с понятием закона в научных исследованиях применяются также такие понятия, как принцип и постулат. Под принципом понимают исходные, основные положения установления законов, теорий, в соответствии с которыми протекают те или иные процессы или описываются свойства объекта. Так, в основе решения задач лимитации лежит принцип минимума.
Постулат — это суждение или утверждение, не отличающееся самоочевидностью, но все же принимаемое в рамках научной теории в качестве исходного положения без доказательств (как аксиома). Примером является постулат «узкого места» в теории лимитации.
Необходимо отметить, что в научной литературе часто используется понятие «постулационные предпосылки». В этом случае подразумеваются предпосылки, основанные на установленных уже в науке законах и используемые при проведении данных научных исследований без доказательств. В качестве таких предпосылок служат, например, законы диффузии.
Важным является понятие теории. В широком смысле это логическое обобщение опыта, система руководящих идей в определенной отрасли научных знаний, научное объяснение закономерностей функционирования объекта исследования.
Применение теории, т. е. применение накопленных ранее обобщенных и приведенных в систему знаний, позволяет, во-первых, быстрее и точнее решать стоящие перед исследователем задачи, чем при наличии одних эмпирических предпосылок; во-вторых, уменьшить материальные затраты, так как при этом резко сокращается, а в ряде случаев полностью отпадает необходимость проведения громоздких и дорогостоящих экспериментальных исследований.
В связи с этим особое значение приобретает научный эксперимент, который заключается в постановке научного опыта, предусматривающего точный учет условий и результатов многократного его повторения. Целью эксперимента является получение неизвестных ранее сведений об объекте, выявление закономерностей его функционирования, подтверждение выдвинутых гипотез.
Полученные экспериментальные данные анализируются и обобщаются на основе теоретических положений. С предельной четкостью сущность процесса познания сформулировал В. И. Ленин: «От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике — таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности».