В структуре научного познания принято выделять два тесно связанных между собой уровня, или два этапа: эмпирический уровень (от греч. empeiria – опыт), на котором осуществляется накопление разнообразных фактов (реально происходящих конкретных процессов или явлений), наблюдаемых в природе; теоретический уровень (от греч. theoria – мысленное созерцание, умозрение), на котором осуществляется объяснение накопленных фактов. На теоретическом уровне научное знание существует в таких формах, как: проблема, гипотеза, закон и теория. Проблема содержит в себе то, что еще не познано человеком. Ее можно назвать своего рода «знанием о незнании». Появляется она в том случае и в тот момент, когда обнаруживается новый факт (или факты), не поддающийся объяснению в системе имеющегося знания. Гипотеза – это предположение, как правило, научного характера, выдвигаемое с целью объяснения каких-либо объектов, явлений, событий и т. п. От простого предположения, например догадки, гипотеза отличается большей сложностью и обоснованностью. Закон служит для выражения важных, необходимые и повторяющихся связей между явлениями и внутри них в форме теоретических утверждений (как на естественном, так и на математическом языке).

Теория представляет собой целостную, обобщенную, непротиворечивую систему знаний, в которой раскрываются существенные связи и отношения, имеющиеся между элементами изучаемой реальности. При этом данные отношения описываются с помощью системы законов. Обратим внимание на то, что удачность какой-либо теории определяется не только численностью фактов, которые вписываются в нее (или выводятся из нее), но и количеством теоретических средств, которые для этого привлекаются. Теория является тем более эффективной и тем на более длительный срок определяет развитие какой-либо области научного знания, чем более малыми теоретическими средствами она не только объясняет по возможности больший круг явлений, но и предсказывает феномены, еще не обнаруженные.

Надо заметить, что иногда можно услышать ошибочное утверждение о том, что теория вытекает из фактов, или, иначе говоря, что с первого «этажа» научного познания (эмпирического) на второй (теоретический) есть плавный переход в виде некой удобной «лестницы». В действительности все обстоит иначе и сложнее. Теория не вытекает из фактов по той причине, что они сами по себе ничего не говорят и ни о чем не свидетельствуют. Часто к слову «факты» применяется эпитет «голые». Наверняка все сталкивались со словосочетанием «голые факты», но многие ли задумывались над тем, что оно означает? По всей видимости, данное понятие указывает на то, что факты безмолвны и из них ничего не вытекает, кроме самих фактов. Например, существует постоянно наблюдаемый нами факт медленного дневного движения Солнца по небосводу с востока на запад. О чем он говорит? О том, что Солнце вращается вокруг неподвижной Земли? Или может быть о том, что, наоборот, Земля вращается вокруг неподвижного Солнца? Или же о том, что и Солнце, и Земля вращаются друг относительно друга? А может быть, не о том и не о другом, и не о третьем, а о чем-то еще? Как видим, на один факт приходится несколько различных и даже взаимоисключающих объяснений. Однако если бы объяснение фактов или теория вытекали непосредственно из них, то никаких разногласий не было бы: одному факту строго соответствовало бы только одно определенное объяснение.

Если теория вытекает не из фактов, тогда откуда она берется? Теория выдвигается человеческим разумом и применяется (прикрепляется) к фактам с целью их объяснения. Причем первоначально разум создает не теорию, а гипотезу. В том случае, если гипотеза согласует между собой факты, свяжет их в единую картину и даже предвосхитит обнаружение новых, еще не известных фактов, то она превратится в теорию и на долгое время займет господствующие позиции в том или ином разделе научного знания. Если же, наоборот, гипотезе не удастся согласовать между собой все имеющиеся в какой-либо области действительности факты и связать их в единую картину, то она будет отброшена и заменена новой гипотезой. Точно ответить на вопрос, почему некий ученый выдвигает для объяснения каких-нибудь фактов именно такую гипотезу, а не иную, не возможно, потому что ее создание – это во многом интуитивный акт, представляющий собой тайну научного творчества. Только после соотнесения гипотезы с фактами выясняется ее большая или меньшая состоятельность, происходит ее подтверждение или опровержение. Как уже говорилось, гипотеза может объяснять факты более или менее удачно, и именно от этого будет зависеть ее дальнейшая судьба.

Итак, научное познание состоит из двух «этажей»: нижнего – эмпирического и верхнего – теоретического. Причем второй «этаж», будучи надстроенным над первым, должен без него рассыпаться: теория для того и создается, чтобы объяснить факты (если их нет, то и объяснять нечего). Теоретический уровень познания не возможен без эмпирического, но это не означает, как уже говорилось, что теория вытекает из фактов. При всей взаимосвязи этих двух уровней, они тем не менее достаточно автономны: между нижним и верхним «этажами» научного познания не существует прямой и удобной «лестницы», попасть с одного на другой можно только «прыжком» или «скачком», который представляет собой не что иное, как выдвижение гипотезы с ее последующим подтверждением и превращением в теорию или же – опровержением и заменой новой гипотезой.

Для каждого из уровней научного познания характерны свои методы (способы или пути достижения поставленной цели). К методам эмпирического уровня относятся: наблюдение (целенаправленное восприятие объектов, явлений, процессов в естественных для них условиях), описание (процесс и результат закрепления и передачи информации об исследуемом), измерение (познавательная операция, результатом которой является получение численного значения измеряемых величин), эксперимент (контролируемый и воспроизводимый опыт, имеющий познавательный, целенаправленный, методический характер и проводящийся в специально заданных условиях).

На теоретическом уровне используются такие методы, как: идеализация (процедура мысленного конструирования идеального (нематериального) объекта, например, для проведения мысленного эксперимента), формализация (построение абстрактных математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых объектов, явлений или процессов физической реальности), аксиоматический метод (построение теоретического знания на базе изначально заданного набора исходных положений, не требующих доказательства), исторический метод (всестороннее исследование истории изучаемого феномена с последующим установлением на ее основе общей закономерности), логический метод (изучение чего-либо не в исторической перспективе, а на высших стадиях его развития).

Кроме того, существуют методы, в целом присущие человеческому познанию, на основе которых строится не только научное, но и философское, и даже обыденное знание. Их называют универсальными методами познания. К ним относятся: анализ (прием мышления, подразумевающий разъединение целого на составляющие его части с последующим всесторонним их изучением), синтез (прием мышления, представляющий собой соединение ранее выделенных частей чего-либо в единое целое), абстрагирование (прием мышления, суть которого в отвлечении от одних свойств и отношений исследуемого с одновременным выделением других свойств и отношений, интересующих в данный момент познающего), обобщение (прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов), моделирование (метод исследования объекта путем создания и изучения его модели), индукция (метод исследования, способ и результат рассуждения, в котором общий вывод строится на основе частных случаев), дедукция (метод исследования, способ и результат рассуждения, посредством которого из общего положения (положений) выводится заключение для частного случая), аналогия (метод исследования, способ и результат рассуждения, при котором на основе сходства объектов в одних признаках делается вывод об их сходстве в других).