Специфика современного наблюдательного и экспериментального естествознания связана прежде всего с быстрыми изменениями исследуемых состояний, недоступностью объектов, неоднозначностью в интерпретации опытных результатов, их теоретической нагруженностью (то есть зависимостью от теории, на основе которой ставится опыт). Эти проблемы решаются также по-разному. Хорошо известен пример Архимеда, который смог установить наличие примесей в золотой короне (которую, конечно, нельзя было распиливать) гениально просто – по объему вытесненной жидкости. Вопреки легенде о ядрах, бросаемых Галилеем с пизанской башни, он в этом не нуждался (да и ничего бы это ему не дало, при том уровне измерительной техники). Сыграв в остроумную игру с природой, он судил об ускорении по количеству жидкости, вытекающей по желобам при различном наклоне (см. гл. 6). По крайней мере к XVII в. относятся свидетельства о создании на Земле такой «приборной ситуации», в которой для измерения скорости света (Олаф Рёмер) использовалось другое небесное тело (спутник Юпитера), отражавшее свет.

Широко используется в естественнонаучных исследованиях мысленный эксперимент, моделирующий ситуацию, невоспроизводимую в реальном эксперименте («демон» Максвелла, мысленный эксперимент М. Смолуховского; мысленные эксперименты А. Эйнштейна и Н. Бора, составившие основу их многолетнего научного спора и столь способствующие развитию всего неклассического естествознания). В последние годы разработана остроумная методика исследования даже таких «принципиально недоступных» наблюдательному изучению объектов, как «черные дыры» – по аномальному поведению излучения других тел в «окрестностях» предполагаемых «дыр». В исследованиях сверхплотных объектов, сверхнизких и сверхвысоких температур, в космологических теориях все более используются косвенные аспекты критерия практики, связанные с внутритеоретическими достоинствами конкурирующих теорий, с сохранением результатов теории при переходе к новой, более объемлющей теории, и так далее. Системный характер знания обеспечивает перенос истинности знания с одних фрагментов природы на другие, объединение уже «обкатанных» идеальных конструктов, без непосредственного обращения к практической проверке (например, унификация земных и небесных движений Галилем после открытия Коперника, исследования химического состава космических тел по спектральному анализу их излучения).

Надо заметить, что даже использование научных результатов в производстве и обыденном опыте отнюдь не является исчерпывающим или хотя бы достаточно убедительным доказательством их истинности, адекватности реальности, проникновения в сущность исследуемых явлений. Так, эффективность известного в Средневековье снадобья от головной боли из орехов объяснялась симпатией различных веществ, симпатией и антипатией различных элементов объяснялись результаты алхимических опытов (безусловно, несущих в себе ценное ядро, легшее затем в основу химии).

Требование к любому научному знанию – не только выявлять, как устроен мир, но и объяснять, почему он устроен именно так, с соответствующими химическими элементами, физическими константами и так далее. Это требование, отчетливо сформулированное И. Кеплером еще четыре века назад (а в античности – пифагорейцами), по существу, было повторено в наше время Эйнштейном, убежденным, как и Декарт, Ньютон, Бойль, что «Бог изощрен, но не злонамерен», позволяя познавать свое творение пытливому и истовому исследователю. Рассмотренные особенности научного знания определяют его строение и характер взаимосвязи структурных уровней. В научном знании выделяются два основных уровня, эмпирический и теоретический, которым соответствуют два взаимосвязанных, но в то же время специфических вида познавательной деятельности – эмпирическое и теоретическое исследование.