Методология научных исследований

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ  ЗАВЕДЕНИЕ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ  ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИЗДО

Кафедра экономики  предприятия   

Контрольная работа

по дисциплине «Методология научных исследований»

Тема: «Логика  развития науки и научные революции»

Выполнила:

ст.гр. М-ЕГ-12 
Радченко Ольга 
Вариант № 9

Шифр 238137

Проверил:

Проф. Солодовник Л.М.

Днепропетровск,

2012

Содержание

Раздел 1. Логика развития науки

Очевидно,  что  наука  развивается,  то  есть  необратимо  качественно меняется со временем. Она наращивает свой объем,  непрерывно разветвляется. Развитие это  оказывается  неравномерным:  с  "равным"  ритмом,  причудливым переплетением медленного кропотливого накопления новых знаний с  "обвальным" эффектом  внедрения  в  тело  науки  сумасшедших  идей,  перечеркивающих  за непостижимо короткое время складывающиеся веками картины  мира.  Фактическая история науки  внешне  выглядит  достаточно  дробно  и  хаотично.  Но  наука изменила бы самой себе, если  бы  в  этом  "броуновском  движении"  гипотез, открытий,  теорий  не  попыталась   бы   отыскать   некую   упорядоченность, закономерный ход становления и смены идей и концепций,  то  есть обнаружить скрытую логику развития научного знания.

Выявление  логики  развития  науки  означает  уяснение закономерности научного   прогресса,   его   движущих   сил,    причин    и    исторической обусловленности. Современное видение  этой проблемы  существенно  отличается от того, которое  господствовало,  пожалуй,  до  середины  нашего  столетия. Прежде полагали, что в науке идет непрерывное  приращение  научного  знания, постоянное накопление новых научных открытий и  все  более  точных   теорий, создающее в  итоге  кумулятивный  эффект  на  разных  направлениях  познания природы. Ныне логика развития науки представляется иной: она развивается  не только путем непрерывного накопления новых фактов и идей - шаг за шагом,  но и через фундаментальные теоретические сдвиги. В один прекрасный  момент  они заставляют ученых перекраивать привычную общую картину мира и  перестраивать свою деятельность на базе принципиально  иных  мировоззренческих  установок.

Логику  неспешной эволюции  науки  (шаг  за  шагом)  сменила  логика  научных революций и катастрофы. Ввиду новизны  и сложности  проблемы  в  методологии науки еще не сложилось  общепризнанного  подхода  логики  развития  научного знания. Таких моделей множество. Но некоторые все приобрели приоритет.

Пожалуй наибольшее число сторонников, начиная  с  60-х  гг.  нынешнего века, собрала концепция развития науки, предложенная американским  историком и философом Т.Куном. Способность  исследователей  длительное   время   работать   в   неких предзаданных  рамках,  очерчиваемых  фундаментальными  научными  открытиями, стала важным элементом логики развития науки в концепции Т.Куна. он  ввел  в методологию принципиально новое  понятие  -  "парадигма".  Буквальный  смысл этого слова - образец.  В  нем  фиксируется  существование  особого  способа организации  знания,  подразумевающего   определенный   набор   предписаний, задающих характер видения мира, а  значит,  влияющих  на  выбор  направлений исследования. В парадигме содержаться также и общепринятые  образцы  решения конкретных проблем. Парадигмальное знание не  является  собственно  "чистой" теорией (хотя его ядром, и служит, как правило, та или иная  фундаментальная теория), поскольку не  выполняет  непосредственной  объяснительной  функции. Она дает некую систему отсчета, то есть является предварительным условием  и предпосылкой построения и обоснования различной теории.

К   парадигмам   в   истории   науки   Т.Кун   причислял,    например, аристотелевскую динамику, птолемеевскую астрономию, ньютоновскую механику  и так далее. Развитие, приращение  научного  знания  внутри,  в  рамках  такой парадигмы, получило название "нормальной науки".

Решающая  новизна концепции Т.Куна заключалась в мысли о том, что смена парадигм в развитии науки не  является  детерминированной  однозначно,  или, как сейчас выражаются, - не носит линейного характера. Развитие науки,  рост научного знания нельзя,  допустим,  представить  в  виде  тянущегося  строго вверх, к солнцу дерева (познания  добра  и  зла).  Оно  похоже,  скорее,  на развитие  кактуса  прирост  которого  может  начаться  с  любой  точки   его поверхности и продолжаться в любую сторону.

Таким образом, логика развития науки содержит в себе закономерность, но закономерность эта "выбрана" случаем из  целого  ряда  других,  не  менее закономерных  возможностей.  Из  этого  следует,  что  привычная  нам   ныне квантово-релятивистская картина мира могла бы быть и другой,  но,  наверное, не менее логичной и последовательной.

Переходы  от  одной  научной  парадигмы  к  другой  Т.Кун  сравнивал  с обращением людей в новую религиозную веру: мир привычных объектов  предстает в  совершенно  ином  свете  благодаря   решительному   пересмотру   исходных объяснительных принципов. Выбор принципов, которые составят успешную  парадигму,  осуществляется учеными не столько  на  основании  логики  или  под  давлением  эмпирических фактов,   сколько   в   результате   внезапного   озарения,    просветления, иррационального акта веры в то, что мир устроен именно так, а не иначе.

Однако  далеко  не  все  исследователи  методологии  научного  познания согласились с этим выводом.  Альтернативную  модель  развития  науки,  также ставшую весьма популярной, предложил И.Лакатос. Лакатос считает,  что  выбор научным  сообществом  одной  из   многих   конкурирующих   исследовательских программ может и  должен  осуществляться  рационально,  то  есть  на  основе четких, рациональных критериев.

В общем  виде  его  модель  развития  науки  может  быть  описана  так. Исторически  непрерывное  развитие  науки  представляет  собой   конкуренцию научно-исследовательских программ, которые имеют следующую структуру:

- "жесткое ядро", включающее неопровержимые для сторонников программы исходные положения.

- "негативная эвристика" - своеобразный "защитный пояс" ядра программы, состоящий из вспомогательных гипотез и допущений, снимающих противоречия с аномальными фактами.

- "позитивная эвристика" - это правила, указывающие какие пути надо  избирать и как по ним идти.

Важно отметить, что последовательная система моделей  мотивировалась не аномальными наблюдаемыми фактами, а теоретическими и математическими затруднениями программы. Именно их разрешение и составляет суть "позитивной эвристики".

Однако  рано или поздно позитивная эвристика  сила той или иной исследовательской программы исчерпывает себя. Встает вопрос о смене программы. Вытеснение одной программы другой представляет собой научную революцию.

"Программа считается прогрессирующей  тогда, когда ее теоретический рост предвосхищает ее эмпирический рост, то есть когда она с некоторым успехом может предсказывать новые факты. Программа регрессирует, когда она дает только запоздалые объяснения либо случайных открытий, либо фактов, предвосхищаемых и открываемых конкурирующей программой."

В результате получается, что главным источником развития науки выступает конкуренция исследовательских программ, каждая из которых тоже имеет внутреннюю стратегию развития . Этот "двойной счет" развития науки и обуславливает картину непрерывного роста научного знания.

Среди множества  концепций концепции Т.Куна и  И.Лакатоса считаются самыми влиятельными реконструкциями логики развития науки во второй половине XX в. Но как бы не отличались концепции друг от друга, все они так или иначе вынуждены опираться на некие узловые, этапные моменты истории науки, которые принято называть революциями.

Другой  важной закономерностью развития науки  принято считать единство процессов дифференциации и интеграции научного знания. Современную науку недаром называют "большой наукой". Ее системная сложность и разветвленность поражает - ныне насчитывается около 15 тысяч различных научных дисциплин. Во времена Аристотеля перечень наук едва достигал двух десятков (философия, геометрия, астрономия, география, медицина и пр.) Изобретение таких приборов как телескоп и микроскоп, гигантски расширило познавательные возможности человека и количество доступных изучению объектов природы. Поэтому рост научного знания сопровождался непрерывной дифференциацией, то есть дроблением на более мелкие разделы и подразделы. В физике образовалось целое семейство наук: механика, оптика  и т.д., начали возникать "смежные" естественно-научные дисциплины – физическая химия, химическая физика, биохимия. И ныне интегративные процессы в естествознании, кажется, "пересиливают" процессы дифференциации (дробления).

Интеграция  естественно-научного знания стала, по-видимому, ведущей закономерностью его  развития. Она может проявляться во многих формах:

- в организации исследований на стыке смежных научных дисциплин, где, как говорится, и скрываются самые интересные и многообещающие научные проблемы;

- в разработке научных методов, имеющих значение для многих наук (спектральный анализ, хроматография, компьютерный эксперимент);

- в поиске "объединительных" теорий и принципов, к которым можно было бы свести бесконечное разнообразие явлений природы (гипотеза "Великого объединения" всех типов фундаментальных взаимодействий в физике, глобальный эволюционный синтез в биологии, физике, химии т т.д.;

- в разработке теорий, выполняющих общеметодологические функции в естествознании (общая теория систем, кибернетика, синергетика);

- в изменении характера решаемых современной наукой проблем - они все больше становятся комплексными, требующими участия сразу нескольких дисциплин (экологические проблемы, проблема возникновения жизни и пр.).

Раздел 2. Понятие научной революции

Наиболее  очевидные примеры научных революций  представляют собой те знаменитые эпизоды в развитии науки, за которыми уже давно закрепилось название революций.

Каждое новое открытие необходимо обуславливало отказ научного сообщества от той или иной освящённой веками научной теории в пользу другой теории, несовместимой с прежней. Кроме того, создание новых теорий не является единственной категорией  событий в науке, вдохновляющих специалистов на революционные преобразования в областях, в которых эти теории возникают. Предписания, управляющие нормальной наукой, определяют не только те виды сущностей, которые включает в себя Вселенная, но, неявным образом, и то, чего в ней нет. Отсюда следует (хотя эта точка зрения требует более широкого обсуждения), что открытия, подобные открытию кислорода или рентгеновских лучей, не просто добавляют еще какое-то количество знания в мир ученых. В конечном счете, это действительно происходит, но не раньше, чем сообщество ученых профессионалов сделает переоценку значения традиционных экспериментальных процедур, изменит свое понятие о сущностях, с которым оно давно сроднилось, и в процессе этой перестройки внесет видоизменения и в теоретическую схему, сквозь которую оно воспринимает мир. Научный факт и теория в действительности не раз делятся друг от друга непроницаемой стеной, хотя подобное разделение и можно встретить в традиционной практике нормальной науки. Вот почему непредвиденные открытия не представляют собой просто введения новых фактов. По этой же причине фундаментально новые факты или теории качественно преобразуют мир ученого в той же мере, в какой количественно обогащают его.

Научные революции рассматриваются здесь как такие некумулятивные эпизоды развития науки, во время которых старая парадигма замещается целиком или частично новой парадигмой, несовместимой со старой.

Научные революции во многом точно так  же как и политические начинаются с возрастания сознания, часто ограниченного узким подразделением научного сообщества, что существующая парадигма перестала адекватно функционировать при исследовании того аспекта природы, к которому сама эта парадигма раньше проложила путь. В научном развитии осознание нарушения функции, которое может привести к кризису, составляет предпосылку революции. Кроме того, аналогия существует не только для крупных изменений парадигмы, подобных изменениям, осуществленным Лавуазье и Коперником, но также для намного менее значительных изменений, связанных с усвоением нового вида явления, будь то кислород или рентгеновские лучи.

Научные революции, должны рассматриваться как действительно революционные преобразования только по отношению к той отрасли, чью парадигму они затрагивают. Для людей непосвященных они могут казаться обычными атрибутами процесса развития. Например, астрономы могли принять рентгеновские лучи как простое приращение знаний, поскольку их парадигмы не затрагивались существованием нового излучения. Но для ученых типа Кельвина, Крукса и Рентгена, чьи исследования имели дело с теорией излучения или с катодными трубками, открытие рентгеновских лучей неизбежно нарушало одну парадигму и порождало другую. Вот почему эти лучи могли быть открыты впервые только благодаря тому, что нормальное исследование каким-то образом зашло в тупик.

Историческое  изучение парадигмального изменения  раскрывает в эволюции наук характеристики, весьма сходные с отмеченными. Выбор между конкурирующими парадигмами оказывается выбором между несовместимыми моделями жизни сообщества. Вследствие того, что выбор носит такой характер, он не детерминирован и не может быть детерминирован просто оценочными характеристиками процедур нормальной науки. Последние зависят частично от отдельно взятой парадигмы, а эта парадигма и является как раз объектом разногласий. Когда парадигмы, как это и должно быть, попадают в русло споров о выборе парадигмы, вопрос об их значении по необходимости попадает в замкнутый круг: каждая группа использует свою собственную парадигму для аргументации в защиту этой же парадигмы. Этот логический круг сам по себе, конечно, еще не делает аргументы ошибочными или даже неэффективными. Тот исследователь, который использует в качестве исходной посылки парадигму, когда выдвигает аргументы в ее защиту, может, тем не менее, ясно показать, как будет выглядеть практика научного  исследования для тех, кто усвоит новую точку зрения на природу. Такая демонстрация может быть необычайно убедительной, а зачастую и просто неотразимой. Однако природа циклического аргумента, как бы привлекателен он ни был, такова, что он обращается не к логике, а к убеждению. Ни с помощью логики, ни с помощью теории вероятности невозможно переубедить тех, кто отказывается войти в круг. Логические посылки и ценности, общие для двух лагерей при спорах о парадигмах, недостаточно широки для этого. В выборе парадигмы нет инстанции более высокой, чем согласие соответствующего сообщества. Новая  теория  не должна противоречить ни одной  из  предшествующих  ей,  Она  может  касаться исключительно тех явлений, которые ранее не  были  известны;  так  квантовая механика (но лишь в значительной мере, а  не  исключительно)  имеет  дело  с  субатомными феноменами, неизвестными до XX  века.  Или  новая  теория  может быть просто теорией более высокого уровня,  чем  теории,  известные  ранее,— теорией, которая связывает воедино группу теорий более низкого  уровня,  так что ее формирование протекает без существенного изменения любой  из  них.  В настоящее время теория сохранения энергии обеспечивает  именно  такие  связи между динамикой, химией, электричеством, оптикой, теорией теплоты  и  т.  д.

Можно представить  себе еще и другие возможные связи  между старыми  и  новыми теориями, не ведущие к  несовместимости  тех  и  других.  Каждая  из  них  в отдельности и все вместе  могут  служить  примером  исторического  процесса, ведущего к развитию науки. Если бы все связи между теориями были таковы,  то развитие науки было бы подлинно кумулятивным. Новые виды  явлений  могли  бы  просто раскрывать упорядоченность в некотором аспекте природы, где до  этого она никем не была замечена. В эволюции науки новое знание  приходило  бы  на смену невежеству. Конечно, наука (или некоторое другое  предприятие,  возможно,  менее эффективное)  при  каких-то  условиях  может  развиваться  таким   полностью кумулятивным  образом.  Многие  люди  придерживались  убеждения,  что   дело обстоит именно так, а большинство все еще, вероятно, допускает, что  простое накопление знания, по крайней мере, является идеалом,  который,  несомненно, осуществился бы в историческом развитии, если бы только  оно  так  часто  не искажалось человеческой субъективностью.

Раздел 3.  Научные революции XVI-XVII веков

Общеустановленным считается положение о том, что  именно  в  XVII  веке возникла европейская наука  (прежде  всего  это  относится  к  классическому естествознанию), причем "в начале века ее еще не было, в конце века она  уже была". Характерно, что возникла она сразу во взаимосвязи всех  составляющих: теоретического  знания,  его  логического  обоснования   и   математического описания, экспериментальной проверки, социальной структуры с  сетью  научных коммуникаций и общественным применением.

Основное  внимание при анализе данного  периода   уделяется  рассмотрению соотношения когнитивных,  социальных  и  психологических  факторов  процесса возникновения науки Нового времени, ее  отличию  от  того,  что  может  быть названо "не  наукой".  Источниками  для  изучения  темы  являются  в  первую очередь   изданные труды творцов науки естественнонаучного, гуманитарного  и технического направлений Нового времени -  от  Ф.  Бэкона,  Р.  Декарта,  Г. Галилея до И. Ньютона.

Рассмотрим географию периода. Она включает в себя  немало  европейских стран и городов, но представляется возможным выделение Италии  в  начале,  и Англии в конце периода, как  главных научных центров.

Хронология периода. В данной теме используется специфический критерий периодизации, связанный с науковедческим пониманием  небесспорного  феномена научной  революции.   Условно  могут  быть  выделены  три   этапа.  

Первый этап, связанный, прежде всего, с деятельностью Г.  Галилея  -  формирование  новой научной парадигмы; 

Второй этап  связанный с Р.  Декартом  -  формирование  теоретико-методологических основ новой науки;

Третий этап   -  "главным"  героем  которого был И.  Ньютон,  -  полное  завершение  новой  научной  парадигмы  -  начало современной  науки.

Развитию  науки в XVII веке посвящено огромное  число  работ  различного плана: скрупулезно изданных многотомных трудов Галилея,  Декарта,  Лейбница, Ньютона,   детальных   биографий,   переписок,   исторических   исследований естественнонаучного, философского и  социологического характера. И хотя не все согласны  с  определением  "научная  революция",  впервые введенным в 1939 году А. Койре и впоследствии  столь  удачно  использованным Т. Куном, но все сходятся в том, что именно в XVII веке была  создана  наука - классическая наука современного типа.  В связи с этим,  XVII  веке  как целостное историческое явление, чрезвычайно важен  для  понимания  процессов генезиса и современного состояния науки.

Познавательной  моделью античности был  Мир  как  Космос;  и  мыслителей волновала скорее проблема идеальной, чем "реальной" природы. Познавательной моделью средневековья был Мир как  Текст;  и  "реальная" природа  также  мало  заботила  схоластов. Познавательной  моделью Нового времени стал Мир как Природа. В Новое время религиозность не исчезла, но она "обратилась" на природу, как на  наиболее  адекватное,  "не  замутненное"  последующими  толкованиями высказывание  Бога.  Поэтому  иногда  суть  научной  революции   XVII   века интерпретируется как первое прямое и систематическое  "вопрошание"  природы.

Разработка  общезначимой процедуры "вопрошания"  -  эксперимента  и  создания специального научного  языка  описания  диалога  с  Природой  -   составляет главное содержание научной революции.

В каждой  революции  решаются  две  проблемы:  разрушения  и  созидания (точнее,  разрушения  для созидания).  В   содержательном   плане   научная революция XVII века ознаменовала собой смену картин  мира.  Поэтому  главной предметной областью проходивших процессов была физика и астрономия.

Разрушение-созидание  совпадали (правда, в различной степени)  в  трудах отдельных "героев" научной революции. Если Возрождение выявило  тенденцию  к разрушению старого Космоса, то, начиная с 1543 года - года выхода  книги  Н. Коперника (1473 - 1543) "О вращении небесных  сфер"  -  процесс  приобретает четкие научные формы.

“Старый космос" - это мир по Аристотелю  и Птолемею.  Их  модели  были призваны воспроизвести с максимальной точностью, то что они  непосредственно наблюдали на небе, а не  истинную  картину  мира.  Космос  имеет  шаровидную форму,  вечен  и  неподвижен;  за  его  пределами   нет   ни   времени,   ни пространства. В центре его – Земля. Он дихотомичен:  изменяющийся  подлунный мир и совершенно неизменный надлунный. Пустоты нет: в  подлунном  мире  -  4 элемента: земля, вода, воздух, огонь, в надлунном –  эфир.  Все  движения  в космосе - круговые, в соответствии с кинематикой Птолемея.

"Новый космос" (по Копернику) начинался с простой модели, совпадавшей с моделью  Аристарха  Самосского:  вращение  Земли  происходило  вокруг   оси, центральное положение Солнца - внутри планетной системы.  Земля  -  планета, вокруг которой вращается Луна. Именно эта модель, как  пифагорейский  символ гармоничного мира  вдохновляла  и  самого  Коперника,  Галилея,  и  Кеплера, поскольку   соответствовала   астрономическим   наблюдениям    лучше,    чем геоцентрическая  модель  Птолемея.  Нельзя  сказать,  что  теория  Коперника позволила с большей точностью толковать астрономические наблюдения: в  одних отношениях она  была  более  точной,  в  других  менее.  А  в  одном  важном отношении она  явно  противоречила  тому,  что  считалось  неоспоримым:  она предсказывала наличие параллактического смещения звезд на  протяжении  года. Ни сам Коперник, ни кто-либо из его  предшественников  не  могли  обнаружить такого рода смещений. Коперник объяснял это удаленностью  звезд,  вследствие чего  параллакс  слишком  мал,  чтобы  его  заметить.  Но  возникала  другая  проблема:  если  при  большой  удаленность  звезд  мы  их  видим  достаточно крупными, то по  своим  размерам  они  должны  превосходить  диаметр  земной орбиты. Это противоречило здравому смыслу.

Модель  Коперника,  когда  он   попытался   ее   расширить,   оказалась малопригодной для практического применения.  Гелиоцентрическая  модель  была столь  же  громоздкой,  как  и  геоцентрическая.   Не   отличалась   большой точностью, вытекающие из нее выводы о размерах звезд –  абсурдными.  К  тому же, она сохраняла и весь аппарат птолемеевской  модели  -  круговые  орбиты, эпициклы  и  т.д..  Значительно  мощнее  оказался  удар   этой   модели   по христианскому мировоззрению - недаром Мартин  Лютер  и  Джон  Донн  в  своей сатирической  поэме  "Святой  Игнатий,  его  тайный  совет" всячески оговаривали католического священника Коперника. Коперник,  "остановив  Солнце", лишил Землю сакральности центра мироздания. В практической же деятельности, как до  Коперника,  так  и  после  него использовалась  видоизмененная  астрономическая  модель  Птолемея.  Практика включала  два  основных  направления  деятельности:  реформу   календаря   и обеспечение навигации.

Переход на новую систему летоисчисления был узаконен папской буллой  от 24 февраля 1582 года.  Она предписывала  всем  христианам  по  всей  Европе принять григорианский календарь со следующего  года.  Необходимость  реформы календаря была очевидна с XIV века, но отсутствовали точные  астрономическиеданные. Прежде всего, не была известна истинная величина  тропического  года (промежуток  времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия).

Для ориентации корабля, как и вообще для определения  положения  планет на  небесной  сфере,  использовались  альфонские  таблицы,  составленные  по указанию Альфонса X еще в 1252 году. В 1474 году в  Нюрнберге  впервые  были напечатаны "Эфемериды" Региомонтана, а следующее их  издание  уже  содержало таблицы для решения самой сложной задачи -  определения  широты  места.  Все великие мореплаватели XV века - Диас, Васко  да  Гама,  Америго  Веспуччи  и Колумб пользовались этими таблицами. С их помощью Веспуччи определил в  1499 году долготу Венесуэлы, а  Колумб  смог  поразить  туземцев,  сообщив  им  о предстоящем солнечном затмении 29 февраля 1504 года.

Первый "рабочий чертеж"  новой   модели  мира  суждено  было  выполнить Иоганну  Кеплеру.   Кеплер   был   открытым   и последовательным пифагорейцем и совершенство  своей  астрономической  модели искал (и нашел) в  сочетании  правильных  многогранников  и  описывавших  их окружностей,  правда,  нашел  их  в  своей  третьей  геометрической  модели, отказавшись при этом  от круговой орбиты небесных тел.     В книге "Новая астрономия” завершенной в 1607  году,  Кеплер  приводит два, из своих трех знаменитых законов движения планет:

1 закон. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

2 закон. Каждая планета движется  в  плоскости,  проходящей  через  центр  Солнца,    причем, линия соединяющая Солнце с планетой (радиус-вектор  планеты),  за ее равные промежутки времени описывает равные площади.

Эти законы были выведены в следствии изучения  движения  планеты  Марс, когда Кеплер стал помощником датского  астронома  Тихо  Браге.  Кеплер  внес несколько коренных изменений в геометрическую модель мира Аристарха:

- Планетарные орбиты, которые в модели  Аристарха  целиком  лежали  в  оной плоскости, следовало поместить в различные  плоскости.  Плоскости  должны проходить через Солнце.

- Принцип равномерного кругового движения, который неизменно лежал в основе    математического подхода к астрономии с момента зарождения  до  конца XVI века, следовало заменить новым – отрезок прямой,  соединяющий  планету с Солнцем, описывает равные площади за равные промежутки времени.

- Движение планет по круговой орбите  заменить  эллиптическим,  поместив  в один из фокусов эллипса Солнце.

Никаких  промежуточных моделей за всю предшествующую историю астрономии не было. Для достижения этих идей от Кеплера требовалось беспрецедентные по точности наблюдения, самоотверженность, математический гений.     Кеплер не смог объяснить причины планетных движений: он считал, что их "толкает" Солнце,  испуская  при своем вращении  особые  частицы (species immateriata),  при этом эксцентричность  орбиты   определяется   магнитным  взаимодействием Солнца и планеты. Все  его  усилия  ушли  на  математическое описание предложенной геометрической  модели.  Сколь  не  простой  была  эта задача, свидетельствует  множество безуспешных  попыток  Кеплера  совместить его закон площадей с круговыми формами орбит. 

Закон площадей Кеплера - это первое математическое описание планетарных движений,  исключившее  принцип  равномерного  движения  по  окружности  как первооснову: «Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца соотносятся как  кубы больших полуосей их орбит.»

Более того, он  впервые  выразил  связь  между  мгновенными  значениями непрерывно  изменяющихся  величин  угловой  скорости  планеты   относительно Солнца и ее расстояния до него. Этот "мгновенный"  метод  описания,  который Кеплер впоследствии вполне осознано использовал при анализе движения  Марса, стал одним  из  выдающихся  принципиальных  достижений  науки  XVII  века  - методом дифференциального исчисления, оформленного Лейбницем и Ньютоном.