Введение. Предмет логики и методологии научного познания
Логика и методология науки
Ч1. Логика и методология научного познания
Примерный перечень экзаменационных вопросов
1. Связь логики и методологии научного познания с философией, современным научным знанием и историей науки.
2. Общая характеристика науки как специфической деятельности.
3. Отличия научного знания от идеологических, политических, религиозных концепций.
4. Проблема разграничения науки и псевдонауки, лженауки.
5. Наука в ее истории.
6. Дисциплинарное разделение современной науки.
7. Эмпирические методы познания: наблюдение, измерение, эксперимент.
8. Роль чувственного восприятия в эмпирических методах познания.
9. Интерсубъективность как важнейшее требование к результатам наблюдения, измерения, эксперимента.
10. Структура и этапы осуществления эксперимента.
11. Сфера и границы применения эмпирических методов познания.
12. Возможности использования эксперимента в науках о человеке.
13. Общая характеристика научной теории как основной единицы научного знания.
14. Возможные классификации научных теорий.
15. Структура объяснительной теории.
16. Различие между эмпирическим и теоретическим уровнями научного знания.
17. Природа аксиом и постулатов гипотетико-дедуктивной теории, цели научной теории.
18. Повседневное и научное истолкование объяснения, виды научного объяснения и роль законов в объяснении.
19. Общая характеристика научного предсказания, различие между объяснением и предсказанием
20. Логическая структура эмпирической проверки научной теории.
21. Общая характеристика этапов решения творческих задач.
22. Эволюционные и революционные этапы в развитии науки.
23. Взаимосвязь признанной фундаментальной теории с научным сообществом.
24. Отношения между теорией и фактами в процессе развития научного знания.
25. Накопление аномальных фактов и научный кризис.
26. Проблема преемственности в развитии научного знания.
27. Внешние и внутренние факторы, влияющие на развитие научного знания.
28. Понятие научно-технического прогресса.
29. Наука как один из важнейших институтов современного общества.
Оглавление
Введение. Предмет логики и методологии научного познания
1. Что такое наука. Проблема демаркации
1.1. Цель науки
1.2. Проблема демаркации
1.3. Наука в истории
2. Эмпирические методы научного познания
2.1. Наблюдение
2.2. Измерение
2.3. Эксперимент
3. Структура научной теории
4. Функции научной теории: объяснение и предсказание
4.1. Дедуктивно-номологическое объяснение
4.2. «Рациональное» объяснение
4.3. Интенциональное объяснение. Практический силлогизм
4.4. Предсказание
5. Проверка: подтверждение и опровержение научных теорий
6. Развитие научного знания
6.1. Научное творчество
6.2. Эволюционное развитие научной теории
6.3. Научная революция
Глоссарий
Список утверждений
Литература
Вопросы для самоконтроля
Введение. Предмет логики и методологии научного познания
Жизнь современного общества в значительной мере зависит от успехов науки. В нашей квартире стоят холодильник и стиральная машина, телевизор и видеомагнитофон; мы с вами ездим не на лошадях, как это было еще в начале ХХ в., а на автомобилях, летаем на самолетах; человечество избавилось от холеры и оспы, которые когда-то опустошали целые страны; люди высадились на Луну и готовят экспедиции на другие планеты. Земной шар, громадный и почти еще неизвестный во времена Колумба, к настоящему времени изучен от полюса до полюса и уже становится мал для деятельности человека. Колумб, как известно, добирался до Америки больше месяца, сейчас самолет доставит вас из Москвы в Нью-Йорк всего лишь за десять часов. Все эти достижения человечества связаны с развитием науки и были бы немыслимы без научных открытий. В настоящее время трудно найти хотя бы одну сферу человеческой деятельности, в которой можно было бы обойтись без использования научного и технического знания. И дальнейший прогресс человеческого общества обычно связывают с новыми научно-техническими достижениями.
Громадное влияние науки на жизнь и деятельность людей заставляет нас обратить внимание на саму науку и сделать ее предметом изучения. Что такое наука? Чем отличается научное знание от мифа или религии? В чем ценность науки? Как она развивается? Какими методами пользуются ученые? Попытка найти ответы на эти и другие вопросы, связанные с пониманием науки как особой сферы человеческой деятельности, привели к возникновению особой дисциплины – логики и методологии научного познания или, как ее принято называть на Западе, философии науки, которая сформировалась на стыке трех областей: самой науки, ее истории и философии. Логика и методология науки есть дисциплина, стремящаяся понять, что такое наука, в чем состоит специфика научного познания и методов науки, каковы структура и функции научного знания, как развивается наука.
Прежде чем приступать к исследованию науки и пытаться отвечать на какие-то вопросы относительно научного знания, ученый очевидно должен иметь определенное представление о том, что такое человеческое познание вообще, какова его природа и социальные функции, его связь с практикой и т.п. Ответы на эти вопросы дает философия, причем разные философские направления предлагают различные ответы. Поэтому каждый методолог науки с самого начала вынужден опираться на ту или иную философскую систему. Вместе с тем, современная наука слишком обширна для того, чтобы один исследователь мог обозреть ее всю целиком. Возьмите, скажем, физику или биологию или даже просто медицину – каждая из них охватывает громадный комплекс специальных дисциплин, часто весьма далеких одна от другой. Поэтому каждый методолог науки избирает для изучения и анализа какие-то отдельные научные дисциплины или даже отдельные научные теории, например, математику, математическую физику, химию или теорию биологической эволюции. Обычно этот выбор определяется его философскими предпочтениями или случайностями его образования. Если теперь мы примем во внимание то обстоятельство, что представители методологии науки могут ориентироваться на разные философские направления и в своих исследованиях опираться на разные научные дисциплины и их историю, то мы сразу же поймем, что они часто будут приходить к выработке очень разных представлений о науке.
Это выражается в факте существования в методологии науки множества различных методологических концепций – теорий науки, дающих систематизированные и логически согласованные ответы на указанные выше вопросы. В конце Х1Х – начале ХХ вв. широкой известностью пользовались методологические идеи, высказанные австрийским физиком и философом Э.Махом, французским математиком А.Пуанкаре, французским физиком П.Дюгемом. С конца 20-х годов ХХ столетия почти всеобщее признание получила методологическая концепция логического позитивизма, в создании которой принимали участие Л.Витгенштейн, Р.Карнап, М.Шлик и др. Во второй половине ХХ в. выступили со своими методологическими концепциями К.Поппер, Т.Кун, П.Фейерабенд, С.Тулмин, И.Лакатош и многие другие философы и ученые.
Несмотря на существенные расхождения всех этих концепций в понимании природы научного знания, методов науки и форм ее развития, в них есть нечто общее. В конце концов, у всех методологических концепций один базис, один предмет изучения – современная наука и ее история. И сколь бы разными ни были философские воззрения исследователей, они не могут отмахнуться от общепризнанных фактов истории науки и современных научных теорий. Как бы ни расходились мы в понимании того, что такое наука, мы вынуждены согласиться с тем, что, скажем, Лавуазье внес решающий вклад в возникновение современной химии, Дарвин создал теорию биологической эволюции, а Мендель заложил основы генетики. И это создает почву для получения методологами науки общепризнанных результатов – тех результатов, с которыми должен быть знаком каждый ученый, задумывающийся над статусом своей собственной дисциплины.
1. Что такое наука. Проблема демаркации
Первый – и важнейший - вопрос, с которым сталкивается методология науки, это вопрос о том, что такое наука.
1.1. Цель науки
Науку обычно определяют как сферу человеческой деятельности, направленную на получение, обоснование и систематизацию истинного знания о мире. Наука – это и деятельность по приобретению знаний, и вся сумма накопленного знания. Главная цель науки – получение истины. Чтобы вполне понять смысл этой цели, нужно вспомнить о том, что такое истина. Как известно, на этот вопрос еще в 1У веке до н.э. ответил великий греческий философ и ученый Аристотель: истинной называется та мысль (высказывание), которая соответствует своему предмету, т.е. представляет его нашему сознанию таким, каков он есть на самом деле, в реальности. Высказывание «Кролики не едят мяса» истинно, ибо кролики действительно не питаются мясом. А вот высказывание «Киты живут на деревьях» искажает реальное положение дел, поэтому является ложным.
Истинное знание обладает двумя важными особенностями. Истина объективна, т.е. не зависит от воли и желания людей. Будет ли истинной та или иная мысль, зависит не от нашей воли, а от реального мира, от реального положения вещей. Даже если все люди будут искренне верить, что киты живут на деревьях, эта вера не сделает данную мысль истинной. Когда-то европейцы считали, что антиподов не существует и не может существовать, тем не менее, и в те времена утверждение о существовании антиподов было истинным, ибо существовали австралийцы, американские индейцы, жители островов Тихого океана. И второе: истина общезначима, т.е. ее обязан принимать каждый человек, независимо от своего социального положения, национальной принадлежности, вероисповедания и т.п. С тем, что вода замерзает при 0 градусов Цельсия, а молния представляет собой электрический разряд, вынужден согласиться миллионер и нищий, китаец и француз, христианин и буддист. Конечно, с истиной можно иногда не соглашаться, ее можно отвергать, но в таком случае оказывается невозможным действовать. Представьте себе человека, который объявляет себя колдуном или магом и не признает научных истин. Пока он рассуждает, лежа на диване, это еще не страшно. Но если он попытается действовать, скажем, прыгнет из окна с 10-ого этажа, наплевав на закон тяготения, история может закончиться печально. Наука ищет объективную и общезначимую истину, поэтому ее результаты интерсубъективны, т.е. принадлежат в равной мере представителям всех стран и народов.
1.2. Проблема демаркации
Однако одного указания на цель научной деятельности еще недостаточно для того, чтобы отличить науку от других сфер духовной деятельности, также претендующих на обладание истиной – от мифа, магии, религии, от многообразных псевдонаук. Для этого нужно попытаться найти еще какие-то черты науки, научного знания, которые были бы присущи только им и отсутствовали у других форм и результатов духовной деятельности. Проблема нахождения четких критериев, позволяющих отличить науку от других видов духовной деятельности, называется проблемой демаркации. Более столетия ученые и философы пытались найти решение этой проблемы.
Долгое время отличительную особенность научного знания видели в его обоснованности фактами, экспериментальными данными или наблюдениями, а специфическим методом науки считали индукцию – переход от отдельных фактов к обобщениям. Считалось, что сначала ученый собирает факты, накапливает наблюдения, затем обобщает их в законах или теориях. Например, датский астроном Тихо де Браге более 20 лет наблюдал движение планет и фиксировал их положение на небосводе. Он накопил громадный эмпирический материал. Опираясь на этот материал и собственные наблюдения, И.Кеплер вывел законы движения планет вокруг Солнца. В свою очередь, И.Ньютон обобщил результаты Галилея и Кеплера, создав классическую механику. Будучи обобщением эмпирических данных, научная теория находит свое подтверждение в этих данных. И вот именно подтверждаемость научного знания – теорий, законов – фактами или эмпирическими данными и считалась его отличительной особенностью. Наука ищет – и находит – подтверждение своих теорий, и этим она отличается от других форм духовной деятельности. Почему же теории и законы науки находят столь широкое подтверждение? Потому, что эти теории и законы истинны: они описывают реальный мир таким, каков он есть на самом деле. Опираясь на научную истину, мы избегнем ошибок и добьемся успеха в своей деятельности. Практическое приложение научных результатов – еще одно важное подтверждение истинности ее теорий.
Все это в значительной мере справедливо. С достижениями науки связаны громадные технические завоевания прошедшего столетия. Однако подтверждаемость эмпирическими данными или успешными техническими применениями не решает проблемы демаркации – не позволяет четко отделить науку от ненауки. Как показывает история познания, многие ложные, ненаучные идеи и концепции находили подтверждения. Скажем, учение Птолемея ежедневно подтверждается наблюдением всех людей: мы видим, что именно Солнце ходит вокруг Земли. Астрология и алхимия опирались на громадный эмпирический материал. Считать ли их науками? Хиромантия находит многочисленные подтверждения. Паровая машина была создана на основе ложной теории теплорода. Да что далеко ходить: рассуждения о «летающих тарелках» (НЛО) ныне опираются на тысячи наблюдений. Но можно ли на этом основании считать их научными? Нет, простое эмпирическое подтверждение некоторых идей или концепций еще не дает нам права считать их научными.
Известный британский философ ХХ в. К.Поппер предложил другое решение проблемы демаркации. Научное знание говорит о мире, об отдельных его областях или сторонах, оно стремится описать мир так, как он существует сам по себе. Но в своих попытках дать истинное описание мира наука может ошибаться, ибо слишком невероятно, чтобы мы могли сразу и без труда узнать, каков мир на самом деле. Если бы истина давалась нам без труда, наука была бы попросту не нужна. В том-то и дело, что путь к истине труден и длинен, поэтому ученые затрачивают много сил, прежде чем получат истину. Но если наука говорит о мире и далеко не сразу приходит к истине, то отсюда вытекает, что в каждой научной теории, в каждом научном утверждении содержится элемент риска: они могут оказаться неверны, и опыт, эксперимент, наблюдение могут их опровергнуть. Вот этот элемент риска, способность в принципе опровергаться эмпирическими данными и является, по мнению Поппера, отличительной особенностью научного знания.
Любая, даже самая абсурдная идея способна найти подтверждение. Вспомним, что в свое время учение о ведьмах находило многочисленные подтверждения: многие женщины искренне признавались в том, что они ведьмы. По-видимому, нынешние астрологические прогнозы также подтверждаются. Но если некоторая идея или концепция находит одни лишь подтверждения, то возникает подозрение: а говорит ли она о мире, пытается ли описать реальное положение дел, т.е. является ли она научной? Может быть, эта идея выражает лишь наше отношение к миру, наши вкусы, оценки, является системой взаимосвязанных определений, а вовсе не описанием мира, претендующим на истинность? Если так, то идея лежит вне науки, т.к. наука стремится к истинному описанию мира. Но если нам все-таки удастся сказать, какие факты, экспериментальные данные, наблюдения способны опровергнуть нашу идею, то тем самым мы дадим обоснование ее научности. Например, вы утверждаете, что в этом мире жизнь идет чем дальше, тем хуже. И этому вы найдете многочисленные подтверждения. Но если вы хотите, чтобы ваше утверждение считали научным, вы должны сказать, при наличии каких событий вы готовы от нее отказаться. Способность быть опровергнутой опытом – вот что отличает научную концепцию от ненаучной.
Увы, опровержимость, как и подтверждаемость, также не дает нам возможности провести четкую демаркационную линию между наукой и ненаукой. Дело в том, что многие научные теории нельзя опровергнуть с помощью опыта или эксперимента. Прежде всего, конечно, это относится к математическому знанию. Когда мы утверждаем, что два плюс два равно четырем, нам и в голову не придет обращаться к опыту за подтверждением или опровержением этого арифметического равенства. И даже если кто-то укажет нам, что сложение двух кроликов с двумя волками вовсе не дает четырех животных, мы не сочтем наше равенство опровергнутым. Мы скажем, что утверждения математики непосредственно относятся к числам, линиям, точкам, функциям, структурам и лишь опосредованно – к реальности. Поэтому их нельзя непосредственно опровергнуть опытом. Но многие научные теории таковы: они непосредственно говорят не о самой реальности, а о некоторых абстрактных, идеальных объектах. Поэтому их нельзя прямо столкнуть с опытом, с экспериментом.
Попытка опереться на экспериментальное подтверждение или опровержение не дает нам возможности отделить науку от ненауки. Тем не менее, эмпирическая проверяемость, дающая подтверждение или опровержение наших концепций, является важнейшей чертой научного знания. Конечно, в науке есть идеи и теории, которые нельзя проверить опытом, экспериментом. В то же время за пределами науки можно встретить такие интеллектуальные построения, которые подтверждаются или даже опровергаются опытом. Эмпирическая проверяемость не дает нам возможности провести четкую границу. Однако во многих случаях этот критерий все-таки позволяет отделить научные построения от идеологических, политических, религиозных спекуляций. Если вы никак не можете подтвердить свою концепцию фактами, то правомерно усомниться в ее научности. Если все вокруг подтверждает вашу идею и не видно, что могло бы ее опровергнуть, то скорее всего она лежит вне науки.
Эмпирическая проверяемость является важнейшим критерием научности. Но к нему добавляют еще некоторые дополнительные признаки науки. В частности, американский историк науки Т.Кун попытался обосновать мысль о том, что наука отличается от других форм духовной деятельности наличием «парадигмы» - фундаментальной теории, которую принимает все сообщество ученых. Скажем, все физики принимают законы сохранения и начала термодинамики, специальную теорию относительности и квантовую теорию; все биологи принимают теорию эволюции Дарвина и законы Менделя; химики соглашаются с периодическим законом Менделеева и т.п. А вот, скажем, в сфере искусства такого единства нет. Если вдруг все художники начнут подражать манере Модильяни или Пикассо, скульпторы примутся ваять как Эрнст Неизвеестный или Зураб Церетели, а писатели будут стараться как можно более точно воспроизводить манеру и язык Льва Толстого, искусство сразу же умрет. Отсюда можно заключить, что если в некоторой области духовной деятельности сложилось единство взглядов, выделилась некоторая общепризнанная совокупность знаний и методов, то эта область становится наукой.
Сюда же можно добавить наличие особого языка. Каждая научная дисциплина в своем развитии вырабатывает систему понятий, относящихся к изучаемому фрагменту или аспекту реального мира. Термодинамика пользуется иными понятиями, нежели механика; химия имеет свой словарь: химический элемент, валентность, катализатор, основание, кислота и т.п.; понятия биологических наук почти ничего общего не имеют с понятиями экономики или лингвистики. Именно поэтому, для того чтобы стать ученым, специалистом в некоторой области науки, студент вынужден много сил затратить на усвоение языка избранной им дисциплины. Этим объясняется также, почему ученые разных областей науки редко собираются вместе: они говорят на разных языках и не понимают друг друга. Таким образом, наличие особого языка – одна из характерных черт зрелой научной дисциплины.
Тем не менее, можно повторить, что и наличие парадигмы, и выработка специального языка еще не гарантируют, что мы имеем дело с наукой. В сущности, это свидетельствует лишь о том, что некоторая сфера человеческой деятельности приобрела достаточно высокую степень специализации, и чтобы заниматься этой деятельностью, нужно усвоить особый язык и специальные принципы. Однако воровская шайка, пользующаяся языком, непонятным для посторонних, и исповедующая общий принцип насильственного обогащения, не становится благодаря этому сообществом ученых.
Вопрос о том, что такое наука, как точно отличить науку от ненауки, так и не получил до сих пор строгого решения. Пользуясь указанными выше критериями, мы можем приблизительно сказать, что такое наука и в общих чертах обрисовать сферу научной деятельности. Наука есть сфера человеческой деятельности, направленной на выработку, обоснование и систематизацию интерсубъективных знаний о мире. Тем не менее, всегда останутся сомнительные случаи, для которых наши критерии будут бессильны. Не стоит, однако, считать это таким уж большим недостатком. Критерии научности должны оставаться несколько неопределенными, иначе они могут оказаться препятствием для возникновения новых научных дисциплин и познания новых, ранее неизвестных предметов и явлений. Кто знает, может быть, в наступившем столетии парапсихология или изучение НЛО станут вполне респектабельными научными дисциплинами?
И все-таки, если эти критерии нарушаются, это дает нам повод задуматься: относится ли к науке то, чем мы занимаемся?
1.3. Наука в истории
Вопрос о том, когда возникла наука, почти столь же сложен, как и вопрос о том, когда появились искусство или миф. Несомненно, значительное количество истинного знания было накоплено еще в древнейшие времена. Скотоводство, земледелие, строительство храмов и пирамид, обработка камня, кости, металлов в Шумере, Вавилоне, Китае, Египте – все это опиралось на знание животного и растительного мира, на развитие ремесел, на математические, астрономические, инженерные знания. Однако в древнем мире истинное знание было вплетено в мифологические и религиозные представления, а познавательная деятельность еще не была отделена от повседневной практики. Пожалуй, только в античной Греции приблизительно в VII – VI вв. до н.э. познание стало превращаться в самостоятельную разновидность человеческой деятельности, а научное знание стало отделяться от религиозно-мифологических представлений. Такие античные мыслители, как Фалес, Фукидид, Аристотель, Архимед, Евклид были уже учеными в современном смысле этого слова. Постепенно в качестве самостоятельных научных дисциплин выделились математика, астрономия, физика, медицина, история, логика и некоторые другие науки. До сих пор школьники доказывают знаменитую теорему Пифагора и изучают геометрию Евклида; механику Архимеда; логику Аристотеля; историю Геродота, Фукидида, Плутарха.
К сожалению, после крушения Римской империи в V в. н.э. достижения античной науки в Европе были забыты почти на тысячу лет и в какой-то мере сохранялись лишь на арабском Востоке. Возрождение науки в Европе начинается только в XVI в. вместе с великими географическими открытиями, изобретением книгопечатания и началом промышленной революции. Первым и наиболее важным результатом науки Нового времени было открытие и обоснование гелиоцентрической картины мира. Открытия Коперника, Кеплера, Галилея, Декарта, Ньютона заложили основы нового научного мировоззрения и обеспечили прочный фундамент последующего бурного развития научного познания. Классическая механика, получившая законченное выражение в фундаментальном труде И.Ньютона «Математические начала натуральной философии» (1687 г.), была ведущей и образцовой дисциплиной для науки XIII столетия. Вооруженная средствами математического анализа, механика еще и в XIX в. продолжала оставаться мощным орудием исследования в смежных областях физики. Создав кислородную теорию горения в конце XVIII в., А.Лавуазье заложил основы научной химии. С самого начала XIX в. стали бурно развиваться оптика и теория электромагнетизма. В середине XIX в. возникла теория биологической эволюции и были заложены основы генетики. На рубеже XIX – XX вв. наука проникла в мир атома и подвергла коренному пересмотру фундаментальные понятия классической физики. В течение ХХ в. революционные преобразования испытали почти все науки.
Все большее число людей вовлекается в познавательную деятельность. Еще в XIII – XIV вв. возникают первые университеты; образуются академии наук и научные сообщества, члены которых объединяются для совместной научной работы; в XVIII в. начинают выходить первые научные журналы. Все это содействует распространению научных знаний и формированию особого международного научного сообщества. На рубеже XIX – XX вв. возникает новый способ организации научных исследований – крупные научные институты и лаборатории с мощной технической базой. Современная наука все теснее связывается со всеми социальными институтами, пронизывает собой не только промышленное и сельскохозяйственное производство, но и военную сферу, политику, управление. Чтобы оценить, до какой степени наука изменила социальную жизнь, достаточно оглянуться вокруг: автомобиль и самолет, радио и телефон, телевизор и личный компьютер – все это вошло в жизнь людей на протяжении одного последнего столетия.
Современная наука включает в себя сотни научных дисциплин или конкретных наук. Все они разделяются на три большие группы в зависимости от предмета изучения. Науки о природе – естественные науки или просто естествознание – изучают предметы и явления неорганического, растительного и животного мира. К их числу относятся физика, химия, биология, география, геология и т.п. Науки об обществе исследуют различные стороны и институты человеческого общества, их возникновение, функционирование и взаимоотношения между ними. К их числу относятся социология, история, экономическая наука, языкознание, теория государства и права и т.п. Наконец, в последние десятилетия ХХ в. стал выделяться особый класс технических наук, изучающих искусственные устройства, созданные человеком, и способы их совершенствования. Конечно, резких границ между этими группами наук провести нельзя. Куда, например, отнести антропологию или экономическую географию? Более того, в последние десятилетия возникла тенденция к объединению и синтезу различных наук, к появлению новых научных дисциплин на стыках ранее существовавших наук. Тем не менее, указанное разделение наук на три большие группы имеет определенный смысл и помогает ориентироваться в пестром конгломерате ныне существующих дисциплин.
2. Эмпирические методы научного познания
У человека имеется две основные познавательные способности – чувства и разум. Посредством органов чувств мы вступаем в непосредственный контакт с окружающим миром и получаем чувственные образы окружающих нас вещей и явлений. Мы воспринимаем внешнюю форму окружающих предметов, их окраску, величину, слышим пенье птиц и журчанье ручьев, осязаем твердость и мягкость, тепло и холод. Разум устанавливает причинные связи событий, вскрывает внутреннее строение вещей, выявляется их существенные свойства. В соответствии с познавательными способностями человека в структуре научного знания выделяют два уровня – эмпирический и теоретический.
Эмпирический уровень включает в себя знание фактов – каких-то конкретных положений дел, явлений, свойств. Магнит притягивает железные предметы; Волга впадает в Каспийское море; пингвины не летают; орбита Земли ближе к Солнцу, чем орбита Марса, - все это факты. Они устанавливаются с помощью эмпирических методов познания – наблюдения, измерения, эксперимента – и образуют фундамент любой научной дисциплины.
2.1. Наблюдение
Наблюдение лежит в основе всех других эмпирических методов познания, будучи наиболее элементарным из них. И измерение, и эксперимент включают в себя наблюдение, но последнее может быть осуществлено и без них. В науке наблюдение используется для получения первичной эмпирической информации относительно изучаемой области, но главным образом – для проверки и обоснования истинности эмпирических суждений.
Научным наблюдением называется восприятие предметов и явлений действительности, осуществляемое с целью их познания.
В акте наблюдения можно выделить: 1) объект наблюдения; 2) субъект; 3) средства; 4) условия наблюдения; 5) систему знания, исходя из которой задают цель наблюдения и интерпретируют его результаты. Все эти компоненты акта наблюдения следует учитывать при сообщении результатов наблюдения для того, чтобы его мог повторить любой другой наблюдатель. Важнейшим требованием к научному наблюдению является требование интерсубъективности: наблюдение должно быть осуществлено так, чтобы его мог повторить любой другой наблюдатель с одинаковым результатом. Лишь при соблюдении этого требования результат наблюдения будет включен в науку.
Интерсубъективность наблюдения важна потому, что она свидетельствует об объективности результата наблюдения. Если все наблюдатели, повторившие некоторое наблюдение, получили один и тот же результат, то это дает нам основание считать результат наблюдения объективным научным свидетельством, а не ошибкой отдельного наблюдателя. Конечно, интерсубъективность наблюдения не может с достоверностью обосновать его результата, т.к. заблуждаться могут все наблюдатели (если все они, например, исходят из ложных теоретических предпосылок), однако интерсубъективность предохраняет нас от ошибок того или иного конкретного наблюдателя. Результаты наблюдений ученых одной научной эпохи могут быть исправлены или даже отброшены учеными другой эпохи. Это обусловлено тем, что результат всякого наблюдения неявно опирается на определенные гносеологические и конкретно-научные предпосылки, которые могут быть отброшены последующими поколениями ученых. Грубо говоря, мы часто видим только то, что хотим увидеть. Таким образом, результат наблюдения всегда содержит элемент субъективности, однако в рамках каждой отдельной научной эпохи интерсубъективность наблюдения свидетельствует о его относительной объективности.
Наблюдения разделяются на непосредственные и косвенные. При непосредственном наблюдении ученый наблюдает сам избранный объект. Так биолог наблюдает жизнь муравейника или поведение обезьян в рамках одной семьи. Однако далеко не всегда это возможно. Например, объекты квантовой механики или многие объекты астрономии невозможно наблюдать непосредственно. О свойствах таких объектов мы можем судить лишь на основе их взаимодействия с другими объектами. Подобного рода наблюдения называют косвенными наблюдениями. Косвенное наблюдение опирается на предположение об определенной закономерной связи между свойствами непосредственно наблюдаемых объектов и наблюдаемыми проявлениями этих свойств и содержит логический вывод о свойствах ненаблюдаемого объекта на основе наблюдаемого эффекта его действия. Например, вы сидите в комнате и смотрите в окно. Вы не ощущаете порывов ветра, но, наблюдая за тем, как трепещет листва на деревьях, как сгибаются кустарники и деревья, вы можете судить о силе этих порывов. Приблизительно так же, изучая поведение элементарных частиц, физик непосредственно наблюдает лишь их треки в камере Вильсона, которые представляют собой результат взаимодействия элементарной частицы с молекулами пара, заполняющего камеру. По характеру треков физик судит о поведении и свойствах частицы.
Следует заметить, что между непосредственным и косвенным наблюдениями нельзя провести резкой границы. В современной науке косвенные наблюдения получают все большее распространение по мере того, как увеличивается число приборов, используемых при наблюдении, и расширяется сфера научного исследования. Наблюдаемый предмет воздействует на прибор, а ученый непосредственно наблюдает лишь результат взаимодействия предмета с прибором.
Наблюдение считают разновидностью научной практики. Это обусловлено тем, что наблюдение существенно предполагает материальную деятельность, связанную с самим актом чувственного восприятия, использования приборов и т.п. Его специфика по сравнению с другими видами практики состоит в том, что наблюдение не включает в себя непосредственного физического воздействия на объект (либо этим воздействием можно пренебречь). Но оно является необходимым элементом других эмпирических методов познания – измерения и эксперимента, которые включают в себя практические действия с предметами.
2.2. Измерение
Измерением называют процесс представления свойств реальных объектов в виде числовой величины. В самом общем виде величиной можно назвать все то, что может быть больше или меньше, что может быть присуще объекту в большей или меньшей степени; числовая величина – это такая величина, которая может быть выражена числом. Таким образом, можно сказать, что измерение есть приписывание чисел свойствам изучаемых объектов. Что значит измерить высоту дерева? – Это значит приписать данному свойству дерева некоторое число, скажем, 22,5 метра.
Измерение – новая ступень в развитии эмпирического познания. Переход от наблюдения к измерению требует новых приборов и инструментов, а также новых понятий и предположений. Результаты наблюдения обычно выражаются с помощью качественных и сравнительных понятий. Качественные понятия – такие, как «теплый», «зеленый», «большой», - обозначают некоторые классы предметов и, приписывая предмету свойство, выражаемое качественным понятием, мы тем самым включаем этот предмет в определенный класс. Когда мы приступаем к исследованию некоторой новой области явлений, то начинаем с выработки качественных понятий, с помощью которых проводим классификацию предметов исследуемой области, опираясь на наблюдение.
После образования качественных понятий и разбиения всех предметов на классы мы можем установить некоторые соотношения между классами однородных предметов с помощью сравнительных понятий, таких, как «больше», «теплее», «легче» и т.п. Сравнительные понятия выражают сравнительную степень интенсивности свойства. С их помощью все предметы исследуемой области упорядочивают в определенную последовательность. Например, с помощью понятий «тяжелее», «легче», «равный по весу» мы можем все предметы расположить в последовательность классов, таких, что в один класс попадут предметы, равные по весу, предметы каждого предшествующего класса будут легче предметов последующего класса и предметы последующего – тяжелее предметов предшествующего.
Количественные понятия выражают степень интенсивности некоторого свойства в виде числа. Если с помощью сравнительных понятий упорядочиваются все предметы изучаемой области по степеням интенсивности некоторого присущего им свойства, то с помощью количественных понятий приписываются определенные числа степеням интенсивности интересующего нас свойства. Пусть, например, у нас есть последовательность, в которой последующий класс содержит более тяжелые предметы, чем предметы предшествующего класса: деревянные – железные – серебряные – золотые. Мы можем приписать этим классам некоторые числа: 10 – 15 – 20 – 25. После этого у нас появляется возможность выражать свойство «быть тяжелее/легче» числом, т.е. измерять его. Именно так действительно измеряется твердость минералов: один минерал считается более твердым, чем другой, если он может оставить царапину на этом втором минерале. Все минералы располагаются в последовательность, в которой каждый следующий является более твердым, чем предшествующий. Алмазу – самому твердому минералу – приписано число 10; остальным – тем меньшее число, чем дальше отстоит минерал от алмаза в данной последовательности.
Измерение описанного вида, опирающееся на сравнительные понятия, еще не вполне совершенно, так как у нас здесь еще нет собственно количественных понятий, и числа, приписываемые нами свойствам объектов, выбираются достаточно произвольно. Однако сравнительные понятия могут послужить основой для формирования количественного понятия на базе точных количественных методов исследования. Это оказывается возможным лишь на основе более глубокого познания сущности изучаемых явлений и уточнения теоретических предположений относительно изучаемой области.
Рассмотрим в качестве примера формирование понятия температуры (т.е. количественного понятия теплоты). В разговорном языке мы находим качественные понятия «теплый», «холодный» и сравнительные понятия «теплее», «холоднее». Этих понятий нам достаточно для классификации предметов повседневной жизни. Однако применить какую-либо количественную оценку теплоты без исследования физических причин и связей этого явления с другими явлениями представляется невозможным, и высказывание «Один предмет в три раза теплее другого» кажется столь же странным, как высказывание «Небо в Италии в три раза голубее, чем в России». Во времена Герона Александрийского (I в. н.э.) было замечено, что воздух расширяется, когда становится более теплым. Связь состояний «теплее» и «больше по объему» могла привести к мысли о том, чтобы сделать изменение объема тела наглядным представителем его нагретости. Галилей, изучая сочинения Герона, действительно пришел к этой мысли и для ее осуществления создал термоскоп – прибор, показывающий изменение состояния нагретости. Термоскоп состоял из трубки с шариком на конце, в котором находился воздух. Открытый конец трубки помещался в жидкость. Столбик жидкости в трубке опускался, когда воздух в шарике становился теплее, и поднимался, когда воздух охлаждался и его объем становился меньше. Термоскоп Галилея еще не позволяет ввести количественное понятие температуры. Этот прибор служил лишь для наглядной фиксации состояний «теплее» - «холоднее». Если раньше при фиксации этих состояний мы могли полагаться только на свои субъективные ощущения, то теперь, используя термоскоп, мы передаем эту функцию объективному процессу изменения объема.
Первым настоящим термометром был прибор, изготовленный членами Флорентийской Академии опыта. Этот прибор отличался от термоскопа Галилея двумя существенными особенностями. В нем было исключено влияние атмосферного давления, которое в термоскопе наряду с теплом также вызывало колебания уровня жидкости в трубке, и термометр, таким образом, был полностью отделен от барометра. И, что еще более существенно, в приборе флорентийских академиков была шкала. В основу этой шкалы были положены две постоянные точки, соответствовавшие наиболее низкой и наиболее высокой температуре, наблюдавшейся в Тоскане.
Теплота, являющаяся выражением кинетической энергии молекул тела, не могла быть зафиксирована непосредственно. Ее наглядным представителем становится объем тела. Увеличение и уменьшение объема тела, в свою очередь, представляют как линейное перемещение столбика жидкости. Последнее вполне может быть измерено с помощью обыкновенной линейки. Таким образом, изменение состояний тепла редуцируется к измерению длины столбика жидкости, и метрическое понятие температуры возникает как интерпретация теплоты в линейных мерах. Дальнейшая работа состояла лишь в усовершенствовании шкалы, в нахождении постоянной точки отсчета и подходящей жидкости, расширение которой фиксируется по шкале. Эта работа была проделана Фаренгейтом, Реомюром и Цельсием, которые придали термометру его современный вид. Нетрудно видеть, что при введении количественного понятия температуры были использованы различные предположения теоретического характера: что температура тела связана с его объемом; что объем тела изменяется прямо пропорционально изменению степени нагретости тела; что базисные точки шкалы соответствуют некоторой постоянной температуре и т.п.
В настоящее время количественные понятия часто вводятся на основе теории как теоретические понятия (отображающие свойства идеализированных объектов). Когда мы строим теорию относительно некоторой области явлений, то объектом теории является непосредственно не сама реальная область, а абстрактная, упрощенная модель этой области явлений – идеализированный (абстрактный) объект. В этом случае количественные понятия относятся прежде всего к идеализированному объекту теории, и лишь поскольку последний отображает реальный объект теории, постольку количественные понятия с определенной степенью точности применимы для характеристики реальных предметов.
Пусть Q обозначает некоторую степень измеряемого свойства, U – единицу измерения, а q – числовое значение соответствующей величины. Тогда результат измерения можно выразить следующим образом: Q = qU. Это уравнение называется «основным уравнением измерения». Для того чтобы в соответствии с этим уравнением приписать некоторое числовое значение измеряемой величине, нужно руководствоваться следующими «правилами измерения».
(1) Правило эквивалентности: если физические значения измеряемых величин равны, то должны быть равны и их числовые выражения; символически: если Q1 = Q2, то q1U = q2U.
(2) Если физическое значение одной величины меньше (больше) физического значения другой величины, то числовое выражение первой должно быть меньше (больше) числового выражения второй; символически: если Q1 Q2, то q1U q2U.
(3) Правило аддитивности: числовое значение суммы двух физических значений некоторой величины должно быть равно сумме числовых значений этой величины; символически: qU (Q1 + Q2) = q1U + q2U.
В формулировке данного правила между Q1 и Q2 мы помещаем знак «+», обозначающий эмпирическую операцию соединения двух значений одной величины. Эту операцию следует отличать от арифметического сложения. Операция соединения двух разных значений одной величины не всегда подчиняется данному правилу. Величины, соединение которых подчиняется указанному правилу, называются «аддитивными», Таковы, например, будут вес, длина, объем в классической физике. Если соединить вместе два тела, то вес получившейся совокупности (отвлекаясь от дефекта массы) будет равен сумме весов этих тел. Величины, не подчиняющиеся указанному правилу, называются «неаддитивными». Примером неаддитивной величины может служить температура. Если соединить вместе два тела с температурой, скажем, 20 и 50 градусов Цельсия, то температура этой пары тел не будет равна 70 градусам. Существование неаддитивных величин показывает, что при обращении с количественными величинами мы должны учитывать, какие конкретные свойства обозначаются этими величинами, ибо эмпирическая природа этих свойств накладывает ограничения на операции, производимые с соответствующими количественными величинами.
(4) Правило единицы измерения. Мы должны выбрать некоторое тело или легко воспроизводимый естественный процесс и охарактеризовать единицу измерения посредство этого тела или процесса. Для температуры задают шкалу измерения, выбирая две крайние точки некоторого процесса, скажем, точку замерзания воды и точку ее кипения, и разделяют отрезок трубки между этими точками на определенное количество частей. Каждая такая часть будет единицей измерения – градусом. Единицей измерения длины является метр, времени – секунда. Хотя единицы измерения выбираются произвольно, однако на их выбор накладываются определенные ограничения. Тело или процесс, избранные в качестве единицы измерения, должны сохранять неизменными свои размеры, форму, периодичность. Строгое соблюдение этих требований было бы возможно только для идеального эталона. Реальные же тела и процессы подвержены изменениям под влиянием окружающих условий. Поэтому в качестве реальных эталонов выбирают как можно более устойчивые к внешним воздействиям тела и процессы.
2.3. Эксперимент
Важнейшим методом эмпирического познания является эксперимент, который обычно включает в себя наблюдение и измерение, а также непосредственное физическое воздействие на изучаемые объекты. Одной из наиболее характерных особенностей науки Нового времени является широкое использование эксперимента в научном исследовании.
Эксперимент есть непосредственное материальное воздействие на реальный объект или окружающие его условия, производимое с целью познания этого объекта.
В эксперименте можно выделить следующие элементы: 1) цель эксперимента; 2) объект экспериментирования; 3) условия, в которых находится или помещается объект; 4) средства эксперимента; 5) материальное воздействие на объект. Каждый из этих элементов может быть положен в основу классификации экспериментов. Например, эксперименты можно разделять на физические, химические, биологические и т.д. в зависимости от различия объектов экспериментирования. Одна из наиболее простых классификаций основывается на различиях в целях эксперимента.
Целью эксперимента может быть установление каких-либо закономерностей или обнаружение фактов. Эксперименты, производимые с такой целью, называются «поисковыми». Результатом поискового эксперимента является новая информация об изучаемой области. Однако чаще всего эксперимент проводится с целью проверки некоторой гипотезы или теории. Такой эксперимент называется «проверочным». Ясно, что невозможно провести резкой границы между этими двумя видами эксперимента. Один и тот же эксперимент может быть поставлен для проверки гипотезы и в то же время дать неожиданную информацию об изучаемых объектах. Точно так же и результат поискового эксперимента может заставить нас отказаться от принятой гипотезы или, напротив, даст эмпирическое обоснование нашим теоретическим рассуждениям. В современной науке один и тот же эксперимент все чаще обслуживает разные цели.
Эксперимент всегда представляет собой вопрос, обращенный к природе. Но чтобы вопрос был осмысленным и допускал определенный ответ, он должен опираться на предварительное знание об исследуемой области. Это знание дает теория и именно теория ставит тот вопрос, ответ на который должна дать природа. Поэтому эксперимент как вид материальной деятельности всегда связан с теорией. Первоначально вопрос формулируется в языке теории, т.е. в теоретических терминах, обозначающих абстрактные, идеализированные объекты. Чтобы эксперимент мог ответить на вопрос теории, этот вопрос нужно переформулировать в эмпирических терминах, значениями которых являются эмпирические объекты.
Рассмотрим на примере экспериментального открытия светового давления этапы подготовки и проведения эксперимента. Идея о том, что свет производит давление на освещаемые тела, была высказана еще И.Кеплером. В корпускулярной теории света И.Ньютона эта идея получила теоретическое обоснование и развитие: поток корпускул, представляющий собой свет, ударяясь о поверхность тела, должен производить давление. Из волновой теории Х.Гюйгенса также следовало, что световая волна давит на освещаемые тела. Таким образом, теория поставила вопрос о существовании светового давления и предсказала, что ответ на него должен быть положительным. Однако долгое время было неясно, как поставить эксперимент для получения ответа на этот вопрос.
Создатель электромагнитной теории Дж. К. Максвелл вычислил величину светового давления. Согласно теории, сила давления зависит от интенсивности света. Для случая, когда световые лучи образуют параллельный пучок, давление р равняется плотности световой энергии u, т.е. энергии в единице объема. При этом предполагается, что тело, на которое падает свет, является абсолютно черным, т.е. поглощает всю падающую на него световую энергию. Если же коэффициент отражения тела не равен нулю, а имеет некоторое значение g, то давление р = u(I + g). Для идеального зеркала, коэффициент отражения которого равен I, давление р, согласно этой формуле, будет равно 2u. Если интенсивность света, т.е. количество энергии, проходящей через 1 см. за 1 сек., обозначить через J, то плотность лучистой энергии будет равна дроби J:с, где с – скорость света. Подставив вместо u выражение J:с в формулу для вычисления давления, получим соотношение р = (J:с) (I + g). Пользуясь последней формулой, Максвелл вычислил, что сила, с которой солнечные лучи в ясный день давят на 1 м черной поверхности, равна 0,4 мг.
Теоретическая основа эксперимента была подготовлена. Световое давление было представлено в виде измеряемой величины, а вычисленное значение этой величины могло дать представление о тонкости и сложности эксперимента. Однако проблема была сформулирована лишь в теоретических терминах, относящихся к идеализированным объектам и свойствам, с которыми реальное действие невозможно. В расчет Максвелла входили такие понятия, как «абсолютно черное тело», «идеальное зеркало», «интенсивность света» и т.п. Ни наблюдать, ни измерять объекты, обозначенные этими понятиями, было нельзя. Только после того, как русский ученый П.Н.Лебедев придал этим понятиям определенный эмпирический смысл, ему удалось построить прибор для обнаружения и измерения светового давления.
Прибор Лебедева состоял из легкого подвеса на тонкой нити, по краям которой были прикреплены очень тонкие и легкие крылышки. Одно из крылышек было зачернено, а другое оставлено блестящим. Подвес помещался в сосуде, из которого был откачан воздух. Свет от дуговой лампы концентрировался при помощи системы линз и зеркал на одном из крылышек и вызывал закручивание подвеса, которое можно было наблюдать и замерять. Определенная часть светового пучка подавалась на термоэлемент, который служил для измерения величины падающей энергии J. Измерения Лебедевым светового давления с помощью этого прибора дали величину, согласующуюся с предсказанной.
На этом примере можно видеть, каким образом теоретическая задача формулируется как задача экспериментальная. В эксперименте Лебедева световое давление было интерпретировано как наблюдаемое закручивание подвеса, а интенсивность света посредством термоэлемента трансформировалась в тепловое расширение. Цель эксперимента, которая, с точки зрения теории, состояла в обнаружении и измерении светового давления, непосредственно ставилась как обнаружение и измерение закручивания подвеса. Непосредственный результат эксперимента состоял в обосновании эмпирического суждения: «Подвес закручивается». В результате теоретического осмысления наблюдаемого положения дел, выражаемого этим суждением, Лебедев имел возможность сформулировать и такой результат: «Световое давление существует».
При рассмотрении последовательности этапов проведения эксперимента на первое место следует поставить формулировку проблемы, для решения которой ставится эксперимент. В приведенном выше примере проблема формулировалась так: «Существует ли в действительности световое давление и если существует, то какова его величина?». Проблема, ответ на которую должен дать эксперимент, детерминирует и выбор величин, определяемых в ходе эксперимента. В рассмотренном выше случае этими величинами были световое давление и интенсивность света. Сами эти величины не могли быть обнаружены и фиксированы в эксперименте. Для того чтобы войти в экспериментальные процедуры, они предварительно должны быть интерпретированы эмпирически, т.е. представлены в виде некоторых других величин, которые можно наблюдать и измерять.
Первый этап – выбор эмпирической интерпретации теоретических величин – очень важен при подготовке эксперимента. Только после этого наши теоретические построения и расчеты приобретают эмпирический смысл, а сам эксперимент становится принципиально возможным. В эксперименте Лебедева световое давление эмпирически было представлено как закручивание подвеса, а интенсивность света – как тепловое расширение в термоэлементе. Закручивание подвеса и тепловое расширение можно было наблюдать и измерять непосредственно.
Второй этап в проведении эксперимента – выбор условий и используемых приборов – определяется эмпирической интерпретацией теоретических величин. Если мы хотим, чтобы световое давление было представлено как закручивание подвеса, то мы должны обеспечить создание таких условий, чтобы это закручивание не могло быть вызвано никакими другими факторами. В эксперименте Лебедева трудность состояла в том, что силы светового давления очень малы, и их действие легко перекрывалось рядом других факторов. Среди них наиболее существенными были конвекционные токи воздуха и радиометрические силы. Когда подвес был окружен воздухом, движение воздушных потоков могло закручивать его. Чтобы устранить или хотя бы ослабить действие этого фактора, Лебедев поместил подвес в стеклянный баллон, из которого воздух можно было откачать. Радиометрический эффект заключается в том, что освещенная сторона пластинки нагревается сильнее неосвещенной стороны, и противоположные стороны испытывают неодинаковое давление газа, что может также вызвать закручивание подвеса. Чтобы избежать этого, крылышки приходилось делать как можно более тонкими. Трудности, связанные с исключением всех побочных эффектов, были в данном случае столь велики, что на их преодоление у Лебедева ушло более трех лет.
После того, как выбраны условия эксперимента и исключено влияние всех побочных факторов, наступает третий этап: воздействие на объект, наблюдение его поведения и измерение контролируемых величин. Этот этап можно назвать решающим в проведении эксперимента. Именно для него проводится вся подготовительная работа, и именно на этом этапе мы получаем ответ на вопрос теории, обращенный к природе. В эксперименте Лебедева ответ был положительным, а в эксперименте Майкельсона, например, природа ответила: «Нет!», хотя уверенность в существовании эфира была ничуть не меньшей, чем уверенность в существовании светового давления.
Последний, четвертый, этап в проведении эксперимента заключается в обработке полученных данных, их теоретическом осмыслении и включении в науку. Закручивание подвеса, наблюдавшееся в эксперименте, истолковывается как вызванное световым давлением. Отсюда делается вывод, что давление света действительно существует, и утверждение об этом включается в теорию как получившее экспериментальное обоснование.
Рассмотрение структуры и этапов проведения эксперимента позволяет дать обоснованный ответ на вопрос о соотношении теории и эксперимента. Эксперимент, как легко заметить из сказанного выше, отнюдь не противопоставлен теории и не выступает как нечто, находящееся целиком вне теории. Эксперимент неотделим от теории, ибо существенно зависит от нее. Как человеческий глаз для того, чтобы служить органом зрения, должен соединяться с мозгом в единую функциональную систему, так и эксперимент, для того чтобы служить средством получения знания, должен соединяться в единую систему с теорией. Роль теории в создании эксперимента особенно ярко проявляется в существовании такой формы познания, как мысленный эксперимент, т.е. мысленное представление операций с мысленно представимыми объектами. Вообще всякий эксперимент при его обдумывании и планировании выступает вначале как мысленный эксперимент. Но если обычный (материальный) эксперимент обязательно включает в себя материальную деятельность с реальными вещами и процессами, что заставляет нас при планировании эксперимента рассчитывать на реальные приборы, реальные окружающие условия и конкретную эмпирическую интерпретацию теоретических понятий, то мысленный эксперимент отличается тем, что один из этапов его проведения – реальное воздействие на реальный объект – отсутствует. Это позволяет нам включать в эксперимент идеализированные объекты, идеальные приборы и идеальные условия. Такого рода эксперимент целиком находится внутри теории, и его отличие от обычного теоретического рассуждения заключается лишь в том, что он опирается на наглядные образы и представления.
Однако следует подчеркнуть, что наблюдение, измерение и эксперимент, хотя и тесно связаны с теоретическими соображениями, являются разновидностью практической деятельности. Осуществляя рассмотренные эмпирические процедуры, мы выходим за рамки чисто логических рассуждений и обращаемся к материальному действию с реальными вещами. В конечном итоге только через посредство такого действия получают подтверждение или опровержение наши представления о действительности. В эмпирических познавательных процедурах наука вступает в непосредственный контакт с отображаемой ею действительностью – именно в этом заключается громадное значение наблюдения, измерения и эксперимента для научного познания.
3. Структура научной теории
Основной единицей научного знания считается теория. Наука включает в себя описания фактов и экспериментальных результатов, гипотезы и эмпирические закономерности, классификационные схемы и т.п., однако только теория объединяет весь материал науки в целостное и обозримое знание о мире.
Научная теория – высшая, самая развитая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях определенной области действительности.
Ясно, что для построения теории предварительно должен быть накоплен определенный материал об исследуемых объектах и явлениях, поэтому теории появляются на достаточно зрелой стадии развития научной дисциплины. В течение тысячелетий человечество было знакомо с электрическими явлениями, однако первые научные теории электричества появились лишь в середине XVIII в. На первых порах, как правило, создаются описательныетеории, дающие лишь систематическое описание и классификацию исследуемых объектов. В течение длительного времени, например, теории ботаники и зоологии были описательными: они описывали и классифицировали виды растений и животных; таблица химических элементов Д.И.Менделеева представляла собой систематическое описание и классификацию элементов. И это вполне естественно. Приступая к изучению некоторой области явлений, мы должны сначала описать эти явления, выделить их признаки, классифицировать их на группы. Лишь после этого становится возможным более глубокое исследование, связанное с выявлением причинных связей и открытием законов.
Высшей формой развития науки считается объяснительная теория, дающая не только описание, но и объяснение изучаемых явлений. К построению именно таких теорий стремится каждая научная дисциплина. Иногда в наличии подобных теорий видят существенный признак зрелости науки: некоторая дисциплина может считаться подлинно научной только тогда, когда в ней появляются объяснительные теории.
Объяснительная теория имеет гипотетико-дедуктивную структуру. Основанием теории служит набор исходных понятий (величин) и фундаментальных принципов (постулатов, законов), включающих только исходные понятия, - именно этот базис фиксирует тот угол зрения, под которым рассматривается реальность, задает ту область, которую изучает теория. Исходные понятия и принципы выражают основные, наиболее фундаментальные связи и отношения изучаемой области, которыми определяются все остальные ее явления. Так, основанием классической механики являются понятия материальной точки, силы, скорости и три закона динамики Ньютона; в основе электродинамики Максвелла лежат его уравнения, связывающие определенными соотношениями основные величины этой теории; специальная теория относительности опирается на уравнения Эйнштейна и т.д.
Со времен Евклида дедуктивно-аксиоматическое построение знания считалось образцовым. Объяснительные теории следуют этому образцу. Однако если Евклид и многие ученые после него полагали, что исходные положения теоретической системы представляют собой самоочевидные истины, то современные ученые понимают, что такие истины трудной найти и постулаты их теорий являются не более чем предположениями о глубинных причинах явлений. История науки дала достаточно много свидетельств наших заблуждений, поэтому основоположения объяснительной теории рассматриваются как гипотезы, истинность которых еще нуждается в доказательстве. Менее фундаментальные законы изучаемой области явлений дедуктивно выводятся из основоположений теории. Поэтому-то объяснительная теория называется «гипотетико-дедуктивной» - она строится как дедуктивная система, все положения которой логически выводятся из исходных гипотез.
Исходные понятия и принципы теории относятся непосредственно не к реальным вещам и явлениям, а к некоторым обстрактным объектам, в совокупности образующим идеализированный объект теории. В классической механике таким объектом является система материальных точек; в молекулярно-кинетической теории – множество замкнутых в определенном объеме хаотически соударяющихся молекул, представляемых в виде абсолютно упругих материальных шариков; в теории относительности – множество инерциальных систем и т.д. Эти объекты не существуют сами по себе в реальности, они являются мысленными, воображаемыми объектами. Однако идеализированный объект теории имеет определенное отношение к реальным вещам и явлениям: он отображает некоторые абстрагированные от них или идеализированные свойства реальных вещей. Например, из повседневного опыта нам известно, что если тело толкнуть, оно начнет двигаться. Чем меньше трение, тем больший путь оно пройдет после толчка. Мы можем вообразить, что трение вообще отсутствует, и получим образ объекта, движущегося без трения – по инерции. Реально таких объектов не существует, это – идеализированный объект. Точно так же вводятся в науку такие объекты, как абсолютно твердое или абсолютно черное тело, совершенное зеркало, идеальный газ и т.п. Заменяя реальные вещи идеализированными объектами, ученые отвлекаются от второстепенных, несущественных свойств и связей реального мира и выделяют в чистом виде то, что представляется им наиболее важным.
Гуляете вы, скажем, в солнечный зимний день и видите, как с горки на санках скатываются дети: снег сверкает под лучами солнца, щеки у детей разрумянились от легкого морозца, крики, смех, развевается голубенький шарфик… Попросите описать эту картину физика. Он скажет, что снежная горка – это плоскость с углом наклона приблизительно 30 градусов; по ней движется тело, масса которого составляет приблизительно 25 кг; коэффициент трения такой-то, начальная скорость – нулевая и т.п. Исчез румянец, пестрый костюмчик, веселый смех, остался лишь математический скелет реального положения дел.
Идеализированный объект теории намного проще реальных объектов, но именно это позволяет дать их точное математическое описание. Когда астроном рассматривает движение планет вокруг Солнца, он отвлекается от того, что планеты – это целые миры, имеющие богатый химический состав, атмосферу, ядро и т.п., и рассматривает их как простые материальные точки, характеризующиеся лишь массой и расстоянием от Солнца, но как раз благодаря этому упрощению он и получает возможность описать их движение в строгих математических уравнениях.
Идеализированный объект теории служит для теоретической интерпретации ее исходных понятий и принципов. Понятия и утверждения теории имеют только то значение, которое придает им идеализированный объект. Это объясняет, почему их нельзя прямо соотносить с реальными вещами и процессами.
В исходный базис теории включают также определенную логику – набор правил вывода и математический аппарат. Конечно, в большинстве случаев в качестве логики теории используется обычная классическая двузначная логика, однако в некоторых теориях, например, в квантовой механике, порой обращаются к трехзначной или вероятностной логике. Теории отличаются также используемыми в них математическими средствами.
Итак, основание гипотетико-дедуктивной теории включает в себя набор исходных понятий и принципов; идеализированный объект, служащий для их теоретической интерпретации, и логико-математический аппарат. И этого основания дедуктивным путем получают все другие утверждения теории – законы меньшей степени общности. Ясно, что и они также говорят об идеализированном объекте. Знание, систематизированное таким образом, легко обозримо, доступно для освоения и применения.