Разработка научной гипотезы

…Воображение и интуиция, используемые в разумных пределах, остаются необходимыми вспомогательными средствами ученого в его движении вперед…

Л. де Бройль

Теория как система научного знания возникает не сразу. От выбора темы до конечного результата исследования большой путь, длина и эффективность которого во многом зависят от первого шага — научной гипотезы, которая является формой осмысления фактического материала, формой перехода от фактов к законам.

Существует две точки зрения на сущность гипотезы. Согласно одной из них термином «гипотеза» обозначается особого рода научная теория, в которой идея обоснована только до уровня научного предположения, имеющего достаточно высокую степень достоверности. Здесь предположение играет ту же роль, какую в теории играет идея.

Но существует и другой взгляд, согласно которому гипотеза отождествляется с предположением, допущением, догадкой, предсказанием, предварительным объяснением возможного пути (или путей) достижения цели исследования. Своим возникновением эта точка зрения обязана, очевидно, тому, что в гипотезе как предположительной научной теории центральное место занимает именно предположение.

Научная гипотеза есть форма предварительного объяснения научной задачи (проблемы), на основе которой в последующем осуществляется научный поиск, производится сбор и анализ фактов, подтверждаются или опровергаются заключения, предсказания. Она по своей сущности есть первоначальная форма ответа, более или менее обоснованная, которая проверяется и либо обосновывается до степени достоверно истинного научного знания, либо отбрасывается как ложная.

В любом ли исследовании нужна научная гипотеза? Встречаются утверждения, что без гипотезы можно обойтись, например, в случаях, когда исследуемый процесс поддается строгой формализации и может быть описан системой уравнений либо построенной математической, физической моделью и т. п. Некоторые авторы считают, что гипотеза не нужна, если исследование проводится методом проб и ошибок. С этими утверждениями трудно согласиться.

Не преувеличивая ее роль, можно констатировать, что научная гипотеза необходима по следующим соображениям:

• 1) гипотеза представляет собой аппарат предварительного объяснения новых научных проблем, не имевших аналогов решения в прошлом; это касается и точных наук, поскольку чтобы построить математическую модель, необходимо первоначальное предположение, нужны допущения; первоначальная (гипотетическая) математическая модель в процессе ее проверки и корректировки может в итоге сильно измениться;
• 2) гипотеза является средством объяснения новых фактов, которые не могут быть объяснены с помощью имеющегося объема знаний; даже если для этого использовать метод проб и ошибок, то наличие научной гипотезы поможет сократить количество проб и избавить от многих ошибок;
• 3) наличие научной гипотезы выполняет функцию целеполагания в научном исследовании, потому что лучше работать с плохой гипотезой, чем вести исследование вовсе без нее, поскольку тогда неизвестно, что же нуждается в доказательстве и подтверждении научными фактами.

Таким образом, гипотезой как начальной фазой исследования не следует пренебрегать, но ее роль в различных видах исследований — неодинакова. Особенно полезно выдвижение научных гипотез при решении научных проблем, так как готового ответа (научного знания) не существует. Подчеркивая большую научную значимость гипотетического предположения, следует заметить, что оно существенно отличается от догадки. Предположение в гипотезе вырастает из многообразного фактического материала, в то время как догадка делается без достаточного основания.

Гипотеза имеет вероятностный характер, ее истинность не подтверждена. Это подтверждение проводится в ходе исследования. От достоверного знания се отличает лишь уровень обоснованности содержащегося в ней знания. Она лежит между догадкой и достоверным знанием. Например, гипотезы об образовании Вселенной или о происхождении жизни на Земле.

Специфической особенностью гипотезы является сс мыслимая реальность. Предположение направлено на то, чтобы доказать реальное существование предполагаемого. Именно поэтому предположение способствует обнаружению новых фактов и их селекции исходя из определенной позиции. Предположение заставляет активно, целеустремленно исследовать различные явления с тем, чтобы обнаружить данные, подтверждающие или опровергающие его. Научный поиск, если им руководит гипотетическое предположение, перестает быть аморфным, обретает внутреннюю структуру и потому становится намного результативнее. В этом проявляется одна из важных гносеологических функций предположения в гипотезе.

Структура гипотезы включает основание и формируемое на этой основе вероятное заключение.

Основание — это посылки, на которых строятся первоначальные суждения (эмпирические данные, факты, теоретические суждения).

Заключение — это предположение, основанное на посылках.

Чтобы построить гипотезу, недостаточно выдержать ее структуру. При хорошем основании можно сделать неопределенное заключение, и наоборот.

Гипотезы могут быть рабочими, универсальными или частными. Рабочие гипотезы представляют собой первоначальные, объясняющие проблему предположения. Универсальные гипотезы — это предположения о том, что исследуемые свойства или закономерности распространяются на все или подавляющее большинство случаев. Частные гипотезы — предположения, касающиеся отдельных специфических явлений и случаев. Они являются основой для формулирования универсальных гипотез.

Существует еще одна разновидность гипотез — так называемая математическая гипотеза. В обычной гипотезе делается предположение о физических свойствах объекта, а затем уже дается его математическая теория. При использовании метода математической гипотезы последовательность действий ученого прямо противоположная: сначала конструируется математическое описание объекта, а затем отыскивается физическое истолкование полученных результатов. Чисто формальные, математические действия выдвигаются здесь в авангард научного поиска.

При выдвижении математической гипотезы и ее разработке ученый руководствуется важнейшими достижениями науки, подтвержденными практикой, как регулятивными принципами.

Основными требованиями к гипотезам являются: обоснованность, логичность, совместимость с существующим научным знанием и проверяемость.

Обоснованность гипотезы заключается в том, что перед разработкой гипотеза должна быть проанализирована на состоятельность. Для этого исследователь должен привлечь не только имеющиеся в его распоряжении факты, но и известные теоретические знания: законы, теории, принципы, модели и т. п. Это требование называется «релевантностью гипотезы». Оно исходит из необходимости ее признания в научной среде и на практике.

Логичность - соответствие гипотезы фактическому положению вещей. Гипотеза должна быть понятной, логичной и не вызывать двоякого толкования.

Требование совместимости гипотез с существующими научными знаниями обусловлено тем, что имеющиеся научные знания дают исходные посылки, формируют основание гипотезы. Более того, подавляющая часть исследований проводится в рамках сложившейся системы науки, сохраняя преемственность знаний.

Проверяемость гипотезы. Проверка должна осуществляться как на стадии разработки гипотезы, так и в ходе исследования по мере появления новых наблюдений, фактов и методов. При этом средства проверки могут быть самыми разнообразными: непосредственное наблюдение; косвенные методы; использование измерительных приборов, экспериментатьных установок и т. п.

Гипотеза может касаться и исследования ненаблюдаемых явлений и процессов, поэтому ее проверяемость может строиться на аналогиях, косвенных признаках и фактах. Для проверки многих абстрактных гипотез необходима сложная техника измерения, дорогостоящие и сложные в инженерном отношении системы наблюдений.

Существуют и непроверяемые гипотезы трех разновидностей: а) гипотезы, следствие которых нельзя проверить с помощью имеющихся на сегодняшний день средств наблюдений и измерений, например гипотеза о существовании других цивилизаций;

• б) принципиально непроверяемые гипотезы, например гипотеза о наличии души и судьбы человека, утверждение или отрицание бога, высшего разума; такие гипотезы выдвигают без привлечения научного познания, и если бы их удалось проверить, мир не имел бы множества различных религий;
• в) универсальные философские, социальные и математические гипотезы, не допускающие эмпирической проверки их следствий вообще; они могут быть проверены частным образом — в конкретных науках (естественных, технических, экономических и т. п.), например философия может конкретизировать проблему, указывать направление поиска.

Особое место в научном исследовании занимают так называемые рабочие гипотезы, которые отличаются от обычной гипотезы лишь меньшей обоснованностью и произвольностью.

Сталкиваясь с новыми фактами, ученый часто не может выдвинуть гипотезу, правдоподобно объясняющую эти факты и согласующуюся с подтвержденной научной теорией. В этом случае он выдвигает некоторую идею, которая хоть как-то помогает ему ориентироваться в кажущемся хаосе фактов и определить дальнейший путь исследования. При формировании рабочих гипотез большую роль играет фантазия исследователя, его научное воображение и математическая интуиция. В современной науке зачастую оказывается очень ценным умение «угадать» математический аппарат, получить результат чисто математическим путем и уже затем искать его физическую интерпретацию. В связи с этим в науке все большее значение приобретает метод математической гипотезы.

Поиск пути решения научной проблемы (задачи) вынуждает исследователя выдвигать одну или несколько идей, являющихся как бы первоначальными предположениями о вероятном решении проблемы (задачи). Обычно они возникают интуитивно, в форме догадки. Способность ученого выдвигать или предчувствовать догадки называется прсдикатностью мышления. Этот процесс глубоко творческий, довольно длительный и не имеет даже сколь-нибудь эффективного рецепта для его реализации.

Рабочая гипотеза позволяет: определить основные направления деятельности исследователя; избежать хаотичности исследования; целенаправленно систематизировать накапливаемую информацию; избежать неопределенности научных результатов в будущем.

Выдвижение научной гипотезы осуществляется нс на пустом месте, а является результатом большой работы по сбору фактического материала на основе научных данных, полученных в результате наблюдений и эксперимента или изучения научной литературы. Изучение и анализ собранного фактического материала и есть собственно научное исследование. Однако оно осуществляется как бы по спирали и проходит несколько этапов:

• — первый этап — накопление фактического материала и высказывание на его основе более или менее обоснованных предположений — догадок о возможном разрешении возникшего противоречия в науке;
• — второй этап — выведение следствий из сделанного предположения, развертывание на его основе целой предположительной теории, выдвижение рабочих гипотез, не истинных, а заведомо временных ответов на научный вопрос, необходимых для придания исследованию организованного и целеустремленного характера и возможности целенаправленно систематизировать накапливаемую информацию;
• — третий этап — опровержение несостоятельных рабочих гипотез, выдвижение новых, их замена более достоверными и более соответствующими последним фактическим данным;
• — четвертый этап — проверка полученных выводов на практике и уточнение или опровержение гипотезы на основе результатов такой проверки. Повторение этого процесса осуществляется до тех пор, пока одна из гипотез не окажется приемлемой. Она становится основной научной гипотезой.

Выдвижение гипотез может осуществляться на базе дедукции или индукции. Обоснование дедуктивной гипотезы создает обобщающее положение, вследствие которого можно сделать выводы о связях отдельных явлений. Для индуктивной гипотезы характерно выражение отдельных фактов, на основе которых сделаны обобщающие выводы.

Построение научной гипотезы — это выдвижение предположения о разрешении противоречия в науке, вероятность которого обоснована и достаточно высока. Ее построение в процессе переработки информации об изучаемом явлении осуществляется в форме логических умозаключений о причинно-следственных связях.

Методы установления причинно-следственных связей для наиболее простых случаев сформулированы Ф. Бэконом и Дж. Милем и включают методы сходства, различия, сопутствующих изменений и метод остатков.

Метод сходства — основан на том, что если два и более случаев наблюдаемого явления сходны только в одном обстоятельстве, то с определенной вероятностью можно полагать, что именно это обстоятельство и есть причина данного явления. Если явление, а наступает при сложных событиях АВС, ADE, AFG, то наиболее вероятно, что, а зависит от события А, иначе, А является причиной явления а.

Методика установления причинно-следственных связей (последовательность действий) в данном случае может состоять в следующем:

• — установить все случаи, где наблюдается явление а, причину которого требуется определить;
• — выявить все обстоятельства, которые предшествуют наступлению явления а;
• — определить общее среди выявленных обстоятельств, которые составляют возможную причину явления а;
• — определить вероятность причины данного явления: число исследованных случаев, глубина анализа предшествующих обстоятельств, число различий в анализируемых обстоятельствах.

Например, появление радуги после дождя, возникновение радуги при попадании света на край толстого стекла или призмы; все это суть прохождение луча света через прозрачные среды с кристаллической или сферической поверхностью.

Метод различия — основан на том, что если при сравнении двух и более случаев, сходных во всем, за исключением одного обстоятельства, в одних случаях явление наступает, а в других — нет, то с определенной вероятностью можно полагать, что именно это обстоятельство и есть причина данного явления.

Если явление, а наступает при сложных событиях ABCD и не наступает при событиях BCD, то наиболее вероятно, что, А является причиной события а.

Метод имеет четыре существенных преимущества по сравнению с предыдущим:

во-первых, он может быть связан с экспериментом, позволяющим изменить исходные условия, и, таким образом, устанавливается причинноследственная связь или убеждаются в правильности или неправильности сделанного предположения;

во-вторых, для его применения достаточно минимального количества сравниваемых случаев, зачастую достаточно двух случаев: когда явление наступает и когда оно не наступает;

в-третьих, метод позволяет предсказывать существование неизвестных пока обстоятельств, которые могут быть причиной данного явления, например наличие антител при пересадке кожи;

в-четвертых, заключение, полученное при использовании данного метода, обладает большей вероятностью, нежели полученное по методу сходства.

Метод сопутствующих изменений — основан на том, что если какоелибо явление происходит определенным образом всякий раз, когда изменяется предшествующее ему обстоятельство, то с определенной вероятностью можно полагать, что эти явления имеют причинную связь.

Если а1 наступает при событиях AjBC, а2 — А2ВС, аз — А3ВС, то наиболее вероятно, что А является причиной события aj. Например, расширение различных тел при нагревании. На этом принципе основано устройство всех электротехнических приборов (степень изменения одних явлений в зависимости от изменения других).

Метод используется тогда, когда невозможно разделить причину и следствие. Вероятность заключения при данном методе зависит от количества подобранных обстоятельств, при котором наступает данное явление, а также от того, насколько удается обеспечить изменение только одного обстоятельства.

Метод остатков: если известно, что причиной сложного явления нс служат необходимые для этого обстоятельства, за исключением одного, то с определенной вероятностью можно полагать, что это обстоятельство будет причиной данного явления.

Если сложное явление авс наступает вследствие причин АВС и известно, что причина события в есть В, а причина события с есть С, то наиболее вероятно, что причиной события, а есть обстоятельство А.

Метод эффективно используется, когда исследуемое явление зависит от совокупности причин. Классический пример: А. С. Попов, в 1987 г. проведя опыты по радиосвязи, обратил внимание на ее нарушение при нахождении другого корабля между кораблями, которые осуществляли радиообмен. Связь восстанавливалась при прохождении корабля. Исключив все возможные причины нарушения связи, он пришел к выводу, что помехи исходят от металлического корпуса корабля, который являлся экраном, огражающим электромагнитные волны.

Вес рассмотренные методы устанавливают причинно-следственные связи, и, как правило, применяются в сочетании, дополняя друг друга. Гипотеза может быть объяснительной либо предсказательной.

Подтверждение гипотезы осуществляется исключительно для того, чтобы удостовериться в истинности выдвинутого предположения, и отвечает на вопросы: «Что требует подтверждения? Верно ли данное предположение? Почему оно верно, чем это доказывается?» Сущность подтверждения гипотезы заключается в поиске достаточных оснований (аргументов) для того, чтобы считать заключение (тезис) истинным. Центральным звеном основания являются факты.

Проверка и подтверждение гипотезы включает:

• а) поиск (получение) достаточных фактов;
• б) выведение необходимо вытекающих из данных фактов следствий и их верификацию;
• в) непосредственное обнаружение объекта, мысль о существовании которого была основным содержанием гипотезы;
• г) дедуктивное выведение (доказательство) гипотезы из другого, но уже достоверного знания, аксиом, доказанной научной теории, закона науки и т. д. Например, из классической механики и учения о всемирном тяготении вытекают законы небесной механики И. Кеплера.

Если при проверке полученных следствий оказывается, что они соответствуют действительности, тогда гипотеза превращается в научную теорию. Причем такое превращение не есть одноактное действие, а представляет собой процесс, содержанием которого является как всестороннее развитие и углубление гипотезы, так и все более основательная ее практическая проверка.

Например, поначалу планетарная модель атома Резерфорда выглядела просто как подходящее предположение. В дальнейшем обнаруживалось все больше и больше фактов, согласующихся с этим предположением, а с тех пор, как была взорвана первая ядерная бомба, даже самые отъявленные скептики признали, что атомное ядро существует реально. Гипотеза Резерфорда постепенно превратилась во всесторонне развитую и практически проверенную теорию.

Опровержение научной гипотезы — это логический процесс обоснования ложности се заключения.

Оно осуществляется путем ее фальсификации, т. е. установления несоответствия фактических данных вытекающим из гипотезы следствиям, или, говоря иначе, установления ложности следствия. Например, гипотеза И. Ньютона о преломлении света в более плотных, по сравнению с воздухом, сферах в результате более быстрого движения в них. В ходе опытов Л. Фуко установил, что скорость света в них меньше, чем в воздухе.

Другим способом опровержения гипотезы может служить доказательство следствия, противоположного следствию принятой гипотезы (антитезиса). При этом данное суждение, находящееся в отношении противоречия к следствию принятой гипотезы, доказывается самостоятельно. Доказанная истинность антитезиса означает ложность исходного следствия.

В ряде случаев бывает проще и удобнее доказывать не ложность тезиса, а ложность оснований, с помощью которых он доказывается, что есть по сути доказательство отсутствия логической связи суждения с основанием.

Последующая разработка и развитие научной гипотезы заключается в приведении ее в еще большее соответствие с данными научного наблюдения и экспериментов, которые осуществляются в ходе проверки гипотезы. В случае, когда следствия, полученные на основании некоторого предположения, противоречат опыту, то необходимо или изменить, уточнить само предположение, или даже отбросить его. Действия по принципу «если факты не подходят под мою теорию, то тем хуже для фактов» ничего, кроме неизбежных разочарований, не дадут.

При подтверждении или опровержении гипотезы должны соблюдаться следующие правила логики:

• — заключение (тезис) должно быть сформулировано ясно и точно, иначе это может привести к путанице в доказательстве, поскольку до тех пор, пока не уточнены понятия, составляющие содержание гипотезы, даже начинать сс подтверждение бессмысленно;
• — заключение должно оставаться неизменным на протяжении всего доказательства или опровержения, иначе в процессе подтверждения гипотезы произойдет так называемая подмена тезиса;
• — основания (аргументы) должны быть истинными фактами или суждениями, иначе если хотя бы одно из оснований является ложным, то его объединение с другими основаниями даст ложное, сложное суждение, из которого может следовать как истинное, так и ложное заключение;
• — основания (аргументы) должны быть фактами или суждениями, истинность которых установлена независимо от заключения, иначе возникнет порочный круг в доказательстве;
• — основания (аргументы) должны быть достаточными для выведения данного заключения, в противном случае заключение может вовсе не следовать из приведенных оснований.

Из общего алгоритма проведения научного исследования были рассмотрены лишь три этапа, без реализации которых практически невозможно начать самостоятельную научно-исследовательскую работу. Остальные этапы алгоритма научного исследования будут в той или иной степени рассмотрены в следующих разделах монографии. Основу решения научной задачи составляет метод, а не то, что с его помощью получено. Это объясняется тем, что метод в науке хоть и создается ради результата, но сам по себе играет более важную роль.