Методологические принципы построения научных теорий

Принципы и методы построения теорий носят весьма общий и рекомендательный характер, что обусловлено творческой природой самого процесса научного познания.

В числе методологических принципов можно выделить как логические и интуитивные факторы, так и факторы эмпирические и рациональные.

Логические факторы служат:

• — во-первых, для установления связи между основными и неосновными понятиями конкретной теории посредством определений;
• — во-вторых, для дедуктивного вывода из исходных посылок теории (в качестве таких посылок выступают аксиомы, фундаментальные законы и принципы) следствий — теорем и неосновных законов;
• — в-третьих, для индуктивного подтверждения следствий теории, которые могут быть подвергнуты эмпирической проверке.

На этапе становления классической науки XVII—XVIII вв. решающее значение в открытии новых научных истин, в том числе и в процессе создания теорий, придавалось логике.

Сторонники рационализма в условиях накопления и систематизации эмпирической информации главным инструментом открытия новых истин считали дедукцию. Они полагали, что из заключений интеллектуальной интуиции, которые считались самоочевидными, посредством дедукции можно «автоматически» вывести научные истины.

Последователи эмпиризма важнейшим средством открытия законов и новых истин в науке считали законы индуктивной логики, сформулированные Ф. Бэконом и усовершенствованные Дж. Ст. Миллем. Исходя именно из такого понимания, большинство физиков XVIII—XIX вв. были уверены, что основные понятия и законы физики могли быть даны из экспериментов посредством «абстракции», т. е. логическими средствами.

Несостоятельность таких попыток стала очевидной именно после того, как в науке начали создавать теории, содержащие абстрактные понятия и законы. По мнению А. Эйнштейна, ясное осознание неправильности такого представления «принесла по существу только общая теория относительности, которая показала, что соответствующий опытный материал можно объяснить на основе совершенно других принципов, и притом гораздо более удовлетворительным путем» .

Интуитивные факторы стали активно исследоваться в философии науки и рассматриваться в качестве важнейших условий создания новых научных идей и теорий после того, как была выявлена несостоятельность попыток построения логик открытия.

Исследование этих факторов осуществляется прежде всего в психологии творчества. Под интуитивными факторами исследователи имеют в виду прежде всего интеллектуальную интуицию, которая понимается как рассуждение, опирающееся на аналогии, сравнения, образы, эвристические соображения и т. д. Нередко интуицию рассматривают как внезапное (загадочное) озарение, инсайт (от англ. insight — проницательность, проникновение в суть, понимание, озарение, внезапная догадка), неожиданное открытие и противопоставляют ее систематической рациональной работе исследователя, его логическим рассуждениям.

Однако трактовать такое «внезапное» открытие как «загадочное» можно лишь в случае, когда игнорируется вся предшествующая деятельность познающего научного мышления. Так, А. Пуанкаре считал, что большинство комбинаций идей возникают в подсознании, а сознание лишь отбирает те из них, которые являются «красивыми» и вследствие этого оказываются наиболее полезными. При этом само подсознательное «я» «может за небольшой промежуток времени создать больше различных комбинаций, чем может охватить сознательное существо за целую жизнь» .

Выделение и разделение эмпирических и рациональных факторов вытекает из оценки их роли в процессе создания научной теории. В первую очередь речь идет о теориях фактуальных наук, имеющих широкую эмпирическую (фактуальную) базу.

Под эмпирическими факторами теории принято понимать ее наблюдательный и экспериментальный базис, т. е. ту первичную информацию, на которой основываются ее понятия и утверждения.

Сторонники философского эмпиризма: позитивизма, феноменализма, бихевиоризма и др. — считают, что единственно надежным основанием теории является ее эмпирический базис, а именно те факты, которые можно непосредственно наблюдать и проверять. Остальные структурные компоненты науки представляют собой не что иное, как умозрительную конструкцию, служащую для обобщения и систематизации большого массива эмпирической информации.

Поход эмпиристов восходит к идее Ф. Бэкона о том, что формирование теории сводится к обобщению путем индукции точно установленных эмпирических фактов, пока не будут найдены такие общие законы, с помощью которых можно объяснить все известные факты. Однако таким путем могут быть найдены лишь простейшие эмпирические законы, которые не могут стать посылками для подлинно научных теорий, объясняющих не только факты, но и эмпирические законы.

Сторонники дескриптивизма (от позднелат. descriptivus — описательный) утверждают, что построение теории — это процесс наиболее точного и непредвзятого описания фактов. Поскольку факты сами по себе достаточны для научного познания, дескриптивисты рассматривают теорию именно как логическую систематизацию фактов и косвенное их описание. Истоки такой концепции содержатся в работах австрийского физика и философа Э. Маха и немецкого физикохимика В. Оствальда.

Так, Э. Мах характеризовал теорию как категорию косвенного описания, которое придает ей количественное преимущество перед простым наблюдением. Однако качественной разницы между теорией и простым наблюдением, с его точки зрения, не существует. Понятия, которые не имеют содержания, подтвержденного непосредственным опытом, по его мнению, — «почтенный шабаш ведьм». К такому «шабашу» Э. Мах относил атомы Демокрита, электромагнитную теорию, а появившуюся в его время атомно-молекулярную теорию вещества он назвал «мифологией природы» .

Суть позиции Э. Маха: мир состоит из элементов, которые представляют собой соединения физического и психического: «…весь внутренний и внешний мир состоит из небольшого числа однородных элементов» . Поскольку все элементы мира абсолютно равны, то и в познании не следует использовать такие понятия, как «причина», «сущность», «вещь в себе» и др. Их следует заменить на понятие «функции». Таким образом, функция науки и познания сводится лишь к установлению " основных переменных и различных отношений зависимости" .

Фактически Э. Махом заявлена программа дескриптивизма (описательности): законы в науке — не более чем описания, а теория — худший вид описания, поскольку она более всего отстоит от объекта. Однако в использовании теории появляется принцип экономии мышления, и его Э. Мах считает фундаментальным, регулирующим развитие человеческого познания: теория необходима, поскольку в ней в сжатом (экономном) виде аккумулируются огромные множества отдельных описаний, которые без них невозможно было бы запомнить и воспроизвести.

Защитники рационализма стоят на противоположных позициях: только абстрактные понятия и утверждения (аксиомы, законы и принципы), которые составляют концептуальное ядро теории, могут стать основой объяснения эмпирических фактов и законов. В соответствии с этой позицией исходным пунктом построения теории является выдвижение абстрактных понятий и фундаментальных гипотез. Из этих понятий и гипотез по правилам дедукции могут быть получены остальные утверждения теории.

Безусловно, рационалисты правы в своем заявлении относительно того, что теоретические понятия и законы не могут быть получены непосредственно из наблюдений и опыта. Вместе с тем вряд ли можно согласиться с их заявлением о полной неподконтрольности рациональному сознанию процесса генерирования новых идей и научных гипотез:

• — К. Поппер сводит процесс возникновения научных идей к непрерывной цепи догадок и опровержений;
• — Т. Кун считает возникновение новых идей результатом отказа от старой парадигмы и принятия новой парадигмы на чисто субъективных основаниях;
• — сторонники гипотетико-дедуктивного подхода отказываются от исследования генезиса нового знания.

Верно, что процесс создания научных теорий не укладывается в прокрустово ложе жестких правил и схем. Вместе с тем этот процесс может контролироваться как посредством логики, так и с помощью опыта. Контроль логики может осуществляться на основе некоторых наиболее общих принципов.

Во-первых, это необходимость схематизации и идеализации изучаемой области действительности посредством концептуальной системы, или теоретической модели реальности.

Для построения такой модели необходимо выделить наиболее общие и существенные свойства элементов реальных систем. Такое выделение требует, в свою очередь, абстрагирования от тех черт, особенностей и свойств элементов реальных систем, которые для данного исследования являются второстепенными и несущественными. Данная процедура является подлинно творческой задачей, поскольку обнаружение и разделение существенных и несущественных черт не поддается жестким алгоритмам.

Так, и Р. Декарт, и И. Ньютон считали, что количество движения тела зависит от его скорости. Однако, по И. Ньютону, другая важная характеристика количества движения — масса тела, а с точки зрения Р. Декарта — объем этого тела.

Как оказалось, эту характеристику Р. Декарт ошибочно отнес к существенным признакам рассматриваемого явления, поскольку для определения динамических свойств тела эта геометрическая характеристика оказалась несущественной. Такое неверное разделение существенных и несущественных свойств и характеристик привело к тому, что механика Р. Декарта осталась умозрительной концепцией. В противоположность этому верное выделение существенных признаков исследуемого явления позволило И. Ньютону сделать разработанную им динамику основой всей классической физики.

Таким образом, процесс абстрагирования есть гораздо более сложная операция, чем это представлялось сторонникам эмпиризма, которые считали, что все термины науки получаются отбрасыванием различий между более простыми идеями и удержанием того, что в этих простых идеях составляет общее.

Однако теоретические понятия образуются путем процесса идеализации — создания таких воображаемых объектов, свойства которых отсутствуют у реальных предметов: «идеальный газ», «несжимаемая жидкость», «абсолютно черное тело» в физике, «идеальный тип» в социологии и др.

Как подчеркивает Г. И. Рузавин, «идеализация чаще всего связана с мысленным экспериментом, в ходе которого ученый теоретически осуществляет некоторые операции, которые нельзя проделать эмпирически ни в каком реальном опыте» .

Так, Аристотель на основе обобщения повседневного опыта сделал вывод: тело движется тем быстрее, чем больше воздействующая на него внешняя сила; движение прекратится, как только сила перестанет действовать.

Чтобы опровергнуть этот тезис, считавшийся непреложной истиной, Г. Галилей обратился к мысленному эксперименту: при прекращении действия внешней силы тело пройдет еще некоторое расстояние. Это расстояние тем больше, чем меньше воздействие силы трения, сопротивления воздуха и т. п. Если мысленно представить, что все эти и им подобные силы перестанут действовать, то тело будет двигаться с постоянной скоростью равномерно и прямолинейно.

Таким образом, скорость тела сама по себе не показывает, действуют ли на него внешние силы. О действии последних можно судить лишь по ускорению или замедлению движения тела. А. Эйнштейн и Л. Инфельд подчеркивают: «Открытие, сделанное Галилеем, и применение им метода научного рассуждения (курсив мой. — Г. О.), было одним из самых важных достижений в истории человеческой мысли, и это отмечает действительное начало физики» .

Выявить факты и сделать на их основе простейшие обобщения относительно просто, гораздо сложнее выявить и сформулировать эмпирические законы. В развитых науках установление таких законов связано с измерениями и требует обращения к простейшим абстракциям и идеализациям.

Г. И. Рузавин реконструирует типичный процесс построения естественно-научной теории на примере газовых законов.

Он отмечает, что эмпирические газовые законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака характеризуют взаимосвязь свойств идеального, а не реального газа. Они выражают регулярные связи между объемом и давлением в первом случае, между объемом и температурой — во втором случае. Для дальнейшей исследовательской работы было необходимо установить логическую связь между этими эмпирическими законами. Такую связь выражает уравнение Менделеева — Клапейрона, которое описывает параметры состояния идеального газа:

PV = RT,

где Р — давление; V — объем; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Это уравнение выступает в качестве предпосылки простейшей эмпирической теории, из которой можно логически вывести законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака.

Однако попытка дальнейшего обобщения этого эмпирического закона тем же методом, который привел к уравнению Менделеева — Клапейрона, оказывается невозможной. Такого рода обобщение требует обращения к ненаблюдаемым объектам и теоретическим понятиям. Такие понятия были введены только в связи с построением атомно-молекулярной теории вещества. Именно эта теория и раскрыла внутренний механизм протекающих при этом процессов. В свою очередь, раскрытие такого механизма позволило объяснить все известные эмпирические законы.

Рассмотренная схема оказалась типичной для построения многих теорий астрономии, механики, оптики, электромагнетизма, химии и др.

Что касается фактуальных социально-гуманитарных наук: психологии, социологии, политологии и др., то здесь главная трудность — наличие большого числа изолированных эмпирических обобщений, а также отсутствие надежных эвристических принципов, которые позволили бы установить логическую связь между такими эмпирическими обобщениями.

Наряду с логическими факторами исследователям часто приходится обращаться к эвристическим (от греч. heurisko — ищу) приемам и методам. Под такого рода методами понимают способы поискового мышления, которые не могут быть точно описаны логическими средствами. Эвристические методы еще в античной науке способствовали поиску истины в том случае, если для этого не существовало адекватных и общепризнанных методов. Так, Архимеду с помощью изобретенного им метода исчерпывания удалось найти объемы многих геометрических тел.

Эвристические методы исследования находят наибольшее применение в развитых опытных науках. Так, использование принципа дополнительности способствовало раскрытию взаимосвязи между корпускулярными и волновыми свойствами микрочастиц материи, принцип соотношение неопределенностей В. Гейзенберга позволил установить границы точности при измерении сопряженных (корпускулярных и волновых) величин элементарных частиц, например таких, как координата и импульс частицы.

Несомненна эвристическая роль мысленного эксперимента и модельных представлений. Еще Г. Галилей в исследованиях механических процессов наряду с реальными экспериментами иногда обращался и к «воображаемым» (термин самого Г. Галилея) экспериментам, которые позволяли ему представить исследуемые процессы «в чистом виде». Так, только в мысленном эксперименте мог появиться принцип инерции классической механики. Ни один реальный эксперимент не позволил бы полностью изолировать тело от внешних воздействий.

В концептуальных моделях отображаются логические связи между компонентами моделируемых объектов, в математических моделях исследуются системы уравнений, с помощью которых описываются исследуемые объекты. Изменяя параметры этих уравнений, получают различные варианты моделей. Вычислительные эксперименты стали самым широким образом применяться в науке с развитием компьютерной техники.

Удачный наглядный образ, использованный в мысленной модели, нередко помогает представить особенности таких свойств явлений, которые не могут восприниматься чувственным образом.

Так, для объяснения факта испускания и поглощения квантов света атомами физики в качестве мысленной модели приняли концепцию Дж. Дж. Томсона, названную «моделью пудинга» (в русскоязычной литературе — «булкой с изюмом»), поскольку в ней положительно заряженные частицы равномерно распределены по всему объему атома, а электроны вкраплены в него подобно изюму.

После экспериментов Э. Резерфорда с ?-частицами обнаружилось, что некоторые из этих частиц свободно проходят через атомы, а их небольшое число резко отклоняется от первоначального направления, что противоречило модели Томсона. Данные этого эксперимента заставили изменить мысленную модель и принять планетарную модель Э. Резерфорда, построенную по аналогии со структурой Солнечной системы. В центре такой модели расположено положительно заряженное ядро, а вокруг него вращаются электроны.

Анализ Н. Бора показал несостоятельность и этой модели, поскольку в соответствии с принципами электромагнетизма вращающиеся вокруг ядра электроны должны были бы упасть на ядро, чего не происходит в действительности. Для устранения этого противоречия между моделью и реальным опытом Н. Бору пришлось модифицировать модель Э. Резерфорда посредством введения постулатов о том, что, вращаясь по стационарным орбитам, электроны не излучают энергии. Такое излучение происходит только тогда, когда электроны переходят с одной стационарной орбиты на другую.

В дальнейшем и эта модель была модифицирована.

Таким образом, эвристическая роль мысленных моделей заключается в их активном влиянии на процесс развития науки. В свою очередь, новая ступень развития науки приводит к пересмотру соответствующих мысленных моделей.