Основные этапы процесса формирования научной теории

Научная теория — логически взаимосвязанная система понятий и утверждений о свойствах, отношениях и законах некоторого множества идеализированных объектов. Цель научной теории — введение таких базовых идеальных объектов и утверждений об их свойствах и отношениях (законов, принципов), чтобы затем чисто логически вывести (построить) из них максимально большое количество следствий, которые при подборе определенной эмпирической интерпретации максимально адекватно соответствовали бы наблюдаемым данным о некоторой реальной области объектов.

Схема соотношения форм научного познания:

Факт- >Проблема- >Идея- >Гипотеза- >Теория.

Факт — достоверное эмпирическое знание о произошедшем событии. Но факт констатирует, а не раскрывает сущность. Факт складывается из следующих стадий:

• § данные наблюдений;
• § очищение (обработка) данных наблюдений;
• § интерпретация очищенных данных.

Проблема — «знание о незнании», факт недостаточности знания. Ее нельзя объяснить уже существующими знаниями.

Гипотеза — новое обоснованное знание, которое признано объяснить возникшее противоречие. Является системным, обоснованным, но еще вероятное, не достоверное.

Переход от проблемы к гипотезе очень сложен, он не является непрерывным, а характеризуется поиском, озарением (инсайт) и творчеством. Здесь нет логики открытия, а есть логика, способствующая открытию (гибкость мышления, творчество…).

Гипотеза должна быть непротиворечивой; объяснять больше явлений, чем потребовалось для ее создания; логичной; желательно, чтобы была простой (без излишеств, минимальное кол-во элементов, изящность. Простота — это не упрощенность).

Гипотеза становится теорией, когда предсказывает ранее невиданные явления, которые впоследствии обнаруживаются на практике. Превращение гипотезы в теорию не меняет содержания гипотезы, ибо развитая, обоснованная гипотеза представляет собой сложную, развернутую систему знаний.

Теория — высшая форма научного познания. Это достоверное, системное, раскрывающее сущность знание. Как система знаний теория имеет сложную структуру. Основными структурными компонентами теории является теоретическая модель, т. е. система абстрактных объектов, относительно которых строятся все высказывания теории. Эта теоритическая модель сложным образом связана с математическим аппаратом теории.

Феноменологическая научная теория — логически организованная система высказываний о некотором множестве эмпирических объектов. Необходимым элементом феноменологической научной теории является множество эмпирических законов, установленных путем индуктивного обобщения некоторого множества протокольных предложений теории.

Этапы формирования научной теории:

• § исходный пункт движения мысли — эмпирический объект, его определенные свойства и отношения;
• § само мысленное движение заключается в количественном усилении степени интенсивности «наблюдаемого» свойства до максимально возможного предельного значения;
• § в результате такого, казалось бы, чисто количественного изменения, мышление создает качественно новый (чисто мысленный) объект, который обладает свойствами, которые уже принципиально не могут быть наблюдаемы (безразмерность точек, абсолютная прямизна и однородность прямой линии, сознание и бытие в философии…).

Р. Неванлинна подчеркивал, что идеальные объекты конструируются из эмпирических объектов путем добавления к последним таких новых свойств, которые делают идеальные объекты принципиально ненаблюдаемыми и имманентными элементами сферы мышления.

Наряду с операцией предельного перехода, в науке существует другой — введение их по определению. А также идеализация, мысленный эксперимент, математическая гипотеза, теоретическое моделирование, аксиоматический и генетическо-конструктивный методологической организации теоретического знания и построения научных теорий, метод формализаций и др.

Для научной теории имеется 2 способа обоснования ее объективного характера (по Энштейну):

• § внешнее оправдание научной теории — состоит в требовании ее практичной полезности, в частности возможности ее эмпирического применения. Это прагматическая оценка ее ценности и одновременно своеобразное ограничение абсолютной свободы разума
• § внутреннее оправдание научной теории — способность быть средством внутреннего совершенствования, логической гармонизации и роста теоретического мира, эффективного решения имеющихся теоретических проблем и постановки новых.

Научная теория — наиболее развитая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существующих связях изучаемой области действительности. Примеры теорий: геометрия Евклида, классическая механика Ньютона, корпускулярно-волновая теория света, теория биологической эволюции Ч. Дарвина, электромагнитная теория Максвелла, специальная теория относительности, хромосомная теория наследования и т. д.

Научная теория должна удовлетворять следующим критериям (по Эйнштейну): управление теория научная.

• § не противоречить данным опыта, фактам;
• § быть проверяемой на имеющемся опытном материале;
• § отличаться «естественностью», т. е. «логической простотой» предпосылок;
• § содержать наиболее определенные утверждения: это означает, что из двух теорий с одинаково «простыми» основными положениями следует предпочесть ту, которая сильнее ограничивает возможные априорные качества систем;
• § не являться логически произвольно выбранной среди приблизительно равноценных и аналогично построенных теорий;
• § отличаться изяществом и красотой, гармоничностью;
• § характеризоваться многообразием предметов, которые она связывает в целостную систему абстракций;
• § иметь широкую область своего применения с учетом того, что в рамках применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута;
• § указывать путь создания новой, более общей теории, в рамках которой она сама остается предельным случаем

В современной методологии науки выделяют следующие основные компоненты, элементы теории:

• § исходные основания — фундаментальные понятия, принципы, законы, уравнения, аксиомы и т. п.
• § идеализированные объекты — абстрактные модели существенных свойств и связей изучаемых предметов (например, «абсолютное черное тело», «идеальный газ» и т. п.).
• § логика теории — совокупность определенных правил и способов доказательства, нацеленных на прояснение структуры и изменения знания.
• § философские установки и ценностные факторы.
• § совокупность законов и утверждений, выведенных в качестве следствий из основных положений данной теории в соответствии с конкретными принципами.

Сегодняшняя принятая общая схема — гипотетико-дедуктивная модель построения теоретического знания:

Эмпирический уровень:

• § факты;
• § эмпирическое обобщение;
• § проблема, далее все переходит к теоретику.

Теоретический уровень:

• § выдвигается гипотеза;
• § осуществляется поиск объяснительной схемы, которая объясняла бы все факты и проблемы;
• § выполняется построение теории.

Вся схема построения теорий основана на дедукции, отсюда название модели.

К числу основных функций теории можно отнести следующие:

• § Синтетическая функция — объединение отдельных достоверных знаний в единую, целостную систему.
• § Объяснительная функция — выявление причинных и иных зависимостей, многообразия связей данного явления, его существенных характеристик, законов его происхождения и развития, и т. п.
• § Методологическая функция — на базе теории формулируются многообразные методы, способы и приемы исследовательской деятельности.

Предсказательная — функция предвидения. На основании теоретических представлений о «наличном» состоянии известных явлений делаются выводы о существовании неизвестных ранее фактов, объектов или их свойств, связей между явлениями и т. д.

§ Практическая функция. Конечное предназначение любой теории — быть воплощенной в практику, быть «руководством к действию» по изменению реальной действительности.

Только научная теория объединяет весь материал науки в целостное и обозримое знание о мире. Ясно, что для построения научной теории предварительно должен быть накоплен определенный материал (факты) об исследуемых объектах и явлениях, поэтому теории появляются на достаточно зрелой стадии развития научной дисциплины.

Исходные понятия и принципы научной теории относятся непосредственно не к реальным вещам и событиям, а к некоторым абстрактным объектам, в совокупности образующим идеализированный объект теории. Этот объект имеет определенное отношение к реальным вещам и явлениям: он отображает некоторый абстрагированные от них или идеализированные свойства реальных вещей. Заменяя реальные вещи идеализированными объектами, ученые отвлекаются от второстепенных, несущественных свойств и связей реального мира, и выделяет в чистом виде то, что представляется им наиболее важным. Идеализировать объект теории намного проще реальных предметов, но именно это позволяет дать его наиболее точное математическое описание.

Идеализированный объект теории научной теории служит для теоретической интерпретации ее исходных понятий и принципов. Понятия и утверждения научной теории, имеют только то значение, которое придает им идеализированный объект. В исходный базис научная теория включает также определенную логику — набор правил вывода и математический аппарат.

Многообразию форм идеализации и соответственно типов идеализированных объектов соответствует и многообразие видов (типов) теорий, которые могут быть классифицированы по разным основаниям (критериям). В зависимости от этого могут быть выделены теории: описательные, математические, дедуктивные и индуктивные, фундаментальные и прикладные, формальные и содержательные, открытые и закрытые, объясняющие и описывающие (феноменологические), физические, химические, социологические, психологические и т. д. Так, математические теории характеризуются высокой степенью абстрактности. Теории опытных (эмпирических) наук — физики, химии, биологии, социологии, истории и др. — по глубине проникновения в сущность изучаемых явлений можно разделить на два больших класса: феноменологические и нефеноменологические.

Этапы формирования научной теории:

• § Первоначально, как правило, создаются описательные (феноменологические) теории, дающие лишь систематическое описание и классификацию исследуемых объектов. Они не вникают глубоко во внутренние механизмы. Такие теории не анализируют природу исследуемых явлений и поэтому не используют сколько-нибудь сложные абстрактные объекты, хотя, разумеется, в известной мере схематизируют и строят некоторые идеализации изучаемой области явлений. Феноменологические теории решают, прежде всего, задачу упорядочивания и первичного обобщения относящихся к ним фактов. Они формулируются в обычных естественных языках с привлечением специальной терминологии соответствующей области знания и имеют по преимуществу качественный характер. С феноменологическими теориями исследователи сталкиваются, как правило, на первых ступенях развития какой-нибудь науки, когда происходит накопление, систематизация и обобщение фактологического эмпирического материала. Такие теории — вполне закономерное явление в процессе научного познания.
• § С развитием научного познания теории феноменологического типа уступают место нефеноменологическим (объяснительным) теориям. Они не только отображают существенные связи между явлениями и их свойствами, но и раскрывают глубинный внутренний механизм изучаемых явлений и процессов, их необходимые взаимосвязи, существенные отношения, т. е. их законы. Но это уже не эмпирические, а теоретические законы, которые формулируются не непосредственно на основе изучения опытных данных, а путем определенных мыслительных действий с абстрактными, идеализированными объектами. Именно в наличие подобной теории видят существенный признак зрелости науки: дисциплина может считаться подлинно научной только тогда, когда в ней появляются объяснительные теории.

Объяснительные теории имеет гипотетико-дедуктивную структуру. Основанием научной теории служит набор исходных понятий (величин) и фундаментальных принципов (постулатов, законов), включающих в себя только исходные понятия. Примеры: основы классической механики — понятие материальной точки, силы, скорости и 3 закона динамики; специальная теория относительности опирается на уравнение Эйнштейна. Современные ученые понимают, что научную истину найти нелегко и постулаты их теорий служат не более чем предположениями о глубинных причинах явлений.

Научная теория дает описание некоторой области явлений, определенных объектов, аспектов действительности. В силу этого научная теория может оказываться истинной или ложной, т. е. описывать реальность адекватно или искаженно. Научная теория должна объяснять известные факты, указывать на те существующие связи, которые лежат в их основе. Научная теория предсказывает новые, еще неизвестные факты (явления, эффекты, свойства и т. д.).

Обнаружение предсказанных научной теорией фактов служит подтверждением ее плодотворности и истинности. Расхождение между теорией и фактами или обнаружение внутренних противоречий в теории дает импульс к ее изменению, к упрочнению ее идеализированного объекта, к пересмотру, изменению ее отдельных положений, вспомогательных гипотез и т. д. В отдельных случаях эти расхождения приводят ученых к отказу от теории и к замене ее новой теорией.

Обычно среди положений теории выделяют основные тезисы и категории понятий, по отношению к которым остальные утверждения и понятия являются либо логическими производными (выводятся из них), либо их уточнениями и дополнениями. Также и среди терминов теории выделяются специфические термины (связанные с ее предметом), причем некоторые из них выполняют роль ключевых понятий (иногда их называют центральными категориями данной теории), а остальные либо определяются с их помощью, либо вводятся для уточнения и дополнения системы понятий данной теории.

Если все положения теории логически выведены из ее основных тезисов, то такую теорию называют аксиоматической системой, потому, что ее основными положениями являются исходные тезисы, которые не доказываются на почве других утверждений системы, а сами служат для доказательства всех прочих утверждений.

Выделение аксиом связано также с признанием роли главных положений теории: не только первичных (так как все остальные из них выводятся), но и особенно важных. Совокупность аксиом дедуктивной системы называют аксиоматикой, а действия, направленные на представление определенной отрасли знаний в виде дедуктивной системы, — аксиоматизацией.

Создателями метода конструирования такой теоретической системы (аксиоматического метода) считаются Г. Фреге, Д. Пеано, а также Д. Хилберт (действующий во второй половине ХГХ в. и начале XX в.). Согласно установленным ими критериям, аксиоматизированная система должна отвечать следующим требованиям:

• § должны быть точно определены способы доказательства утверждений в пределах системы (ее формальные основы), то есть дедуктивные умозаключения, определяющие отношение следствия между выводом и принятыми посылками; одновременно должен быть определен перечень логических и математических терминов, необходимых для формулирования утверждений системы;
• § должны быть определены так называемые первичные термины теории;
• § каждый термин, используемый в аксиомах или утверждениях теории, должен быть либо одним из принятых логических или математических терминов, либо первичным термином, либо термином, который был предварительно определен с помощью первичных терминов теории (такой термин называют «вторичным»).

Аксиоматизируя научную теорию, стремятся отделить ее логическую структуру от интуитивных или эмпирических элементов, которые могут ассоциироваться с ее утверждениями. Эти элементы могут быть различными, в то время как логическую структуру теории составляют логические связи между ее утверждениями (которые заключаются в производности утверждений или в ее отсутствии — в этом последнем случае говорят о независимости утверждений), а также логические связи между ее специфическими терминами, то есть их взаимоопределяемость. Если нет возможности определить термины данной теории с помощью любых других ее терминов, то (так же, как и в случае отсутствия производности утверждений) говорят о независимости терминов.

До сформулирования метода аксиоматизации теории в его современном виде (то есть до конца ХГХ в.) аксиомы должны были быть неоспоримыми предложениями, то есть их истинность не могла вызывать никаких сомнений, они должны были быть внутренне очевидными. Это требование было опровержено Д. Хилбертом, который, исследуя аксиоматику евклидовой и неевклидовых геометрий, пришел к выводу, что аксиомы выполняют в математических системах роль неявных определений первичных терминов этих систем (то есть они ограничивают допустимые способы понимания этих терминов). Поэтому формальные системы, выводящиеся из различных аксиом, являются равноправными (при условии, что они внутренне не противоречивы), а при выборе аксиоматики специалисты могут руководствоваться различными (однако не произвольными) практическими критериями, такими как «коммуникативность» аксиом, заключающаяся в их «интуитивности» и «простоте», «ясность» взаимосвязей между аксиомами и независимость аксиоматики понимая ее не только как независимость любой аксиомы от остальных, но и как независимость каждого первичного термина).

Формалистическая модель научной теории привлекала внимание ученых-естествоведов и философов науки. Так как, с одной стороны, казалось, что она выполняет все формальные требования, предоставляющие возможность полного осуществления современного (начиная с Галилея) идеала науки, заключающегося в количественном (выраженном на языке математики) описании действительности, а с другой — открывала практически неограниченные возможности дальнейшего развития и совершенствования научного познания. Сформулирование первой полной системы математической логики, охватывающей и обобщающей все методы дедуктивных умозаключений, включая математику, а также революция в физике, совершающаяся в первые десятилетия XX в., как будто подтверждали эти ожидания и побуждали к изучению логических процессов, фактически используемых в разработке гипотез и теорий в области естественных наук, а также формальных требований, структуры, познавательного статуса и функций научных теорий.

Эти исследования привели к выводу, что теории эмпирических наук не отвечают формалистическому идеалу аксиоматизированной, строго дедуктивной системы. Они также привели к созданию так называемой «стандартной концепции научной теории» .