Методы анализа и построения научных теорий

Лекция 2.

Методы анализа и построения научных теорий

План

1. Методы анализа и построения теорий

2. Основные типы научных теорий

3. Цель, структура и функция теории

4. Построение теорий

Методы анализа и построения теорий

Необходимость в построении теории возникает из-за естественного стремления установить логическую связь между отдельными обобщениями, гипотезами и законами той или иной области исследования. На ранней стадии развития любой науки происходит накопление и анализ фактического материала, который приводит к установлению отдельных обобщений, гипотез и законов. Поскольку все эти формы знания выступают здесь обособленно, то подтверждение или опровержение любой из них не влияет на другие. Дальнейший прогресс науки характеризуется не только приведением в систему результатов ранее полученного знания, но и введением более глубоких понятий и принципов, открытием более фундаментальных и общих законов и гипотез, аксиом и постулатов, из которых стремятся логически вывести все ранее известное знание. В результате на зрелой стадии наука превращается в систему теорий, в рамках которых и происходит синтез научного знания.

Основные типы научных теорий

Научные теории можно классифицировать по самым различным признакам: объекту исследования, логической структуре, методу изучения, глубине анализа и т.д. Для наших целей наиболее существенной представляется классификация теорий с точки зрения их логической структуры, следовательно и методов, используемых для построения теорий. Такая классификация весьма далека от совершенства, но она может служить в качестве ориентира в последующих рассуждениях.

В естествознании и математике чаще всего имеют дело с четырьмя основными типами теорий: (1) содержательными теориями опытных наук; (2) гипотетико-дедуктивными, или полуаксиоматическими теориями естествознания; (3) аксиоматическими теориями математики и математического естествознания; (4) формализованными теориями математики и логики. Фундаментом естествознания и опытных наук служат теории, в которых систематизируются, обобщаются и объясняются факты определенной области действительности.

С помощью гипотез, законов и принципов теории удается не только объяснить факты уже известные, но и предсказать факты новые, неизвестные. Все эти теории с различной полнотой и глубиной обобщают и анализируют эмпирический материал и по этой причине могут быть названы опытными, содержательными или реальными теориями, хотя ни одно из этих названий не является безупречным. Квалифицируя подобные теории как опытные, обычно хотят подчеркнуть их отличие от абстрактных, или умозрительных теорий. Термин «содержательные теории» в принятой здесь классификации используется для того, чтобы отделить такие теории от формальных теорий математики и символической логики. Наконец, учитывая тесную связь многих из этих теорий с реальным миром опыта, иногда их называют реальными.

По своему уровню содержательные теории могут значительно отличаться друг от друга. Как известно, каждая наука начинает свое развитие с накопления необходимого количества фактов и выявления простейших эмпирических зависимостей между ними. Однако простая совокупность фактов и даже эмпирических законов не составляет еще теории. Уровень развития науки характеризуется не столько количеством найденных эмпирических данных, сколько установлением необходимых связей между ними, объединением их в рамках единой теоретической системы.

Систематизация, координация и в конечном итоге субординация научного материала представляют те необходимые этапы, через которые проходит в своем развитии любая зрелая наука. Уже на эмпирической стадии наряду с интенсивным накоплением новых фактов происходит и установление логических взаимосвязей между ними. Классификация и систематизация изучаемых явлений составляет первоначальный этап развития науки.

Все зрелые, развитые науки, как правило, сравнительно давно прошли этот этап. Можно, однако, указать на такие разделы естествознания, как биологическая систематика, таксономия, а также частично на географию, которые до настоящего времени ограничиваются описанием и классификацией изучаемых ими явлений. Но и здесь описание не носит случайный характер, а отличается систематичностью. Гораздо более развитыми являются теории эмпирической психологии и конкретной социологии, в особенности те разделы, которые опираются на модельные представления и математические методы.

Однако и этим теориям недостает широких обобщений, гипотез, принципов и законов, с помощью которых они могли бы объяснить накопленный эмпирический материал. Такое объяснение предполагает выявление логических взаимосвязей между имеющимися фактами, обобщениями, а самое главное — логический вывод эмпирически найденных результатов из небольшого числа основных принципов, законов и гипотез. Иначе говоря, на описательной и полуэмпирической стадии наука ограничивается координацией накопленного опытного материала. Дальнейший прогресс ее неизбежно связан с переходом от простой координации к субординация различных составных ее элементов.

Когда установлена субординация между различными суждениями теории, тогда, указывает Ф. Энгельс, одни формы суждений и умозаключений выводятся из других, а более высокие формы развиваются из нижестоящих.

Этот процесс лучше всего прослеживается на примере теорий, структуру которых можно представить с помощью гипотетико-дедуктивного или аксиоматического методов. Даже в теориях с менее четко выявленной структурой обычно стремятся сконцентрировать весь основной материал вокруг ядра теории, т.е. ее законов, принципов и исходных гипотез и допущений.

Теоретические законы вместе с исходными принципами и гипотезами представляют исходный пункт для логического развертывания любой достаточно развитой научной теории. Именно в них сконцентрированы потенциальные возможности теории по объяснению и предсказанию фактов. Поэтому содержательные теории нельзя считать чисто эмпирическими хотя бы потому, что они базируются не только на эмпирических, но и на теоретических законах. Наиболее глубокие теории естествознания, такие, как эволюционная теория Ч. Дарвина, условнорефлекторная теория высшей нервной деятельности И. П. Павлова и многие другие, опираются не только на огромный фактический материал, но и на широкие, смелые обобщения и идеи, с помощью которых весь накопленный материал подвергается рациональной обработке.

Такая обработка становится особенно необходимой на современной стадии научного познания, когда наука перешла к исследованию глубоких закономерностей мира мельчайших частиц материи, а также процессов, происходящих в глубинах космоса. Понятия, с которыми имеют дело в квантовой механике, теории «элементарных» частиц или в космологии, не имеют наглядного «эквивалента», как например понятия классической механики. Поэтому для их выражения прибегают к весьма абстрактным средствам и методам современной математики.

Использование аппарата математики и логики дает возможность лучше понять внутреннюю связь между различными элементами научной теории, уточняет ее структуру и значительно усиливает эффективность ее предсказаний. Однако применение математики к опытному материалу сопряжено с огрублением и схематизацией реальных явлений и процессов, созданием математических моделей, с помощью которых непосредственное исследование самих явлений в силу их сложности заменяется изучением соответствующих абстрактных систем.

В математической модели вместо реального предмета или процесса вводится идеальный, или абстрактный, объект с четко фиксированными свойствами. Отношения между свойствами описываются в точных логико-математических терминах, при этом стремятся, чтобы эти отношения соответствовали реальным взаимосвязям изучаемого предмета. Именно такое соответствие и определяет ценность используемой математической модели. Однако соответствие никогда не может быть полным, так как при математическом моделировании отвлекаются от ряда не существенных для исследуемой проблемы свойств и отношений.

В зависимости от уровня абстракции, используемой при обработке естественнонаучного материала, можно выделить по крайней мере три основных уровня теорий математического естествознания. К первому уровню обычно относят теории, которые представляют математическую модель индивидуального явления. Так, используя методы теории автоматов, можно построить математическую модель функционирования сердца. Такие теории занимают довольно скромное место в естествознании.

Математические методы в силу их абстрактности и вытекающей отсюда общности оказываются применимыми для описания целого ряда аналогичных по своей формальной структуре классов реальных явлений. Именно теории второго уровня абстрактности являются наиболее характерными для современного математического естествознания.

Так, всюду, где явления обладают определенными свойствами симметрии, к ним может быть применен математический аппарат теории групп. Методы классического математического анализа хорошо приспособлены для количественного изучения самых различных по своей конкретной природе непрерывных процессов.

Наконец, в теориях третьего уровня абстрактности формальный математический метод используется не только для количественного анализа явлений, но и для определенных способов обращения с абстрактными объектами самой теории. С такого рода теориями мы обычно встречаемся в основаниях математики и в математической логике.

Поскольку в математике исключается непосредственная апелляция к опыту, то первостепенное значение приобретают точность и строгость рассуждений, которая достигается посредством эксплицитного определения всех предположений и исходных допущений теории, а также строгого следования принятым правилам логического вывода. Математическая логика использует в этих целях метод формализации рассуждений, который дает возможность проследить правильность логических рассуждений, отсечь ссылки на разного рода неявные допущения, на интуицию и т.п. Аксиоматические и формализованные системы наилучшим образом подходят для решения указанной задачи, поэтому они и используются главным образом при решении проблем обоснования математики и логики.

Цель, структура и функция теории

Научная теория возникает как закономерный результат всей предшествующей познавательной деятельности. Поэтому она содержит в своем составе те элементы и формы, с которыми исследователь имел дело еще на эмпирической и начальной стадиях рационального познания.

Эмпирические факты, гипотезы и законы являются необходимыми элементами при построении теории, но в рамках ее они не остаются неизменными. Поскольку теория дает отображение исследуемого объекта в единстве и цельности, то отдельные понятия, утверждения и законы, которые с разных сторон характеризуют объект, должны быть объединены в систему. Для этого приходится некоторые обобщениями гипотезы подвергать рациональной обработке, вводить новые допущения, абстракции и идеализации. Это показывает, что возникновение теории означает не простой, количественный прирост наших знаний, а коренной, качественный рост их, переход к новому, более глубокому пониманию сущности изучаемых явлений. Необходимость в построении теории и отличие теории от других форм рационального познания станут более ясными, если подробней раскрыть ее задачи и роль в научном исследовании.

Хотя всякая наука начинается с накопления фактов и их обобщения, действительный ее прогресс происходит тогда, когда она переходит к построению теорий, с помощью которых все знания, известные в какой-либо отдельной области исследования, объединяются в единую систему. В такой системе стремятся большую часть знаний логически вывести из сравнительно небольшого числа исходных утверждений, которые в математике называют аксиомами, а в естествознании — гипотезами, принципами или законами.

В качестве исходных посылок для вывода могут быть взяты либо обобщения и гипотезы, уже известные в науке, либо — что бывает чаще всего — новые, более сильные гипотезы или принципы. Одна из важных задач построения теории в естественных науках состоит в том, чтобы получить найденные эмпирическим путем результаты как логические следствия некоторых исходных принципов или гипотез. Благодаря этому становится возможным контролировать и направлять процесс научного исследования. Располагая теорией, мы можем заранее сказать, какие эмпирические данные следует искать, при каких условиях их можно обнаружить. Иногда высказывается мнение, что открытие новых, интересных для науки фактов зависит исключительно от случая. Вряд ли можно с этим согласиться, так как при поиске новых фактов и даже планировании будущих наблюдений и экспериментов ученый руководствуется определенными теоретическими представлениями. Без соответствующей интерпретации сами факты останутся непонятыми, а поэтому и не могут быть обнаружены. Интерпретация предполагает обращение либо к существующей теории, либо к элементам вновь создаваемой теории. Кроме того, если некоторые факты, доступные непосредственному восприятию, можно случайно обнаружить без теории, то совершенно иначе обстоит дело с фактами, открытие которых требует использования специальных приборов и устройств. Объяснение объектов и явлений, непосредственно невоспринимаемых, в принципе невозможно без теории. Открытие радиоволн, генетического кода, античастиц и многих других явлений достаточно убедительно свидетельствует об этом.

Систематизация результатов научного исследования, которая достигается с помощью теории, дает возможность, во-первых, логически вывести то знание, которое было известно до построения теории; во-вторых, получить новое, ранее неизвестное знание и таким образом расширить границы познанного; в-третьих, углубить и уточнить существующие представления об исследуемой области действительности. Все эти особенности теории объясняются тем, что ее исходные положения — аксиомы, постулаты, гипотезы, законы и принципы — логически сильнее всех остальных ее утверждений. Вот почему построение теории не сводится к простой координации существующего знания, а обязательно предполагает использование более глубоких понятий, законов и принципов.

Классическая механика Ньютона, базирующаяся на трех основных законах движения и законе всемирного тяготения, смогла объяснить и уточнить галилеевский закон свободного падения тел и законы движения планет, установленные Кеплером. Действительно, в рамках ньютоновской теории закон свободного падения тел может рассматриваться как частный случай движения тела под действием гравитационной силы. Поскольку же гравитационная сила обратно пропорциональна расстоянию между телами, то формулировка Галилея справедлива лишь в определенных границах, а именно: только для случаев свободного падения тел вблизи земной поверхности, то есть когда путь падения значительно меньше радиуса Земли. Аналогично этому закон Кеплера об эллиптической орбите планеты, движущейся вокруг Солнца, не учитывает возмущающего влияния других планет и поэтому не является вполне точным.

Закон всемирного тяготения совместно с другими основными законами движения механики Ньютона позволяет количественно рассчитать возмущающее воздействие других планет и тем самым уточняет кеплеровский закон, показывая, что траектория планеты не является строго эллиптической. Такое уточнение и углубление существовавших ранее знаний способствовало открытию неизвестных, новых планет Солнечной системы. Создание сначала специальной, а затем общей теории относительности выявило, что и законы классической механики Ньютона справедливы лишь в определенных границах.

Так, второй основной закон движения — о пропорциональности ускорения действующей силе — верен только для движений, скорость которых значительно меньше скорости света. В условиях, когда эта скорость оказывается сравнимой со скоростью света (например, при движении частиц в ускорителях), приходится учитывать релятивистские эффекты. Такого рода примеры можно было бы привести и из других областей естествознания.

В целом более общая теория отличается от менее общей глубиной, а следовательно, логической «силой» своих исходных посылок: принципов, законов и гипотез. Вследствие этого менее общая теория может быть получена из более общей в качестве некоторого частного случая. Точнее говоря, математический аппарат менее общей теории представляет предельный случай более общей теории, когда некоторые переменные принимают определенные, фиксированные значения.

Построение теорий

Подлинно научная теория не только систематизирует, расширяет и углубляет наше знание, но и объясняет его. Как уже отмечалось, при объяснении фактов и явлений всегда обращаются к законам, которые управляют этими явлениями. Однако в науке законы выступают не обособленно, а в составе той или иной теории, поэтому подлинно научное объяснение в конечном итоге достигается лишь с помощью теории.

Отдельные эмпирические законы могут объяснить те или иные непосредственно наблюдаемые свойства и отношения явлений, но они не могут вскрыть их сущность, механизм протекания процессов. Вот почему для их объяснения обращаются к теоретическим законам. Рассматривая процесс вывода эмпирических законов из теоретических, мы сознательно упрощали дело, поскольку для такого вывода фактически используется не только один, обособленный теоретический закон, а вся совокупность идей теории.

В еще большей мере руководящая роль теории выступает при предсказании новых, ранее ненаблюдавшихся явлений. Многие из таких явлений без теории невозможно было бы обнаружить. Так, электромагнитная теория Д.К. Максвелла предсказала существование радиоволн, которые позже были экспериментально обнаружены Г. Герцем и впоследствии послужили основой для развития всей современной радиотехники. Общая теория относительности А. Эйнштейна предсказала отклонение светового луча в гравитационном поле и тем самым во многом способствовала признанию этой весьма сложной и абстрактной физической теории. Число подобных примеров можно было бы увеличить. Все они свидетельствуют о том, что предсказание новых, неизвестных явлений — важнейшая функция научной теории.

Объединение научного знания в единую систему, раскрытие логических взаимосвязей между различными положениями теории в значительной мере способствует повышению надежности знания. Об этом уже говорилось в главе четвертой при обсуждении специфики гипотетико-дедуктивного метода. Отдельные утверждения, эмпирические обобщения или законы подтверждаются только теми фактами, которые имеют к ним непосредственное отношение. Другими словами, когда эти факты могут быть выведены из обобщений или эмпирических законов, тогда их подтверждение служит доводом в пользу правильности сделанных обобщений. Будучи же включенными в состав теории, такие обобщения и законы косвенно подтверждаются теми следствиями, которые вытекают из других гипотез и законов, логически с ними связанных. Таким образом, если подтверждение отдельно взятого обобщения или закона ограничивается сравнительно небольшим числом фактов, то в составе теории эта область в принципе расширяется до границ, охватываемых теорией.

Являясь высшей формой организации научного знания, теория повышает уровень достоверности знания в такой степени, что ее результаты обычно считаются практически достоверными истинами. В данном случае речь идет о достаточно разработанных научных теориях, а не о простой системе логически взаимосвязанных гипотез. Каким бы путем ни была найдена или построена гипотеза, эта форма научного познания дает предположительное, вероятностное знание о мире. Правда, степень такой вероятности может изменяться в довольно широких пределах, начиная от ложности и кончая практической достоверностью.

Гипотеза дает первый, предварительный ответ на поставленную проблему, и поэтому степень ее вероятности обычно никогда не приближается к практической достоверности. Совершенно иначе обстоит дело с теорией, которая представляет завершение определенного цикла исследования, в ходе которого под влиянием опыта и практики происходит не только очищение и исправление отдельных гипотез, но и превращение некоторых из них в законы. Наконец, все ранее полученные и новые результаты в рамках теории связываются в единую систему, вследствие чего возрастает надежность и объективная истинность научного знания. Никакая теория не может, однако, исчерпывающим образом отобразить исследуемую область действительности и претендовать на истину в «последней инстанции». Движение познания происходит от истин неполных, приблизительных, относительных к истинам все более полным и исчерпывающим, дающим все более точное отображение реального мира.

Научное исследование начинается с непосредственного, чувственного познания конкретных предметов и явлений. Поскольку чувственное познание не дает понимания сущности явлений, то его результаты приходится подвергать переработке посредством мышления. Первый цикл познания начинается, таким образом, от познания чувственно конкретного в самой действительности и завершается абстрактным мышлением. Абстрагируясь от несущественных свойств и отношений, наука получает возможность выяснить наиболее глубокие, внутренние связи и отношения явлений, т.е. их сущность.

С помощью отдельных понятий, гипотез и законов отображаются те или иные стороны и отношения предметов и явлений. Такие абстракции представляют одностороннее знание. Вместо единой, связной, цельной картины явления они дают фрагментарное ее отображение. Чтобы перейти от абстрактного знания к конкретному, необходимо привести все полученные абстракции в определенную систему. Первым этапом на этом пути является их координация, т.е. установление взаимоотношения между различными понятиями, утверждениями, гипотезами и законами. Второй этап, который можно назвать субординацией знания, предполагает выделение наиболее глубоких и общих исходных абстракций и посылок, из которых в дальнейшем выводится все остальное знание чисто рациональным путем. Научная теория как раз и является той формой мышления, которая обеспечивает достижение единого, синтетического знания и поэтому выступает как результат перехода от абстрактного знания к конкретному.

Суть метода восхождения от абстрактного к конкретному К. Маркс характеризует следующим образом: «Конкретное потому конкретно, что оно есть синтез многих определений, следовательно, единство многообразного. В мышлении оно поэтому выступает как процесс синтеза, как результат, а не как исходный пункт, хотя оно представляет действительный исходный пункт и, вследствие этого, также исходный пункт созерцания и представления. На первом пути полное представление испаряется до степени абстрактного определения, на втором пути абстрактные определения ведут к воспроизведению конкретного посредством мышления».

Конкретизация знания достигается в известной мере уже при установлении законов науки, но синтез многочисленных эмпирических фактов и обобщений требует введения дальнейших абстракций, приведения их в систему, что наиболее полно осуществляется в рамках теории.

Следует также иметь в виду, что никакая научная теория не отображает всей конкретности исследуемой ею области действительности. Переход от отдельных гипотез и законов к теории, уточнение и обобщение полученной теории, объединение и синтез различных теорий в рамках научных дисциплин, интеграция разных наук представляют последовательные этапы, которые проходит научное познание на пути к достижению все более полного и конкретного знания об окружающем нас мире.

Гипотетико-дедуктивный метод настолько широко используется для анализа и построения теорий в естествознании и опытных науках, что многие специалисты по логике и методологии науки считают сами эти науки гипотетико-дедуктивными системами. Одним из видных защитников указанного метода является Р. Брейтвейт, посвятивший его анализу книгу «Научное объяснение», в которой гипотетико-дедуктивные системы полностью отождествляет с фактуальными науками вообще. Даже сам процесс научного исследования он замыкает рамками гипотетико-дедуктивного метода. «Стало почти тривиальным утверждать, пишет Брейтвейт, что в каждой науке процесс исследования состоит в выдвижении гипотез большей или меньшей общности, из которых могут быть выведены следствия, поддающиеся проверке с помощью наблюдения и эксперимента». Однако процесс исследования не начинается сразу с выдвижения гипотезы, так же как не завершается проверкой ее следствий. Равным образом нельзя все многообразие существующих в науке теорий сводить к гипотетико-дедуктивным системам, а любую теорию рассматривать как «дедуктивную систему, в которой наблюдаемые следствия логически вытекают из конъюнкции гипотез и наблюдаемых данных».

М. Бунге рассматривает теорию как «совокупность гипотез, каждая из которых либо представляет первоначальное предположение, либо логически вытекает из других гипотез». Он хотя и подчеркивает открытый характер научной теории, тем не менее также преувеличивает гипотетический момент в ее формировании. При гипотетико-дедуктивном методе построения научной теории гипотезы различной логической силы объединяются в единую дедуктивную систему, в которой гипотезы логически менее сильные выводятся, или дедуцируются, из гипотез более сильных. Иными словами, ,гипотетико-дедуктивная система может рассматриваться как иерархия гипотез, логическая сила и общность которых увеличивается по мере удаления от эмпирического базиса.

На самом верху такой системы располагаются гипотезы, при формулировании которых используются весьма общие и абстрактные теоретические понятия. Поэтому такие гипотезы не могут быть непосредственно сопоставлены с данными опыта. На самом низу системы находятся гипотезы, связь которых с опытом довольно очевидна.

С современной точки зрения гипотетико-дедуктивные теории по своей логической структуре можно рассматривать как интерпретированные аксиоматические системы, подобные, например, содержательной аксиоматике геометрии Евклида. Для этого следует принять в качестве аксиом наиболее сильные гипотезы, а все их следствия считать теоремами. Хотя с чисто логической точки зрения довольно трудно возражать против такого подхода, все же гипотетико-дедуктивная модель хорошо выявляет некоторые специфические особенности дедуктивного построения опытного знания, от которых совершенно отвлекаются при аксиоматизации математических теорий.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: