48. Основные структуры научного знания. Научное понятие. Научный закон. Объяснение и предскание
48. Основание науки (идеалы и нормы познания, характерные для данной эпохи и данной области знания, научной картины мира, философские основания).
Наука как особый вид деятельности, направлена на фактическое выверенное и логически упорядоченное познание предметов и процессов окружающей действительности. Она помещена в поле целеполагания и принятия решений, выбора и признания ответственности, истинности, стремится быть нейтральной по отношению к идеологии и политическим приоритетам.
Рассмотрев основные составляющие структуры научного знания, можно утверждать, что мы будем иметь состоявшуюся в собственном смысле науку лишь тогда, когда сможем установить принципы, основания, идеалы и нормы исследования.
В наше время помимо общественных, естественных, технических наук различают также науку фундаментальную и прикладную, теоретическую и экспериментальную. Говорят о большой науке, ее твердом ядре, о науке переднего края. Теперь наука развивается по принципу глубокой специализации, а также на стыках междисциплинарных областей, что свидетельствует о ее интеграции. В общем, дифференциация и интеграция- одна из закономерностей развития науки.
Остановимся на основаниях науки. Все научные знания, несмотря на их многодисциплинарную дифференциацию, отвечают определенным стандартам, имеют четко выраженные основания. В качестве таких оснований принято выделять: научную картину мира, идеалы, нормы познания, характерные для данной эпохи и конкретизированные применительно к специфике исследуемой области, научной картины мира. Сюда относятся и ф]мософские основания^^
Проблема оснований науки содержит центральный пункт, заключающийся в том, что научный професс совершается непрерывно. В этом состоит кумулятивная модель развития науки. Это обусловливает ускоренное развитие науки, как ее закономерность. Однако развитие науки, как показывает ее история, предполагает ломку и смену основании науки, что находит выражение в антикумулятивной модели ее развития. Следствием этого является тезис о несоизмеримости теорий, когда сменяющие друг друга теории не связываются логически, а используют разнообразные принципы и способы обоснования. Другими словами, говоря о непрерывности развития науки, надо иметь в виду и дискретность, прерывность в научном процессе. Нельзя представлять себе развитие науки как линейное количественное расширение совокупного знания путем простого прибавления к нему новых истин. Важны процедуры выбора оснований науки, где есть опора на социальные и психологические предпочтения. Это происходит тогда, когда научное сообщество пребывает в виде разобщенных, исповедующих несогласующиеся принципы фуппировок, не вникающих в доводы оппонентов.
В наше время философы науки на западе кладут в основание науки различные модели, к их числу относятся конвенциализм Пуанкаре, анализ протокольных предложений Венского кружка Л. Витгенштейна и М. Шлика, личностное знание М. Полани, психофизика Э. Маха, эволю-
^" ционная эпистемология Ст. Тулмина, парадигма Т. Куна, научно-исследовательская профамма И. Лакатоса, тематический анализ Дж. Холтона, анархический плюрализм П. К. Фейерабенда.
Часть из этих оснований науки уже рассматривалась. Но есть резон несколько подробнее остановиться на наиболее популярных (и значимых). Отметим конвенциализм французского математика, физика и методолога науки А. Пуанкаре (1854-1912). Его методологическая профамма провозглашает в качестве основания науки соглашения между учеными. Основывается это соглашение на соображениях простоты, удобства, не связанные непосредственно с критериями истинности. Возникло та(сое основание из сопоставления различных систем аксиом геометрий Эв/с-лида, Лобачевского, Римана. Каждая из них согласовалась с опытом, получила признание и положена в основание физического миропостижения. Важным критерием при выявлении основания науки А. Пуанкаре считает языковые соглашения и объективность достижений ученых, их полезность и необходимость. Для него объективность означает общезначимость^"". Высоко ставил Пуанкаре роль интуиции в познании. Но все же свои основные идеи Пуанкаре обосновывал, используя доказательную базу математики, классической механики, термодинамики и электродинамики.
Для фуппы философов науки-представителей Венского кружка {Л. Витгенштейн, М. Шли, Р. Карнап и др.) основанием научного познания считалась фиксация «непосредственно данного». Они выражают чистый чувственный опыт субъекта и нейтральность ко всему остальному знанию. Для них присуще требование признания гносеологической первичности результатов наблюдения. В основание научного знания было положено обобщение и уплотнение чувственно-данного. Все подлинно научное должно быть редущфованно (сведено) к «чувственно-данному». Отсюда формулируется принцип верификации- опытная проверка всех приобретенных знаний. Значительное место в их исследованиях занимает логический анализ языка науки. Речь идет о том, чтобы изгнать из языка науки все «псевдонаучные утверждения, к которым причислялись не только двусмысленности обыденного языка, но и философские суждения.
В настоящее время в философских публикациях широко освещается деятельность К. Поппера. Он выступил с концепцией критического рационализма, утверждает, что в фундаменте оснований науки находится гипотетико-дедуктивная модель роста знания.
Понятия в широком смысле и научные понятия
Различают понятия в широком смысле и научные понятия. Первые формально выделяют общие (сходные) признаки предметов и явлений и закрепляют их в словах. Научные понятия отражают существенные и необходимые признаки, а слова и знаки (формулы), их выражающие, являются научными терминами . В понятии выделяют его содержание и объём . Совокупность предметов, обобщённых в понятии, называется объёмом понятия, а совокупность существенных признаков, по которым обобщаются и выделяются предметы в понятии, - его содержанием. Так, например, содержанием понятия «параллелограмм » является геометрическая фигура , плоская, замкнутая, ограниченная четырьмя прямыми, имеющая взаимно параллельные стороны, а объёмом - множество всех возможных параллелограммов. Развитие понятия предполагает изменение его объёма и содержания.
Научный закон - утверждение устойчивой взаимосвязи между определенными явлениями, неоднократно экспериментально подтвержденное и принятое в качестве истинного для данной сферы реальности.
Объяснение
Объяснение - этап научного исследования, состоящий: - в раскрытии необходимых и существенных взаимозависимостей явлений или процессов; - в построении теории и выявлении закона или совокупности законов, которым подчиняются эти явления или процессы.
Основные структуры научного знания. Научное понятие. Научный закон. Объяснение и предсказание.
Структура эмпирического знания
Научные наблюдения и их особенности:
Наблюдение в науке отличается от обыденного или случайного, тем, что представляет собой целенаправленное, систематическое и организованное восприятие изучаемых предметов и явлений. Связь наблюдения и чувственного познания очевидна.
Наблюдение над собой – интроспекция.
Исследователь не только фиксирует факты, но и целенаправленно ищет их.
Научные наблюдения имеют систематический и упорядоченный характер.
Наблюдения в науке характеризуются также своей целенаправленностью.
Интерсубъективность – результаты наблюдений должны быть воспроизводимы любым другим исследователем и не зависеть от личности субъекта. Иначе велика ошибочность из-за субъектности органов чувств.
Интерпретация данных наблюдения.
1) данные должны быть освобождены от различных наслоений и субъективных впечатлений, т.к. науку интересуют только объективные факты.
2) в качестве данных в науку входят не просто ощущения и восприятия, а результаты их рациональной переработки, включающей стандартизацию данных наблюдения с помощью статистической теории ошибок и осмысления данных в рамках соответствующей теории. Таблицы, графики и диаграммы.
3) подлинная интерпретация данных наблюдения в терминах соответствующей теории проводится тогда, когда они начинают применяться в качестве свидетельств для подтверждения ил опровержения тех или иных гипотез. Релевантность данных к проверяемой гипотезе – возможность или подтвердить ее, или опровергнуть.
Эксперимент как важнейший способ эмпирического познания.
В отличие от наблюдения ученый, когда ставит эксперимент, то сознательно вмешивается в ход процесса, чтобы получить точные и надежные результаты.
Характерная особенность эксперимента состоит в том, что он обеспечивает возможность активного практического воздействия на изучаемые процессы и явления.
Исследователь может изолировать исследуемые явления от некоторых внешних факторов, либо изменить некоторые условия.
Идея эксперимента, план его проведения и интерпретация результатов в гораздо большей степени зависят от теории, чем поиск и интерпретация данных наблюдения.
Эксперимент – это правильно поставленный вопрос природе.
Структура эксперимента:
Цель эксперимента
Контроль над его проведением
Интерпретация полученных данных и статистическая обработка.
Необходимо правильные планирование и интерпретация результатов эксперимента.
Структура и методы теоретического знания.
Абстрагирование и идеализация – начало теоретического познания.
Абстракции возникают на аналитической стадии исследования, когда начинают рассматривать отдельные стороны, свойства и элементы единого процесса.. В результате образуются отдельные понятия и категории, которые служат для формулирования суждений, гипотез и законов.
Абстракция (выделение, отвлечение и отделение) помогает отвлечься от некоторых несущественных и второстепенных в определенном отношении свойств и особенностей изучаемых явлений и выделить свойства существенные и определяющие.
Виды абстракции:
Абстракция отождествления – у явлений одного класса выделяется общее свойство, от всех других свойств отвлекаются.
Изолирующая абстракция – отвлечение некоторых свойств предметов и рассмотрение их как индивидуальных самостоятельных объектов. Свойство рассматривается как объект.
Абстракция потенциальной осуществимости – отвлекаются от реальной возможности построения тех ил иных математических объектов и допускают осуществимость построения следующего объекта при наличии достаточного времени, пространства, материалов.
Идеализация – представляет собой предельный переход от реально существующих свойств явлений к свойствам идеальным (идеальный газ).
Факты. Любое научное исследование опирается на факты, но они настолько многочисленны, что без их анализа, классификации и обобщения невозможно не только предвидеть тенденции развития явлений и процессов реальной жизни, но и просто разобраться в них. Позволяют формировать эмпирическую модель.
Гипотеза – определенное предположение (догадка), формулируемая исследователем на основе эмпирической модели с использованием интеллектуального потенциала самого исследователя.
Создаются для пробного решения возникающих в науке проблем и имеют вероятный характер.
Требования, предъявляемые к гипотезам:
1) Релевантность (уместность, отношение к делу) гипотезы – характеризует отношение гипотезы к фактам, на которых она основывается. Если они подтверждают или опровергают гипотезу – она считается релевантной к ним.
2) Проверяемость гипотезы – возможность сопоставления ее следствий с результатами наблюдений и экспериментов. Должна быть принципиальная возможность такой проверки. Но существуют непроверяемые гипотезы: или крайняя форма абстракции или отсутствие существующих в науке средств наблюдения.
3) Совместимость гипотез с уже существующим научным знанием. – принцип вытекает из общеметодологического принципа преемственности в развитии научного познания.
4) Объяснительная и предсказательная сила гипотез. Из двух гипотез большей объяснительной силой будет обладать та гипотеза, из которой выводится большее количество следствий, подтверждаемых фактами.
5) Доминирующим является критерий простоты гипотез. Из двух одинаковых гипотез преобладает та, которая отличается своей наибольшей простотой.
Объяснение важнейшая познавательная процедура. Ее главная цель - выявление сущности изучаемого предмета, подведение его под закон с выявлением причин и условий, источников его развития и механизмов их действия. Объяснение обычно тесно связано с описанием и составляет основу для научного предвидения. Поэтому в самом общем виде объяснением можно назвать подведение конкретного факта или явления под некоторое обобщение (закон и причину прежде всего). Раскрывая сущность объекта, объяснение также способствует уточнению и развитию знаний, которые используются в качестве основания объяснения. Таким образом, решение объяснительных задач - важнейший стимул развития научного знания и его концептуального аппарата.
Объяснительная функция - выявление причинных и иных зависимостей, многообразия связей данного явления, его существенных характеристик, законов его происхождения и развития, и т.п.
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. Предсказание о будущем состоянии явлений (в отличие от тех, которые существуют, но пока не выявлены) называют научным предвидением.
Научные законы – регулярные, повторяющиеся связи или отношения между явлениями или процессами реального мира.
2 вида научных законов:
1)Универсальные и частные законы .
Универсальными принято называть законы, которые отображают всеобщий, необходимый, строго повторяющийся и устойчивый характер регулярной связи между явлениями и процессами объективного мира. «Все тела при нагревании расширяются».
Частные, или экзистенциальные , законы представляют собой либо законы, выведенные из универсальных законов, либо законы, отображающие регулярности случайных массовых событий. Например, все металлы расширяются. Также отличаются от универсальных тем, что перед импликацией стоит экзистенциальный квантор или квантор существования.
Многие люди считают, что, если ученые нашли доказательства, поддерживающие гипотезу, она «прокачивается» до теории, а если теория оказывается верной, она становится законом. Однако это так не работает. Факты, теории, гипотезы и законы - разные части научного метода. Они могут развиваться, но переходить одно в другое - нет. Поговорим о всей четверке и постараемся понять, какое место в этом квартете занимает научный закон.
Что такое научный закон?
Если в общем, то научный закон - это описание наблюдаемого явления. Он не объясняет, почему это явление существует и что его вызывает. Объяснение - это уже научная теория, и все, кто думает, что теория по логике должна переходить в закон, глубоко заблуждаются.
«В науке законы - это точка старта, - говорит доцент биологии и биоинженерии из Технологического института Роуз-Халман Питер Коппингер. - Отсюда ученые могут задавать свои как и почему».
Научный закон, гипотеза, теория и факт
Опираясь на данные Калифорнийского университета, для начала разграничим «четырех всадников» научного метода.
- Факт. Заявления, которые возможны только после прямого наблюдения. Например, у меня за окном стоит 20 деревьев. Просто и доказуемо.
- Гипотеза. Это не просто догадка или предположение, а намного больше. Дело в том, что гипотеза строится на предыдущем опыте, научном знании, наблюдениях и логике. Гипотеза - это, скорее, объяснение явления, а не догадка. «Столовая соль будет растворяться в воде быстрее, чем каменная» - еще не гипотеза. «Размер площади субстанции влияет на скорость растворения: большая площадь ведет к ускорению процесса растворения» - вот это уже ближе к гипотезе, т.к. есть объяснение, почему так происходит. После этого гипотезу можно проверить, провернув то же самое, например, с сахаром. Если сахарная пудра растворится быстрее сахарного песка - гипотеза получит подтверждение. Конечно, подтверждение должно быть не одно.
- Теория. Это объяснение широкого спектра явлений. Обычно они кратки (не включают большого списка исключений и специальных правил), последовательны, систематичны и могут быть использованы для предсказания целого ряда различных ситуаций. Теория с большой охотой принимается научным сообществом, если она подтверждена разными способами доказательства. Конечно, даже самые монументальные теории можно пошатнуть новыми доказательствами.
- Закон. Научный закон, в отличие от обычного, не является неоспоримым и может иметь исключения. Как и другие виды научного знания, он может быть опровергнут. Обычно это обобщение информации, описание в компактном формате, которое помогает нам строить ожидания от той или иной ситуации. В отдельных случаях закон может быть похож на факт, но тут проводится незамысловатая черта. «За окном растет 5 деревьев» - факт, «яблоко падает с дерева вниз, а не вверх» - закон. Разница в том, что закон справедлив для конкретных обстоятельств, он является описанием взаимодействия двух и более вещей. Из-за силы притяжения яблоко падает вниз. Переносим ситуацию в вакуум и закон более не применим. А деревья как росли за окном, так и растут. Или не растут, что тоже не более чем факт.
Разнообразие научных законов
Некоторые законы устанавливают связи между наблюдаемыми феноменами. Например, уравнение состояния идеального газа описывает, как давление, молярный объем и абсолютная температура идеального газа зависят друг от друга. Другие законы имеют дело с явлениями, которые вообще нельзя непосредственно наблюдать. Так, второй закон термодинамики связан с понятием энтропии, которую нельзя наблюдать, так же, как объем или давление. Есть законы, которые предлагают более механистическое объяснение того или иного феномена. К примеру, первый закон Менделя - «При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей». Он наглядно объясняет и унифицирует определенные принципы передачи наследственных признаков.
На примерах о различии теории и закона
Хотя и научные законы, и научные теории опираются на обширную базу эмпирический данных, принятых в научном сообществе, и способствуют ее унификации, это не одно и то же.
«Закон - это описание (зачастую математическое) естественных явлений. Например, закон всемирного тяготения Ньютона или закон независимого наследования Менделя. Они описывают явление, но не объясняют, почему так происходит», - говорит Коппингер.
Закон всемирного тяготения был открыт в XVII в. Он математически объясняет, как два тела во Вселенной взаимодействуют друг с другом. Однако ньютоновский закон не объясняет, что такое гравитация или как она работает. Три века спустя с этим справился Альберт Эйнштейн, разработав теорию относительности. Только после этого ученые действительно начали понимать, что же это за гравитация такая и как же она все-таки работает.
Другой пример различия между законом и теорией рассмотрим на третьем законе Грегора Менделя: «При скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях». «Мендель не знал ничего о ДНК или хромосомах. Биохимическое объяснение его закона появилось спустя сотню лет вместе с их открытием. Хромосомная теория наследственности используется для объяснения этого закона по сей день (а это уже более 100 лет - прим. ред.)», - говорит Коппингер.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
«Научный закон есть высказывание (утверждение, суждение, предложение), обладающее такими признаками:
1) оно истинно лишь при определённых условиях;
2) при этих условиях оно истинно всегда и везде без каких бы то ни было исключений (исключение из закона, подтверждающее закон, - это диалектическая бессмыслица);
3) условия, при которых истинно такое высказывание, никогда не реализуются в действительности полностью, но лишь частично и приблизительно.
Потому нельзя буквально говорить, что научные законы обнаруживаются в изучаемой действительности (открываются). Они выдумываются (изобретаются) на основе изучения опытных данных с таким расчётом, чтобы их потом можно было использовать в получении новых суждений из данных суждений о действительности (в том числе - для предсказаний) чисто логическим путём. Сами по себе научные законы нельзя подтвердить и нельзя опровергнуть опытным путем. Их можно оправдать или нет в зависимости оттого, насколько хорошо или плохо они выполняют указанную выше роль.
Возьмём, например, такое утверждение: «Если в одном учреждении человеку за ту же работу платят больше, чем в другом учреждении, то человек поступит работать в первое из них при том условии, что для него работа в этих учреждениях не различается ничем, кроме зарплаты». Часть фразы после слов «при том условии» фиксирует условие закона. Очевидно, что работ, одинаковых во всём, кроме зарплаты, не бывает. Бывает лишь некоторое приближение к этому идеалу с точки зрения того или иного человека. Если встречаются случаи, когда человек поступает на работу в учреждение, где меньше зарплата, то они не опровергают рассматриваемое утверждение. В таких случаях, очевидно, не выполнено условие закона. Может даже случиться так, что в наблюдаемой действительности люди всегда выбирают работу в учреждениях с менее высокой оплатой. И это нельзя истолковывать как показатель ошибочности нашего утверждения. Это может происходить по той причине, что в таких учреждениях более приемлемы другие обстоятельства труда (например, короче рабочий день, меньше нагрузка, есть возможность заниматься какими-то своими делами), В такой ситуации рассматриваемое утверждение может быть исключено из числа научных законов как неработающее, ненужное.
Из сказанного должно быть ясно, что нельзя считать научным законом утверждение, просто обобщающее результаты наблюдений.
Например, человек, которому пришлось походить по инстанциям и наблюдать начальников разного типа, может сделать вывод: «Все начальники хапуги и карьеристы». Это утверждение может оказаться верным или неверным. Но оно не есть научный закон, ибо не указаны условия. Если условия любые или безразличны, это частный случай условий, и это должно быть указано. Но если условия безразличны, то любая ситуация даст пример полностью реализуемых условий такого рода, и применить понятие научного закона к этому случаю нельзя.
Обычно в качестве условий фиксируют те условия и упомянутом выше смысле, а лишь какие-то конкретные явления, которые на самом деле можно наблюдать. Возьмём, например, такое утверждение: «В случае массового производства продукции качество её снижается при том условии, что имеет место бездарное руководство данной отраслью производства, отсутствует личная ответственность за качество и личная заинтересованность в сохранении качества». Здесь условие сформулировано так, что можно привести примеры таких условий в действительности. И не исключена возможность случаев, когда массовое производство продукции бывает связано с повышением её качества, ибо действуют какие-то другие сильные причины, не указанные в условии. Такого рода утверждения научными законами не являются. Это - просто общие утверждения, которые могут быть истинными или ложными, могут подтверждаться примерами и опровергаться ими.
Говоря о научных законах, надо различать то, что называют законами самих вещей, и утверждения людей об этих законах.
Тонкость этого различения состоит в том, что мы знаем о законах вещей, лишь формулируя какие-то утверждения, а законы науки воспринимаем как описание законов вещей. Однако различение здесь можно провести достаточно просто и ясно. Законы вещей могут быть писаны самыми различными языковыми средствами, в том числе утверждениями типа «Все мужчины обманщики», «Щёлкни кобылу в нос, она махнет хвостом» и т.п., которые научными законами не являются. Если в научном законе отделить основную его часть от описания условий, то эта основная часть может быть истолкована как фиксирование закона вещей. И в этом смысле научные законы суть утверждения о законах вещей.
Но выделение научных законов как особых языковых форм есть совсем иная ориентация внимания сравнительно с вопросом о законах вещей и их отражения. Сходство фразеологии и кажущиеся совпадения проблематики создают здесь сложности, совершенно неадекватные банальности самой сути дела.
Различая научные законы и законы вещей, надо, очевидно, различать и следствия тех и других. Следствия первых суть утверждения, выводимые по общим или специальным (принятым только в данной науке) правилам из них. И они также суть научные законы (хотя и производные по отношению к тем, из которых они выводятся). Например, можно построить социологическую теорию, в которой из некоторых постулатов о стремлении индивида к безответственности за свои поступки перед другими индивидами, находящимися с ним в отношении содружества, будут выводиться утверждения о тенденции индивидов к ненадёжности (не держать данное слово, не хранить чужую тайну, разбазаривать чужое время).
Следствием же законов вещей, фиксируемых законами науки, являются не законы вещей, а те или иные факты самой действительности, к которой относятся научные законы. Возьмем, например, закон, согласно которому имеет место тенденция назначать на руководящие посты не самых умных и талантливых людей, а самых посредственных и среднеглупых, но зато угодных начальству по иным параметрам и имеющих подходящие связи. Следствием его является то, что в некоторой сфере деятельности (например, в исследовательских учреждениях, в учебных заведениях, в управленческих организациях искусства и т.п.) руководящие посты в большинстве случаев (или по крайней мере часто) занимают люди глупые и бездарные с точки зрения интересов дела, но хитрые и изворотливые с точки зрения интересов карьеры.
Люди на каждом шагу сталкиваются со следствиями действия социальных законов. Некоторые из них субъективно воспринимаются как случайности (хотя строго логически понятие случайности тут вообще не применимо), некоторые вызывают удивление, хотя происходят регулярно. Кому не приходилось слышать и даже самому говорить по поводу назначения некоторого лица на руководящий пост: как могли такого негодяя назначить на такой ответственный пост, как могли такому кретину поручить такое дело и т.п. Но удивляться следовало бы не этим фактам, а тем, когда на руководящие посты попадают умные, честные и талантливые люди. Это действительно отклонение от закона. Но тоже не случайность. Не случайность не в том смысле, что это закономерно, а в том смысле, что понятие случайности здесь опять-таки неприменимо. Кстати сказать, выражение «ответственный пост» есть нелепость, ибо все посты безответственны, или имеет смысл лишь указание на высокий ранг поста».
Зиновьев А.А., Зияющие высоты / Собрание сочинений в 10-ти томах, Том 1, М., «Центрполиграф», 2000 г., с. 42-45.
План:
1. Законы и их роль в научном исследовании
2. Логико-гносеологический анализ понятия «научный закон»
3. Эмпирические и теоретические законы
4. Динамические и статистические законы
5. Методы эмпирического исследования
5.1 Наблюдение
5.1.1 Основные функции наблюдения
5.2 Эксперимент
6. Гипотеза и индуктивные методы исследования
6.1 Гипотеза как форма научного познания
6.2 Гипотетико-дедуктивный метод
6.3 Математическая гипотеза
7. Роль законов в научном объяснении и предсказании
8. Общая структура научного объяснения
8.1 Дедуктивная модель научного объяснения
8.2 Индуктивная модель объяснения
8.3 Научное предсказание
1. Законы и их роль в научном исследовании.
Открытие и формулировка законов составляет важнейшую цель научного исследования: именно с помощью законов выражаются существенные связи и отношения предметов и явлений объективного мира.
Все предметы и явления реального мира находятся в вечном процессе изменения и движения. Там, где на поверхности эти изменения кажутся случайными, не связанными друг с другом, наука вскрывает глубокие, внутренние связи, в которых отражаются устойчивые, повторяющиеся, инвариантные отношения между явлениями. Опираясь на законы, наука получает возможность не только объяснять существующие факты и события, но и предсказывать новые. Без этого немыслима сознательная, целенаправленная практическая деятельность.
Путь к закону лежит через гипотезу. Действительно, чтобы установить существенные связи между явлениями, мало одних наблюдений и экспериментов. С их помощью мы можем обнаружить лишь зависимости между эмпирически наблюдаемыми свойствами и характеристиками явлений. Таким путем могут быть открыты только сравнительно простые, так называемые эмпирические законы. Более глубокие научные или теоретические законы относятся к ненаблюдаемым объектам. Такие законы содержат в своем составе понятия, которые нельзя ни непосредственно получить из опыта, ни проверить на опыте. Поэтому открытие теоретических законов неизбежно связано с обращением к гипотезе, с помощью которой пытаются нащупать искомую закономерность. Перебрав множество различных гипотез, ученый может найти такую, которая хорошо подтверждается всеми известными ему фактами. Поэтому в самой предварительной форме закон можно охарактеризовать как хорошо подтвержденную гипотезу.
В своих поисках закона исследователь руководствуется определенной стратегией. Он стремится найти такую теоретическую схему или идеализированную ситуацию, с помощью которой он смог бы в чистом виде представить найденную им закономерность. Иными словами, чтобы сформулировать закон науки, необходимо абстрагироваться от всех несущественных связей и отношений изучаемой объективной действительности и выделить лишь связи существенные, повторяющиеся, необходимые.
Процесс постижения закона, как и процесс познания в целом, идет от истин неполных, относительных, ограниченных к истинам все более полным, конкретным, абсолютным. Это означает, что в процессе научного познания ученые выделяют все более глубокие и существенные связи реальной действительности.
Второй существенный момент, который связан с пониманием законов науки, относится к определению их места в общей системе теоретического знания. Законы составляют ядро любой научной теории. Правильно понять роль и значение закона можно лишь в рамках определенной научной теории или системы, где ясно видна логическая связь между различными законами, их применение в построении дальнейших выводов теории, характер связи с эмпирическими данными. Как правило, всякий вновь открытый закон ученые стремятся включить в некоторую систему теоретического знания, связать его с другими, известными уже законами. Это заставляет исследователя постоянно анализировать законы в контексте более широкой теоретической системы.
Поиски отдельных, изолированных законов в лучшем случае характеризуют неразвитую, дотеоретическую стадию формирования науки. В современной, развитой науке закон выступает как составной элемент научной теории, отображающей с помощью системы понятий, принципов, гипотез и законов более широкий фрагмент действительности, чем отдельный закон. В свою очередь система научных теорий и дисциплин стремится отобразить единство и связь, существующую в реальной картине мира.
2. Логико-гносеологический анализ понятия «научный закон»
Выяснив объективное содержание категории закона, необходимо ближе и конкретнее рассмотреть содержание и форму самого понятия «научный закон». Предварительно мы определили научный закон как хорошо подтвержденную гипотезу. Но не всякая хорошо подтвержденная гипотеза служит законом. Подчеркивая тесную связь гипотезы с законом, мы хотим прежде всего указать на решающую роль гипотезы в поисках и открытии законов науки.
В опытных науках не существует другого пути открытия законов, кроме постоянного выдвижения и проверки гипотез. В процессе научного исследования гипотезы, противоречащие эмпирическим данным, отбрасываются, а те, которые обладают меньшей степенью подтверждения, заменяются гипотезами, имеющими более высокую степень. При этом увеличение степени подтверждения в значительной мере зависит от того, может ли быть гипотеза включена в систему теоретического знания. Тогда о надежности гипотезы можно судить не только по тем эмпирически проверяемым следствиям, которые из нее непосредственно вытекают, но и по следствиям других гипотез, которые в рамках теории логически с ней связаны.
В качестве примера можно показать, как с помощью гипотетико-дедуктивного метода Галилей открыл закон свободного падения тел. Вначале он, как и многие его предшественники, исходил из интуитивно более очевидной гипотезы, что скорость падения пропорциональна пройденному пути. Однако следствия из этой гипотезы противоречили эмпирическим данным, и поэтому Галилей вынужден был отказаться от нее. Ему потребовалось около трех десятков лет, чтобы найти гипотезу, следствия которой хорошо подтверждались на опыте. Чтобы прийти к верной гипотезе, Кеплеру пришлось проанализировать девятнадцать различных предположений о геометрической орбите Марса. Вначале он исходил из простейшей гипотезы, согласно которой эта орбита имеет форму круга, но такое предположение не подтверждалось данными астрономических наблюдений. В принципе таков общий путь открытия закона. Ученый редко сразу находит верную идею. Начиная с простейших гипотез, он постоянно вносит в них коррективы и вновь проверяет их на опыте. В науках, где возможна математическая обработка результатов наблюдений и экспериментов, такая проверка осуществляется путем сравнения теоретически вычисленных значений с фактическими результатами измерений. Именно таким путем Галилей смог убедиться в правильности своей гипотезы и окончательно сформулировать ее в виде закона свободного падения тел. Этот закон, как и многие другие законы теоретического естествознания, представлен в математической форме, что значительно облегчает его проверку и делает легко обозримой связь между величинами, которую он выражает. Поэтому мы воспользуемся им для того, чтобы уточнить понятие закона, которое по крайней мере используется в наиболее развитых отраслях современного естествознания.
Закон — знание о повторяющихся и необходимых связях между частными объектами или явлениями.
Универсальность — максимальная степень общности.
Связи имеют место при наличии определённых условий. Если условий для действия закона нет, то закон перестает функционировать. То есть он не является безусловным.
Не все универсальные предложения являются законами. Американский философ и логик Нельсон Гуднен предложил в качестве критерия номологичности выводимость из универсальных предложений контрфактических высказываний. Например, предложение «все монеты в кармане медные» (Карнап) не является законом, так как высказывание «если монеты положить в карман, то они будут медные» ложно. То есть этот факт зафиксирован случайно, а не необходимо. В то же время, законом является утверждение «все металлы при нагревании расширяются», поскольку высказывание «если нагреть металл, лежащий вот здесь на столе, то он расширится» истинно.
Классификация научных законов.
По предметным областям. Законы физические, химические и т. д.
По общности: общие (фундаментальные) и частные. Например, законы Ньютона и законы Кеплера соответственно.
- эмпирические — отсылающие к непосредственно наблюдаемым явлениям (например, законы Ома, Бойля — Мариотта);
- теоретические — относящиеся к ненаблюдаемым явлениям.
- динамические — дающие точные, однозначные предсказания (механика Ньютона);
- статистические — дающие вероятностные предсказания (принцип неопределенности, 1927).
Главные функции научного закона.
Объяснение — раскрытие сущности явления. При этом закон выступает в роли аргумента. В 1930 годах Карл Поппер и Карл Гемпель предложили дедуктивно-номологическую модель объяснения. Согласно этой модели в объяснении имеется экспланандум — объясняемое явление — и эксплананс — объясняющее явление. В эксплананс входят положения о начальных условиях, в которых протекает явление, и законы, из которых явление необходимо следует. Поппер и Гемпель считали, что их модель универсальна — применима к любой области. Канадский философ Дрей возразил, приведя в пример историю.
Предсказание — выход за пределы изученного мира (а не прорыв из настоящего в будущее. Например, предсказание планеты Нептун. Она была до предсказания. В отличие от объяснения оно предсказывает явление, которого, возможно, еще не было). Бывают предсказания аналогичных явлений, новых явлений и прогнозы — предсказания вероятностного типа, опирающиеся, как правило, на тенденции, а не законы. Прогноз отличается от пророчества — он имеет условный, а не фатальный характер. Обычно факт предсказания не влияет на предсказываемое явление, но, например, в социологии прогнозы могут быть самореализующимися.
Эффективность объяснения напрямую связана с предсказанием.
Типы объяснений (предсказаний — аналогично).
Причинное — использующее причинные законы. Расширение железного стержня может объясниться его нагреванием. То есть в объяснении причины расширения используется закон теплового расширения.
Структурное. Например, объяснение свойств бензола с кольцеобразной структурой молекулы (Кекуле). Т. е. свойства объясняются исходя из структуры.
Субстратное — ссылающееся на материал, из которого состоит объект. Так, например, объясняется плотность тела (она зависит от материала). Субстратный подход — основа молекулярной биологии.
Виды научных законов
Одним из видов классификации является подразделение научных законов на:
Эмпирические законы – это такие законы, в которых на основе наблюдений, экспериментов и измерений, которые всегда связаны с какой-либо ограниченной областью реальности, устанавливается какая-либо определенная функциональная связь. В разных областях научного знания существует огромное количество законов подобного рода, которые более или менее точно описывают соответствующие связи и отношения. В качестве примеров эмпирических законов можно указать на три закона движения планет И. Кеплера, на уравнение упругости Р. Гука, согласно которому при небольших деформациях тел возникают силы, примерно пропорциональные величине деформации, на частный закон наследственности, согласно которому сибирские коты с голубыми глазами, как правило, от природы глухие.
Следует заметить, что законы Кеплера только описывают наблюдаемое движение планет, но не указывают на причину, которая приводит к такому движению . В отличие о них закон гравитации Ньютона указывает причину и особенности движение космических тел по законам Кеплера. И. Ньютон нашел правильное выражение для гравитационной силы, возникающей при взаимодействии тел, сформулировав закон всемирного тяготения: между любыми двумя телами возникает сила притяжения, пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Из этого закона в качестве следствий можно вывести причины того, почему планеты двигаются неравномерно и почему более далеко отстоящие от Солнца планеты движутся медленнее, чем те, которые расположены ближе к нему.
На примере сравнения законов Кеплера и закона всемирного тяготения достаточно хорошо видны особенности эмпирических и фундаментальных законов, а также их роль и место в процессе познания. Сущность эмпирических законов состоит в том, что в них всегда описываются отношения и зависимости, которые были установлены в результате исследования какой-либо ограниченной сферы реальности. Именно поэтому таких законов может быть сколь угодно много.
В случае же формулировки фундаментальных законов ситуация будет совершенно другой. Сущностью фундаментальных законов является то, что они устанавливают зависимости, которые справедливы для любых объектов и процессов, относящихся к соответствующей области реальности. Поэтому, зная фундаментальные законы, аналитическим путем из них можно выводить множество конкретных зависимостей, которые будут справедливы для тех или иных конкретных случаев или каких-либо определенных видов объектов. Исходя из этой особенности фундаментальных законов, суждения, формулируемые в них, можно представить в форме аподиктических суждений «Необходимо, что…», а отношение между этим видом законов и выводимыми из них частными закономерностями (эмпирическими законами) по своему смыслу будут соответствовать отношениям между аподиктическими и ассерторическими суждениями. В возможности выведения из фундаментальных законов эмпирических в виде их частных следствий и проявляется основная эвристическая (познавательная) ценность фундаментальных законов. Наглядным примером эвристической функции фундаментальных законов является, в частности, гипотеза Леверье и Адамаса по поводу причин отклонения Урана от расчетной траектории.
Эвристическая ценность фундаментальных законов проявляется также и в том, что на основании знания их можно проводить селекцию разнообразных предположений и гипотез. Например, с конца XVIII в. в научном мире не принято рассматривать заявки на изобретения вечного двигателя, так как принцип его действия (КПД больше 100%) противоречит законам сохранения, которые являются фундаментальными основоположениями современного естествознания.
Основанием для классификации последнего типа является характер предсказаний, вытекающий из этих законов .
Особенностью динамических законов является то, что предсказания, которые вытекают из них, носят точный и однозначно определенный характер. Примером законов такого вида являются три закона классической механики. Первый из этих законов утверждает, что всякое тело в отсутствии действия на него сил или при взаимном уравновешивании последних находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Второй закон говорит о том, что ускорение тела пропорционально приложенной силе. Из этого следует, что скорость изменения скорости или ускорение зависит от величины прилагаемой к телу силы и его массы. Согласно третьему закону, при взаимодействии двух объектов они оба испытывают действия сил, причем эти силы равны по величине и противоположны по направлению. На основании этих законов можно сделать вывод, что все взаимодействия физических тел – это цепь однозначно предопределенных причинно-следственных связей, которую эти законы и описывают. В частности, в соответствии с этими законами, зная начальные условия (масса тела, величина прилагаемой к нему силы и величина сил сопротивления, угол наклона по отношению к поверхности Земли) можно произвести точный расчет будущей траектории движения какого-либо тела, например, пули, снаряда или ракеты.
Статистические законы – это такие законы, которые предсказывают развитие событий лишь с определенной долей вероятности . В таких законах исследуемое свойство или признак относится не к каждому объекту изучаемой области, а ко всему классу или популяции. Например, когда говорят, что в партии из 1000 изделий 80 % отвечает требованиям стандартов, то это означает, что примерно 800 изделий являются качественными, но какие именно это изделия (по номерам) не уточняется.
В рамках молекулярно-кинетической теории не рассматривается состояние каждой отдельной молекулы вещества, а учитываются средние, наиболее вероятные состояния групп молекул . Давление, например, возникает из-за того, что молекулы вещества обладают определенным импульсом. Но что бы определить давление, нет необходимости (да это и невозможно) знать импульс каждой отдельной молекулы. Для этого достаточно знания значений температуры, массы и объема вещества. Температура как мера средней кинетической энергии множества молекул это тоже усредненный, статистический показатель. Примером статистических законов физики являются законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля, которые устанавливают зависимость между давлением, объемом и температурой газов; в биологии – это законы Менделя, которые описывают принципы передачи наследуемых признаков от родительских организмов к их потомкам.
Согласно квантовомеханическим представлениям микромир может быть описан лишь вероятностно в силу действия «принципа неопределенности». Согласно этому принципу, невозможно одновременно точно определить местоположение частицы и ее импульс. Чем точнее определяется координата частицы, тем более неопределенным становится импульс и наоборот. Из этого, в частности, следует, что динамические законы классической механики не могут быть использованы для описания микромира . Однако недетерминированность микромира в лапласовом смысле вовсе не означает, что в отношении него вообще невозможно предсказание событий, а только то, что закономерности микромира не динамические, а статистические. Статистический подход используется не только в физике и биологии, но также в технических и социальных науках (классический пример последнего – социологические опросы).
При классификации теоретических научных знаний вообще и, в том числе, при классификации научных законов принято выделять их отдельные виды. При этом в качестве оснований классификации могут использоваться достаточно разные признаки. В частности, одним из способов классификации знания в рамках естественных наук является его подразделение в соответствии с основными видами движения материи, когда выделят т.н. «физическую», «химическую» и «биологическую» формы движения последней. Что касается классификации видов научных законов, то последние также можно делить разными способами.
В силу того, что на примере этой классификации можно наглядно увидеть, как происходит процесс перехода знания, которое изначально существующего в виде гипотез, к законам и теориям рассмотрим этот тип классификации научных законов подробнее.
Основанием для деления законов на эмпирические и фундаментальные является уровень абстрактности используемых в них понятий и степень общности области определения, которая соответствует этим законам .
Фундаментальные законы – это законы, которые описывают функциональные зависимости, действующие в рамках всего объема соответствующей им сферы реальности. Фундаментальных законов сравнительно немного. В частности, классическая механика включает в себя только три таких закона. Сфера реальности, которая им соответствует – это мега- и макромир.
В качестве наглядного примера специфики эмпирических и фундаментальных законов можно рассмотреть отношением между законами Кеплера и законом всемирного тяготения. Иоганн Кеплер в результате анализа материалов наблюдения за движением планет, которые собрал Тихо Браге, установил следующие зависимости:
— планеты двигаются по эллиптическим орбитам вокруг Солнца (первый закон Кеплера);
— периоды обращения планет вокруг Солнца зависят от их удаленности от него: более удаленные планеты двигаются медленнее, чем те, которые расположены ближе к Солнцу (третий закон Кеплера).
После констатации этих зависимостей, вполне естественен вопрос: почему так происходит? Существует ли какая-либо причина, которая заставляет планеты двигаться именно так, а не иначе? Будут ли справедливы найденные зависимости и для других небесных систем, или это относится только к Солнечной системе? Более того, даже если бы вдруг оказалось, что есть система подобная Солнечной, где движение подчиняется тем же принципам, все равно неясно: случайность ли это или за всем этим стоит что-то общее? Может быть, чье-то скрытое стремление сделать мир красивым и гармоничным? К такому выводу, например, может подталкивать анализ третьего закона Кеплера, который действительно выражает определенную гармонию, так как здесь период обращения планы вокруг Солнца зависит от величины ее орбиты.
Конкретно-эмпирический характер законов Кеплера проявляется также и в том, что эти законы выполняются точно только в случае движения одного тела вблизи другого, которое обладает значительно большей массой. Если же массы тел соизмеримы, будет наблюдаться их устойчивое совместное движение вокруг общего центра масс. В случае движения планет вокруг Солнца указанный эффект малозаметен, однако в космосе существуют системы, которые совершают такое движение – это т.н. «двойные звезды».
Фундаментальный характер закона всемирного тяготения проявляется и в том, что на его основе можно объяснить не только достаточно разные траектории движения космических тел, но он также играет большую роль при объяснении механизмов образования и эволюции звезд и планетных систем, а также моделей эволюции Вселенной . Кроме этого, это закон объясняет причины особенностей свободного падения тел у поверхности Земли.
Последнее обстоятельство может быть серьезным препятствием в деле познания. В том случае, когда процесс познания не выходит за пределы формулировки эмпирических зависимостей, значительных усилия будут затрачиваться на множество однообразных эмпирических исследований, в результате которых будут открываться все новые и новые отношения и зависимости, однако, их познавательная ценность будет существенно ограничена. Возможно, лишь рамками отдельных случаев. Другими словами, эвристическая ценность таких исследований фактически не будет выходить за границы формулировки ассерторических суждений вида «Действительно, что…». Уровень познания, который может быть достигнут подобным путем, не будет выходить за рамки констатации того, что найдена очередная уникальная или справедливая для очень ограниченного числа случаев зависимость, которая почему-то именно такая, а не иная.
Необходимо отметить, что содержание любого научного закона может быть выражено посредством общеутвердительного суждения вида «Все S есть P», однако не все истинные общеутвердительные суждения являются законами . Например, еще в XVIII веке была предложена формула для радиусов орбит планет (т.н. правило Тициуса – Боде), которая может быть выражена следующим образом: R n = (0, 4 + 0, 3 × 2 n) × R o , где R o – радиус орбиты Земли, n – номера планет Солнечной системы по порядку. Если в данную формулу последовательно подставлять аргументы n = 0, 1, 2, 3, …, то в результате будут получаться значения (радиусы) орбит всех известных планет Солнечной системы (исключение составляет лишь значение n = 3 , для которого на рассчитанной орбите нет планеты, однако вместо нее есть пояс астероидов). Таким образом, можно сказать, что правило Тициуса – Боде достаточно точно описывает координаты орбит планет Солнечной системы. Однако является ли оно хотя бы эмпирическим законом, например, подобным законам Кеплера? Видимо, нет, так как в отличие от законов Кеплера, правило Тициуса – Боде никак не следует из закона всемирного тяготения и оно до сих пор не получило никакого теоретического объяснения. Отсутствие компонента необходимости, т.е. того, что объясняет почему дело обстоит так, а не иначе, не позволяет считать научным законом как данное правило, так и аналогичные ему высказывания, которые можно представить в виде «Все S есть P» .
Далеко не во всех науках достигнут тот уровень теоретического знания, который позволяет из фундаментальных законов аналитически выводить эвристически значимые следствия для частных и уникальных случаев . Из естественных наук, фактически, только физика и химия достигли этого уровня. Что касается биологии, то хотя в отношении этой науки тоже можно говорить об определенных закономерностях фундаментального характера – например, о законах наследственности – однако в целом в рамках этой науки эвристическая функция фундаментальных законов гораздо более скромная.
Кроме деления на «эмпирические» и «фундаментальны», научные законы можно также разделить на:
Динамические закономерности привлекательны тем, что на их основе предполагается возможность абсолютно точного или однозначного предсказания . Мир, описанный на основе динамических закономерностей, – это абсолютно детерминированный мир . Практически динамический подход может быть использован для вычисления траектории движения объектов макромира, например, траекторий движения планет.
Однако динамический подход не может использоваться для расчета состояния систем, которые включают в себя большое количество элементов. Например, в 1 кг водорода содержится молекул, то есть настолько много, что только одна проблема записи результатов расчета координат всех этих молекул оказывается заведомо невыполнима. В силу этого при создании молекулярно-кинетической теории, то есть теории описывающей состояние макроскопических порций вещества был избран не динамический, а статистический подход. Согласно этой теории, состояние вещества может быть определено с помощью таких усредненных термодинамических характеристик, как «давление» и «температура».
Статистический подход – это вероятностный метод описания сложных систем. Поведение отдельной частицы или другого объекта при статистическом описании считается несущественным . Поэтому изучение свойств системы в данном случае сводится к отысканию средних значений величин, характеризующих состояние системы как целого. В силу того, что статистический закон – это знание о средних, наиболее вероятных значениях, она способна описать и предсказать состояние и развитие какой-либо системы только с определенной вероятностью.
Главная функция любого научного закона состоит в том, чтобы по заданному состоянию рассматриваемой системы предсказать ее будущее или восстановить прошлое состояние. Поэтому естественен вопрос, какие законы, динамические или статистические описывают мир на более глубоком уровне? До XX века считалось, что более фундаментальны динамические закономерности. Так было потому, что ученые полагали, что природа строго детерминирована и поэтому любая система в принципе может быть рассчитана с абсолютной точностью. Считалось также, что статистический метод, дающий приближенные результаты, может использоваться тогда, когда точностью расчетов можно пренебречь . Однако в связи с созданием квантовой механики ситуация изменилась.
- Формы и виды собственности. Гражданский кодекс РФ о собственности в России Общественную собственность в Российской Федерации представляют: государственная собственность (включает […]
- Арбитражный суд Ростовской области Государственная пошлина Налоговый кодекс Российской Федерации (часть вторая) Глава 25.3. Государственная пошлина Статья 333.17 Плательщики […] Понятие налога виды и функции налогов Налоги: понятие, функции, виды. Налоговая система Налоги образуют основную долю доходной части государственного и местных бюджетов. Налог - это принудительно изымаемые государством или […]
