Особенности эмпирического и теоретического языка науки

Вначале он был открыт Р. Бойлем как  индуктивное обобщение опытных  данных, когда в эксперименте была обнаружена зависимость между объемом  сжимаемого под давлением газа и  величиной этого давления.

Сама история открытия этого  закона весьма интересна и поучительна. Как эмпирическая зависимость он был получен во многом случайно, как побочный результат спора  между двумя известными физиками XVIII столетия Р. Бойлем и Ф. Линнусом. Спор шел по поводу интерпретации опытов Бойля, обнаруживших явление барометрического давления. Бойль проделал следующий опыт: трубку, запаянную сверху и наполненную ртутью, он погружал в чашку с ртутью. Согласно принципу сообщающихся сосудов следовало ожидать, что уровень ртути в трубке и в чашке будет выровнен. Но опыт показал, что лишь некоторая часть ртути выливается в чашку, а остальная часть в виде столбика стоит над поверхностью ртути в чашке. Бойль интерпретировал этот опыт следующим образом: давление воздуха на поверхность ртути в чашке удерживает столбик ртути над этой поверхностью. Высота столбика является показателем величины атмосферного давления. Тем самым был предложен принцип барометра - прибора, измеряющего давление.

Однако Ф. Линнус выдвинул следующие возражения: воздух состоит из легких частиц, он подобен тонкой и податливой жидкости, которая не может устоять под давлением тяжелых частиц ртути. Поэтому воздух не может удерживать столб ртути. Удерживает его притяжение ртути к верхнему концу барометрической трубки. Линнус писал, что, затыкая сверху барометрическую трубку пальцем, он чувствовал нити притяжения, когда опускал ее в чашку. Сам по себе этот исторический факт весьма показателен. Он свидетельствует о том, что один и тот же результат опыта может получить различные интерпретации и использоваться для подтверждения различных концепций.

Чтобы доказать Линнусу, что воздух способен удерживать столб ртути, Бойль поставил новый опыт. Он взял изогнутую в виде сифона стеклянную трубку с запаянным коротким коленом и стал постепенно наполнять ее ртутью. По мере увеличения столбика ртути воздух в колене сжимался, но не вытеснялся полностью. Бойль составил таблицу отношения объемов воздуха и величины столбика ртути и послал ее Линнусу как доказательство правильности своей интерпретации.

Казалось бы, история с объяснением  барометрического давления закончена. Но она получила неожиданно продолжение. У Бойля был ученик, молодой  человек по имени Тоунлей, которого Бойль обучал основам физики и математики. Именно Тоунлей, изучая таблицу опытов Бойля, подметил, что объемы сжимаемого воздуха пропорциональны высоте давящего на воздух столбика ртути. После этого Бойль увидел свои опыты в новом ракурсе. Столбик ртути - это своеобразный поршень, сжимающий воздух, и вес столбика соответствуют давлению. Поэтому пропорция в табличных данных означает зависимость между величиной давления и объема газа. Так было получено соотношение PV = const, которое Бойль подтвердил множеством опытов с давлениями, большими и меньшими атмосферного.

Но имела ли эта зависимость  статус достоверного закона? Очевидно нет, хотя и выражалась математической формулой. Это была зависимость, полученная путем индуктивного обобщения результатов опыта и поэтому имевшая статус вероятностно-истинного высказывания, а не достоверного знания, каковым является теоретический закон.

Если бы Бойль перешел к опытам с большими давлениями, то он обнаружил  бы, что эта зависимость нарушается. Физики говорят, что закон PV = const применим только в случае очень разреженных газов, когда система приближается к модели идеального газа и межмолекулярными взаимодействиями можно пренебречь. А при больших давлениях существенными становятся взаимодействия между молекулами (ван-дер-ваальсовы силы), и тогда закон Бойля нарушается. Зависимость, открытая Бойлем, была вероятностно-истинным знанием, обобщением такого же типа, как утверждение "все лебеди белые", которое было справедливым, пока не открыли черных лебедей. Теоретический же закон PV = const был получен позднее, когда была построена модель идеального газа.

Вывел этот закон физик Д. Бернулли (академик Санкт-Петербургской Императорской  академии) в 1730 г. Он исходил из атомистических представлений о газе и представил частицы газа в качестве материальных точек, соударяющихся наподобие  упругих шаров.

К идеальному газу, находящемуся в  идеальном сосуде под давлением, Бернулли применил законы ньютоновской механики и путем расчетов получил формулу PV = const. Это была та же самая формула, которую уже ранее получил Р. Бойль. Но смысл ее был уже иной. У Бойля PV = const соотносилась со схемой реальных экспериментов и таблицами их результатов. У Бернулли она была связана с теоретической моделью идеального газа. В этой модели были выражены сущностные характеристики поведения любых газов при относительно небольших давлениях. И закон, непосредственно описывающий эти сущностные связи, выступал уже как достоверное, истинное знание.

Итак, выделив эмпирическое и теоретическое  познание как два особых типа исследовательской  деятельности, можно сказать, что  предмет их разный, т. е. теория и  эмпирическое исследование имеют дело с разными срезами одной и  той же действительности. Эмпирическое исследование изучает явления и  их корреляции; в этих корреляциях, в отношениях между явлениями  оно может уловить проявление закона. Но в чистом виде он дается только в результате теоретического исследования.

Следует подчеркнуть, что увеличение количества опытов само по себе не делает эмпирическую зависимость достоверным  фактом, потому что индукция всегда имеет дело с незаконченным, неполным опытом. Сколько бы мы ни проделывали  опытов и ни обобщали их, простое  индуктивное обобщение опытных  результатов не ведет к теоретическому знанию. Теория не строится путем индуктивного обобщения опыта. Это обстоятельство во всей его глубине было осознано в науке сравнительно поздно, когда она достигла достаточно высоких ступеней теоретизации.

Итак, эмпирический и теоретический  уровни познания отличаются по предмету, средствам и методам исследования. Однако выделение и самостоятельное  рассмотрение каждого из них представляет собой абстракцию. В реальности эти  два слоя познания всегда взаимодействуют.

 

4. Краткая структура эмпирического исследования

 

Эмпирический  уровень имеет достаточно сложную  системную организацию, в нем  можно выявить особые слои знания и соответственно порождающие эти  знания познавательные процедуры. Рассмотрим внутреннюю структуру эмпирического  уровня. Его образуют, по меньшей  мере, два подуровня: а) непосредственные наблюдения и эксперименты, результатом  которых являются данные наблюдения; б) познавательные процедуры, посредством  которых осуществляется переход  от данных наблюдения к эмпирическим зависимостям и фактам.

Рассмотрим более подробно, что  такое наблюдение и эксперимент.

1. Наблюдение – целенаправленное изучение предметов, опирающееся в основном на данные органов чувств (ощущения, восприятия, представления). В ходе наблюдения получается знание не только о внешних сторонах объекта познания, но – в качестве конечной цели – о его существенных свойствах и отношениях.

Необходимо отметить, что наблюдение – это не просто пассивное созерцание изучаемых предметов и процессов. Научное наблюдение носит деятельный характер и предполагает предварительную  организацию его объектов, обеспечивающую контроль за их поведением.

Наблюдение может быть непосредственным и опосредованным различными приборами  и техническими устройствами. С развитием  науки наблюдение становится все  более сложным и опосредованным.

Основные требования к научному наблюдению: однозначность замысла; наличие системы методов и  приемов; объективность. То есть возможность  контроля путем либо повторного наблюдения, либо с помощью других методов (например, эксперимента).

Обычно наблюдение включается в  качестве составной части в процедуру  эксперимента.

В ходе наблюдения исследователь всегда руководствуется определенной идеей, концепцией или гипотезой. Он не просто регистрирует любые факты, а сознательно  отбирает те из них, которые либо подтверждают, либо опровергают его идеи. Интерпретация наблюдений также всегда осуществляется с помощью определенных теоретических положений.

2. Эксперимент – активное и целенаправленное вмешательство в протекание изучаемого процесса, соответствующее изменение объекта или его воспроизведение в специально созданных и контролируемых условиях.

Таким образом, в эксперименте объект или воспроизводится искусственно, или становится в определенным образом заданные условия, отвечающие целям исследования. В ходе эксперимента изучаемый объект изолируется от побочных влияний, затемняющих его сущность, и представляется в «чистом виде». При этом конкретные условия эксперимента не только задаются, но и контролируются, модернизируются, многократно воспроизводятся и изменяются.

 

Тем самым эксперимент  осуществляется

- во-первых, как взаимодействие объектов, протекающее по естественным законам;

- во-вторых, как искусственное, человеком организованное действие.

Всякий научный эксперимент  всегда направляется какой-либо идеей, концепцией, гипотезой. Данные эксперимента всегда так или иначе «теоретически нагружены» – от его постановки до его интерпретации.

Основные особенности  эксперимента:

- более активное (чем при наблюдении) отношение к объекту, вплоть до его изменения и преобразования;

- многократная воспроизводимость изучаемого объекта по желанию исследователя;

- возможность обнаружения таких свойств явлений, которые не наблюдаются в естественных условиях;

- возможность рассмотрения явления в «чистом виде» путем изоляции его от усложняющих и маскирующих его ход обстоятельств или путем изменения, варьирования условий эксперимента;

- возможность контроля за поведением объекта исследования и проверки его результатов.

Основные стадии осуществления  эксперимента: планирование и построение (его цель, тип, средства, методы проведения и т.п.), контроль, интерпретация результатов.

Структура эксперимента (то есть что и кто необходим, чтобы  он состоялся): а) экспериментаторы; б) объект эксперимента (то есть явление, на которое осуществляется воздействие); в) система приборов и другое научное  оборудование; г) методика проведения эксперимента; д) гипотеза (идея), которая  подлежит подтверждению или опровержению.

Эксперимент имеет две  взаимосвязанные функции: опытная  проверка гипотез и теорий, а также  формирование новых научных концепций. В зависимости от этих функций  выделяют эксперименты: исследовательские (поисковые), проверочные (контрольные), воспроизводящие, изолирующие и  так далее.

По характеру объектов выделяют физические, химические, биологические, социальные и другие эксперименты.

Важное значение в современной науке имеет решающий эксперимент, целью которого служит опровержение одной и подтверждение другой из двух (или нескольких) соперничающих концепций.

Скажем вкратце и  о других методах эмпирического  исследования.

3. Сравнение – познавательная операция, выявляющая сходство или различие объектов (либо ступеней развития одного и того же объекта), то есть их тождество и различия, но имеет смысл только в совокупности однородных объектов, образующих класс. Сравнение предметов в классе осуществляется по признакам, существенным для данного рассмотрения. При этом предметы, сравниваемые по одному признаку, могут быть несравнимы по другому.

4. Описание – познавательная операция, состоящая в фиксировании результатов опыта (наблюдения или эксперимента) с помощью определенных систем обозначения, принятых в науке (схемы, графики, рисунки, таблицы, диаграммы и т.д.).

5. Измерение – совокупность действий, выполняемых при помощи определенных средств с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.

 

5. Краткая структура теоретического исследования

 

Теоретический уровень научного познания характеризуется  преобладанием рационального момента  – теорий, понятий, законов и других форм мышления и мыслительных операций. Теоретическое познание отражает явления  и процессы со стороны их универсальных  внутренних связей и закономерностей, постигаемых с помощью рациональной обработки данных эмпирического  знания.

Важнейшая задача теоретического знания – достижение объективной истины во всей ее конктетности и полноте содержания.

На теоретической  стадии преобладающим является рациональное познание, которое наиболее полно  и адекватно выражено в мышлении. Мышление – осуществляющийся в ходе практики активный процесс обобщенного и опосредованного отражения действительности, обеспечивающий раскрытие на основе чувственных данных ее закономерных связей и их выражение в системе абстракций (понятий, категорий). Формы мышления – способы отражения действительности посредством взаимосвязанных абстракций, среди которых исходными являются понятия, суждения и умозаключения. На их основе строятся более сложные формы рационального познания, такие как гипотеза, теория, и другие.

Понятие – форма мышления, отражающая наиболее общие закономерные связи, существенные стороны, признаки явлений, которые закрепляются в их определениях. Понятия должны быть гибки и подвижны, взаимосвязаны, едины в противоположностях, чтобы верно отразить развитие объективного мира.

Суждение – форма мышления, отражающая отдельные вещи, явления, процессы действительности, их свойства, связи и отношения. Это мысленное отражение, обычно выражаемое повествовательным предложением, может быть либо истинным, либо ложным. В форме суждения выражаются любые свойства и признаки предмета. Аналог суждения – высказывание – грамматически правильное повествовательное предложение, взятое вместе с выражаемым им смыслом. Основными типами высказываний являются описательные и оценочные.