Основные методы построения научных теорий

 г) По характеру предсказаний, которые могут быть получены с помощью теорий, последние делятся на две группы. Первая – динамические универсального характера (детерминистские), где предсказание имеет однозначный, достоверный характер (многие теории астрономии, классической физики и химии). Законы представляют универсальные утверждения, характеризующие поведение любой динамической системы точно определенным способом благодаря значительной схематизацией и идеализацией изучаемых реальных процессов. Вторая группа – вероятностные статистической природы (стохастические, индетерминистские). В качестве основных законов выступают статистические законы, характеризующие поведение не каждого объекта в исследуемом классе явлений, а некоторое свойство или признак, присущий классу объектов в целом. Для определения того, обладает ли отдельный объект указанным свойством, вводят вероятностные понятия и методы, которые характеризуют степень возможности существования этого свойства у данного объекта (большинство теорий из области биологии, психологии, гуманитарных наук, а также новейшие квантовые теории).

Существует также множество классификаций научных теорий, в которых за основу деления принимался признак, учитывающий степень доступности теории математической обработке.

Э. Мах и др. в конце 19 века отрицали объективное существование атомов и молекул. Ограничивая задачи науки систематизацией непосредственно наблюдаемых явлений, все эмпиристы фактически сводили и сводят роль теории к простой регистрации и систематизации данных чувственного познания. Эмпиристы субъективистского толка, такие, как Мах, прямо заявляли, что теория представляет сокращенное описание наших ощущений, а не отображение объективно существующей реальности. «Физические идеалисты» видели в теории только символы, знаки, отметки для практики⁶.

Обычно, когда заходит речь о формировании новых гипотез и теорий, многие ученые ссылаются на интуицию, талант и гениальность их создателей и даже на чисто иррациональные моменты, как это делает, например, К. Поппер. Между тем, подчеркивает Хэнсон, процесс поиска гипотезы «часто покоится на весьма разумных основаниях. Если установление гипотез через предсказание имеет свою логику, то такой же логикой должно обладать и получение гипотез».

Теоретическое познание наиболее адекватно отражается в мышлении (активный процесс обобщенного и опосредованного отражения действительности), и проходит здесь путь от мышления в установленных рамках, по образцу, ко все большему обособлению, творческому пониманию исследуемого явления.

Основными способами отражения  в мышлении окружающей действительности являются понятие (отражает общие, сущностные стороны объекта), суждение (отражает отдельные характеристики объекта); умозаключение (логическая цепочка, рождающая  новое знание).

Структурные компоненты теоретического познания: проблема (вопрос, требующий  ответа), гипотеза (предположение, выдвинутое на основании ряда фактов и требующее  проверки), теория (наиболее сложная  и развитая форма научного знания, дает целостное объяснение явлений  действительности). Генерация теорий – конечная цель исследования.

Квинтэссенция теории –  закон. Он выражает сущностные, глубинные  связи объекта. Формулирование законов  – одна из основных задач науки.

поппер

Из утверждений наблюдения, в которых фиксируется наш  опыт, никогда не следует истинность строго универсального утверждения (или  теории). Поэтому универсальные утверждения (или теории) не могут быть оправданы (или верифицированы) с помощью  опыта. Однако достаточно всего одного подлинного контрпримера, чтобы показать, что универсальное утверждение  ложно. Так, наблюдение любого сколь  угодно большого числа черных ворон  не может обосновать или верифицировать утверждение, что все вороны черные; наблюдение же всего одной не-черной вороны доказывает, что обобщение  «Все вороны -черные» ложно. Поэтому  некоторые универсальные утверждения (или теории) могут критиковаться (или быть фальсифицированы) с помощью  опыта - или по крайней мере с помощью  «базовых утверждений» (единичных утверждений, фиксирующих наблюдения), которые  им противоречат. Поппер заключил, что  именно фальсифицируемость, а не верифицируемость отличает эмпирическую науку от метафизики. Затем, указывая на существование логической асимметрии между универсальными и  единичными утверждениями – универсальные могут быть фальсифицированы, но не верифицированы, а единичные верифицированы, но не фальсифицированы, – Поппер показывал, что различение науки и метафизики не совпадает с различением осмысленных и бессмысленных утверждений.

Такова логическая часть  решения проблем индукции и демаркации. Однако Поппер также отрицал, что  ученые вообще открывают научные  теории с помощью индуктивных  рассуждений, делая наблюдения и  затем их обобщая. Их теории - это  спекулятивные изобретения; и они  апеллируют к наблюдениям и опыту, чтобы проверить эти решения, а не для того, чтобы их оправдать.

 Выработка основных идей и нахождение теоретических законов, лежащих в основе  объяснения,– формирование  научной теории. Какой бы тип объяснения ни выбирался, предварительно необходимо выработать теоретические идеи и сформулировать законы, лежащие в основе объяснения. Рассматриваемый нами этап познания – это переход от научных фактов, эмпирических соотношений к теоретическим моделям и законам. Нахождение системы теоретических объектов и законов, которым они подчиняются, и составляет суть этого этапа познания. Решающая роль здесь принадлежит таким познавательным процессам, как идеализация, абстракция, гипотеза. Завершением этого этапа будет формулировка более или менее строгой теории изучаемых явлений. Теорию можно считать сформированной, если теоретические идеи и основоположения будут приведены в определенную систему, будут избраны определенные логические средства, допустимые в данной теории, и установлены соотношения между эмпирическими и теоретическими объектами, предложениями, относящимися к первым, и предложениями, относящимися ко вторым.

Дедукция из одних  теоретических законов других теоретических законов – развертывание теории. Процесс развертывания теории естественно вычленить в качестве самостоятельного этапа научного познания. Доказательство теоремы той или иной математической теории, выведение из аксиом тех или иных положений естественнонаучной теории демонстрируют этот этап познания. Неверно было бы думать, что эмпирические соотношения логически выводятся в научной теории. Теоремы научной теории – это не эмпирически установленные соотношения, но если теории истинны, то между теориями и эмпирическими соотношениями должны устанавливаться некоторые соотношения, если не полной, то хотя бы приблизительной тождественности и переводимости.

Объяснение научных  фактов, т.е. нахождение по эмпирическим соотношениям соответствующих теоретических моделей. От процесса нахождения системы теоретических идей и основоположений мы отличаем процесс объяснения определенных научных фактов на основании определенной теории. Процесс объяснения складывается, во-первых, из выбора теоретической системы, на базе которой происходит объяснение и, во-вторых, из самого процесса объяснения. Сам процесс объяснения, его тип определяются типом той теории, на базе которой происходит объяснение⁵.

Вывод. Таким образом, теория представляет ту или иную область действительности, объясняет имеющиеся факты на основе найденной закономерности. Развитая теория содержит в себе сведения о причинных, генетических, структурных и функциональных взаимодействиях реальности. По форме теория предстает как система непротиворечивых, логически взаимосвязанных утверждений. Теории используют специфический категориальный аппарат, систему принципов и законов. Развитая теория открыта для описания, интерпретации и объяснения новых фактов, а также готова включить в себя дополнительные метатеоретические построения.

1. Эмпирико-индуктивный метод

Одной из наиболее распространенных схем построения теории в прошлом, несомненно, была эмпирическая модель, разработка которой в значительной мере связана с использованием канонов индуктивной логики Бэкона-Милля. Эту модель можно назвать эмпирико-индуктивной.

Согласно эмпирической схеме, построение теории сводится к постепенному и осторожному обобщению с помощью правил индукции твердо установленных эмпирических фактов, пока не будут найдены такие общие законы и гипотезы, посредством которых можно будет объяснить весь известный фактический материал⁶.

Правила и методы индуктивной логики действительно применяются в  опытных науках и представляются настолько привычными, что ученые порой даже не замечают, что фактически используют их в исследованиях. С помощью более сложных индуктивных методов могут быть установлены простейшие эмпирические обобщения и законы, именно те, которые выражают взаимосвязи между непосредственно наблюдаемыми свойствами явлений.

Бэкон выдвинул программу постепенного введения теоретических положений («причин и аксиом») все большей  и большей общности, начиная с  эмпирических единичных данных. Этот процесс он назвал индукцией (т. е. введением) в отличие от дедукции (выведения) теоретических положений меньшей общности из положений большей общности (принципов). Эта концепция была актуальна в период «первоначального накопления» опытных фактов и простейших эмпирических закономерностей⁷. Позднее была показана ее уязвимость на примере теоретической физики.

Альберт Эйнштейн в статье «Принципы теоретической физики» пишет: Для применения своего метода теоретик в качестве фундамента нуждается в некоторых общих предположениях, так называемых принципах, исходя из которых он может вывести следствия. Его деятельность, таким образом, разбивается на два этапа. Во-первых, ему необходимо отыскать принципы, во-вторых, развивать вытекающие из этих принципов следствия. При установлении принципов, могущих служить основой для дедукции, не существует метода, который можно было бы выучить и систематически применять для достижения цели. Исследователь должен, скорее, выведать у природы четко формулируемые общие принципы, отражающие определенные общие черты множества экспериментально установленных фактов... до тех пор, пока принципы, могущие служить основой для дедукции, не найдены, отдельные опытные факты теоретику бесполезны; ибо он не в состоянии ничего предпринять с единичными эмпирически установленными общими закономерностями...Не существует никакого индуктивного метода, который мог бы вести к фундаментальным понятиям физики. Логическое мышление по необходимости дедуктивное, оно основано на гипотетических представлениях и аксиомах⁸.

Ньютон считал, что основные понятия и принципы его теории вытекают из опыта. В противовес эмпирико-индуктивной схеме Ньютон выдвинул и успешно использовал свою модель построения теории, в которой значительную роль играет метод, получивший впоследствии название метода принципов. Эти принципы по сути дела являются гипотезами, из которых могут быть выведены и, следовательно, объяснены все эмпирически найденные факты и законы. «Вывести два или три общих принципа движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных принципов, – указывал Ньютон, – было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих принципов и не были еще открыты»⁹.

Многие современные исследователи  справедливо считают метод принципов Ньютона одной из ранних форм использования гипотетико-дедуктивного метода в теоретическом естествознании. Но нередко эту модель рассматривают как модель построения теории в целом, а не только как модель определенного этапа ее оформления и представления. Между тем Ньютон вовсе не сводил процесс построения теории к выведению следствий из принципов или гипотез и к их сопоставлению с опытом. Это для него только одна фаза исследования, которую он называл аналитической. Не меньшее значение он придавал выявлению общих признаков движущихся тел на основе тщательного исследования эмпирического материала и обоснованию выдвигаемых им принципов движения. Такую деятельность он называл синтетической¹⁰.

В своей статье Турчин  пишет, что  со временем вывод следствий из общих принципов стал сложным и не всегда однозначным, ибо часто оказывалось необходимым делать в процессе дедукции дополнительные предположения, чаще всего «непринципиальные» упрощения, без которых невозможно было бы довести расчет до числа. Увеличение дистанции от общих принципов до проверяемых следствий делает общие принципы в известных пределах неуязвимыми для опыта, по мере возрастания абстрактности теорий укореняется понимание их языкового характера. Решающим толчком для этого процесса стало создание теории относительности и квантовой механики. В настоящее время становится очевидной необходимость создания теории, совмещающей идеи двух последних, так как до сих пор единой и последовательной теории элементарных частиц высоких энергий, объясняющей огромный материал, накопленный экспериментаторами, не существует. Необходимо подвергнуть научному анализу саму задачу построения научных понятий и теорий, т. е. совершить очередной метасистемный переход. Чтобы квалифицированно построить определенную физическую теорию, нужна общая теория построения физических теорий (метатеория), в свете которой прояснится путь решения нашей конкретной задачи¹¹.

Бэкон рассматривал открытие новых принципов как медленный  и непрерывный переход от непосредственных данных опыта к принципам все  более и более общим. В противоположность  этому Ньютон считал принципы предположениями, правильность которых должна быть обоснована путем дедукции из них логических следствий. Первый шаг в науке, связанный  с синтезом эмпирических данных, по мнению Ньютона, сопровождается анализом, цель которого состоит в выведении  следствий из предложенного принципа и в их проверке на опыте. Метод принципов Ньютона оказал громадное воздействие на развитие точного естествознания в XVII-XIX вв. Его влияние, как указывает А. Эйнштейн, возрастает по мере того, как увеличивается расстояние между основными принципами науки и теми их следствиями, которые допускают опытную проверку.

Действия разума, посредством которых можно прийти к познанию вещей без всякой боязни обмана – очевидная интуиция и необходимая дедукция. Началом дедукции является не умозаключение, а непосредственная достоверность, вполне ясное при свете разума созерцание или интуиция. Путь познания должен начинаться с интуиции и проходить через дедукцию. Первая истина является принципом всего познания, каждое выведенное познание - принципом следующего. В непрерывности прогрессирующих и открывающих выводов и состоит метод дедукции. Принципы могут быть познаваемы только интуицией, дальнейшие следствия - только через дедукцию¹².