Методология научного познания [Учебное пособие для вузов]

Как в математике, так и в эмпирических науках такие процессы обычно связаны с решением новых фундаментальных проблем, которые приводят к кризисам и научным революциям.

В физике противоречия между прежними, классическими, представлениями о строении вещества, излучении и поглощении энергии, свойствах пространства и времени и соответственно вновь обнаруженными экспериментальными фактами привели в конце XIX- начале XX в. к революции, охватившей не только саму физику, но и точное естествознание в целом.

Фундаментальные проблемы, которые тогда были выдвинуты, решались с помощью создания таких новых неклассических теорий, как квантовая механика и теория относительности. Именно они помогли понять и объяснить новые экспериментальные факты, упорно не поддававшиеся объяснению в рамках классических теорий.

Творческая деятельность в науке не ограничивается, конечно, только решением фундаментальных проблем. Наряду с ними постоянно возникают более частные и конкретные теоретические и прикладные проблемы. Но природа проблем остается неизменной: они характеризуют трудности, которые неизменно возникают в ходе развития и прогресса научного познания. Чаще всего в конкретных научных исследованиях приходится иметь дело с проблемами и задачами более частного характера, когда необходимо либо модифицировать существующие теории в рамках доминирующей парадигмы или создавать частные теории для объяснения вновь открытых фактов. Такую стадию исследования Т. Кун в своей книге «Структура научных революций» называет «нормальной наукой» и даже решением «головоломок» в рамках существующей парадигмы. Вряд ли, однако, такая характеристика верно описывает сложный и противоречий процесс исследования в реальной науке, о которой можно сказать следующее: во-первых, в ней одновременно могут сосуществовать несколько парадигм или программ исследования; во-вторых, ученые всегда стремятся найти лучшее объяснение существующим фактам, чтобы глубже и точнее приблизиться к истине; в-третьих, процесс исследования всегда связан с критикой прежних — несовершенных, неполных и неточных — методов объяснения, а не с исправлением и уточнением существующих и готовых схем, принципов и приемов исследования.

Таким образом, мы не можем правильно понять характер возникновения проблем в науке, если не будем учитывать особого характера научной деятельности, направленной на достижение более полного и глубокого познания мира. В отличие от других форм человеческой деятельности наука, как ни одна другая форма, имеет ярко выраженный прогрессивный характер, ибо она непрерывно стремится усовершенствовать свои теории и методы познания путем обнаружения, преодоления и исправления ошибок. Такой процесс самокорректирующийся научной деятельности объясняет, почему научное исследование начинается прежде всего с выдвижения проблем, а не простого накопления фактов и постановки новых экспериментов. Ведь факты требуют объяснения, и именно вследствие неспособности старых теорий и методов дать такое объяснение возникают новые проблемы.

Итак, возникновение новых проблем обусловлено состоянием и уровнем научных знаний. «Бросая ретроспективный взгляд на историю, — подчеркивает В. Гейзенберг, — мы видим, что наша свобода в выборе проблем, похоже, очень невелика»[20].

Наблюдения и эксперименты могут, конечно, предшествовать появлению проблем, когда приходится анализировать факты, которые явно опровергают прежние представления и объяснения. В этом смысле справедливо утверждение, что достоверные факты, полученные путем наблюдений и экспериментов, составляют надежный эмпирический базис науки. Но факты нуждаются в осмыслении и интерпретации. Следовательно, знания и интерпретации необходимы для того, чтобы целенаправленно искать сами факты. Эту мысль прекрасно выразил Ч. Дарвин: «Как странно, что никто не видит, что всякое наблюдение должно производиться за или против какого-либо мнения».

Чтобы наблюдать что-либо, надо знать, что именно наблюдать, а для этого надо располагать какой-либо идей, предположением или даже догадкой. Именно поэтому иногда утверждают, что факты «нагружены теорией», что в точном смысле означает тесную связь и взаимодействие между фактами и теорией. С другой стороны, чтобы проверить отдельные предположения, гипотезы или теоретические системы, необходимо располагать определенной совокупностью, а точнее, системой фактов. В связи с этим возникает актуальный методологический вопрос, по которому до сих пор существуют диаметрально противоположные точки зрения.

Среди ученых, занимающихся преимущественно эмпирическими исследованиями, нередко встречается мнение, что исследование в науке начинается с наблюдения и накопления фактов, тщательном их описании и исследовании в процессе познания. Такой взгляд присущ прежде всего здравому смыслу обыденного познания, когда сталкиваясь с незнакомыми явлениями, люди пытаются найти объяснение их причин путем обращения к новым фактам. Подобный же взгляд защищают философы эмпирического направления, ориентирующиеся на традиционные представления о развитии познания, согласно которым источником нашего знания служит эмпирический опыт или даже восприятия. Согласно такому мнению, в нашем уме нет ничего, кроме того, что содержится в чувствах. Поэтому такой пассивный взгляд на деятельность мышления рассматривает науку как процесс простого накопления знаний, исключающего коренные, качественные его изменения, приводящие к отказу от старых концепций, парадигм и научных революций.

Против таких взглядов решительно выступал в западной философии науки Поппер, который настойчиво утверждал, что «мы никогда не начинаем с наблюдений, а всегда с проблем — либо практических проблем, либо проблем теории, столкнувшейся с трудностями»[21].

Однако, как мы уже отмечали, слабым местом в его концепции является случайный характер проб и ошибок, догадок и опровержений, который несовместим с провозглашенным им принципом движения науки к объективной истине. Такое движение к истине имеет целесообразный и рациональный характер, но Поппер не подчеркивает наличие диалектического взаимодействия, во-первых, между фактами и теориями, во-вторых, между наблюдениями и фактами. Главное внимание он акцентирует на приоритете теории над фактами и соответственно проблем над опытом. Сильная сторона его концепции заключается в следующем: с 30-х гг. прошлого века он неизменно подчеркивал, что «наука начинается с проблем и развивается от них к конкурирующим теориям, которые оцениваются критически»[22]. Действительно, подлинная наука не может существовать и развиваться без проблем: в противном случае она вырождается в догматическую систему. В ней всегда открываются новые факты и результаты, требующие объяснения, которого не способны дать старые парадигмы и теории. Это непрерывное возникновение и возобновление противоречия или несоответствия между новыми фактами и старыми теоретическими способами их объяснения характеризует реальный прогресс науки.

2.3. Решение проблем и прогресс научного знания

Прежде чем выдвинуть какую-либо проблему, необходимо понять ту трудность, которая возникла в науке. Ведь именно трудности, как мы видели, создают проблемы, которые характеризуют несоответствие (или противоречие) в развитии науки, конкретно выражающееся в неспособности старых теорий и методов объяснить новые факты. Такое противоречие, как говорилось выше, ни в коем случае нельзя отождествлять с логическим противоречием между суждениями. В данном же случае термин «противоречие» используется для обозначения несоответствия между новыми фактами и старыми способами их объяснения посредством прежних гипотез, законов и теорий.

Осознание этого несоответствия происходит постепенно, шаг за шагом, и поэтому до постановки и четкой формулировки проблемы обычно мало что знают о нем и даже не представляют, в чем именно оно состоит. Более того, в истории науки известны случаи, когда ученый стремился решить одну проблему, а в действительности решал другую. Так, например, И. Кеплер, увлекавшийся астрологией, стремился решить проблему гармонии мирового порядка, но в действительности открыл законы движения планет вокруг Солнца.

Каким же образом происходит процесс осознания и понимания проблем?

Поскольку проблема означает трудность, то в первую очередь необходимо, очевидно, понять эту трудность. Как справедливо замечает Гейзенберг, «все всегда начинается с весьма специальной, узко ограниченной проблемы, не находящей решения в традиционных рамках. Революцию делают ученые, которые пытаются действительно решить эту специальную проблему, но при этом еще и стремятся вносить как можно меньше изменений в прежнюю науку. Как раз желание внести как можно меньше изменений в прежнюю науку и делает очевидным, что к введению нового нас вынуждает сам предмет, что сами явления, сама природа, а не какие-либо человеческие авторитеты заставляют нас изменить структуру мышления»[23].

А для этого нет иного пути, как предпринять попытку ее решения. Сначала можно выдвинуть сравнительно слабое предположение и попытаться проверить его с помощью тех фактов, которые были не в состоянии объяснить старые гипотезы или теории. Если это предположение будет опровергнуто, то исследователь получит более ясное представление о степени трудности проблемы и постарается найти более сильное предположение, чтобы устранить расхождение между предположением и фактами. По мнению Поппера, такой процесс непрерывного выдвижения все новых предположений и догадок и их последовательного опровержения и исключения есть единственно верный путь решения проблем, приводящий к росту научного знания. Общую схему такого процесса он представляет в следующем виде:

Р₁ —> TS —> ЕЕ —> Р₂,

где Р₁ — исходная проблема; TS — пробное решение (гипотеза или теория); ЕЕ. — устранение ошибок; P₂ — новая проблема.

Обычно для первоначального решения проблемы выдвигается несколько пробных предположений или гипотез. Поэтому приведенная выше схема приобретает более сложный характер, как это показано ниже:

Подобная схема более адекватно отражает стадию первоначального поиска решения, когда предлагаются, оцениваются и критически обсуждаются пробные гипотезы для объяснения фактов. Эта стадия скорее характеризует процесс поиска решения проблемы научным коллективом, члены которого предлагает для обсуждения несколько вариантов гипотез. Поскольку возникновение проблемы Р₂ в приведенной выше схеме потребует нового пробного объяснения и его проверки, а для устранения ошибок — выдвижения следующей проблемы Р₃ и т. д., то процесс исследования можно представить в виде непрерывного возобновления повторяющихся все новых и новых циклов, но на более высоком уровне. В содержательном плане это означает, что прогресс познания сопровождается выдвижением и разрешением все новых и новых проблем. Основываясь на этом, Поппер делает вполне справедливый вывод, что «рост знаний идет от старых проблем к новым проблемам, посредством предположений и опровержений»[24].

Но каким образом осуществляется этот непрерывный процесс предположений и опровержений? Как научное познание движется к достижению объективно истинного знания?

По мнению Поппера, развитие знания происходит по аналогии с дарвиновской теорией эволюции живых организмов. В процессе познания между гипотезами возникает своеобразная борьба «за существование», и выживают те из них, что оказываются наиболее приспособленными для решения поставленной проблемы. Критически обсуждая и проверяя эти гипотезы, мы исключаем те из них, которые решают наши проблемы хуже, и выбираем лучшие, которые решают их более эффективно и адекватно. «При этом, — пишет Поппер, — я опираюсь на неодарвинистскую теорию эволюции, но в новой формулировке, в которой „мутации“ интерпретируются как метод более или менее случайных ошибок, а „естественный отбор“ — как один из способов управления ими с помощью устранения ошибок»[25].

Таким образом, эволюция знания происходит, с одной стороны, с помощью случайного способа выдвижения догадок, предположений и гипотез, а с другой — исключения тех из них, которые при проверке оказались ошибочными. Но можно ли таким способом приблизиться к истине, существование которой Поппер не только признает, но даже считает регулирующим принципом познания? Ответ на этот вопрос может быть только отрицательным. Действительно, если для решения проблемы объяснения какого-либо явления в принципе можно выдвинуть бесчисленное множество гипотез, то исключив конечное число ошибочных из них, мы никогда не можем приблизиться к истине. Ведь для этого не хватило бы даже астрономического числа времени. Между тем успехи науки свидетельствуют не только о том, что она раскрывает нам истину об объективном мире, но и о том, что темпы научного прогресса со временем возрастают. С точки же зрения Поппера, прогресс научного познания был бы невозможен или крайне маловероятен. Поэтому сам он вынужден был признать, что «даже в предположении (которое я разделяю), что наши поиски знаний пока успешны, и что мы теперь кое-что знаем о нашей Вселенной, этот успех оказывается удивительно маловероятным и потому необъяснимым»[26].

В связи с этим возникает вопрос: нельзя ли будет объяснить успехи познания, если отказаться от случайного характера проб и ошибок при решении проблем? Действительно, если мы признаем, что при выборе гипотез исследователь не все гипотезы будет считать одинаково возможными, а некоторые из них — более перспективными, многообещающими и приближающими нас к истине, то сможем избежать трудностей. В этом случае процесс выбора гипотез станет более рационально обоснованным и не сведется к проверке бесчисленного множества малоперспективных гипотез.

Реальная практика научного исследования действительно показывает, что исследователи после сравнительно небольшого числа проб попадают именно на перспективную гипотезу. Предпринималось множество попыток объяснить это явление. Одни ученые, как, например, Пирс, пытались объяснить это способностью человека стремиться к истине своего рода инстинктом, который, однако, отличается от других инстинктов тем, что действует не безошибочно, а с определенной частотой ошибок. Другие ученые ссылаются на существование врожденного знания. Большинство же способность правильного выбора гипотез и новых идей связывают с интеллектуальной интуицией, механизмы которой остаются пока еще не выясненными. В противовес этому немногие из специалистов по методологии науки пытаются привлечь внимание к анализу и поиску эвристических и регулятивных приемов и методов, облегчающих такой поиск. В целом же данная проблема имеет фундаментальный и комплексный характер и требует привлечения усилий философов, психологов, нейрофизиологов, специалистов по искусственному интеллекту и других ученых.

2.4. Постановка и разработка научных проблем

После анализа проблемной ситуации, когда будет выявлена невозможность объяснения новых фактов и результатов познания старыми методами и теориями, возникает необходимость в выдвижении, постановке и точной формулировке проблемы. Для этого необходимо, во-первых, ясно выразить цель проблемы, во-вторых, рассмотреть условия, при которых она может быть решена, а в-третьих, проанализировать ограничения, которые накладываются на ее решение.

Цель проблемы в каждом случае определяется конкретно, но в общем она состоит в устранении несоответствия между новыми фактами и старыми способами их объяснения в эмпирических науках и недостаточной обоснованности исходных принципов и основных понятий в абстрактных, теоретических науках.

Условия проблемы указывают на те предпосылки, которые необходимы и достаточны для ее решения.

Ограничения относятся к тем требованиям, которые накладываются на решение проблемы.

Цель проблемы формулируется при анализе проблемной ситуации, а условия и ограничения ее решения осуществляются на стадии разработки проблемы.

Предварительное общее знакомство с проблемой начинается с постановки проблемы. Рассматривая этот вопрос, необходимо учитывать, что здесь многое зависит от уровня теоретической зрелости той или иной науки, имеющихся в ней исследовательских наработок и заделов, состояния эмпирической и экспериментальной базы, а тем самым перспектив дальнейшего развития соответствующей отрасли науки. Все эти условия имеют интерсубъективный характер, и поэтому с ними должен считаться любой исследователь, приступающий к решению проблем в определенной области науки.

Однако не менее важную роль при выдвижении и особенно решении проблемы играют субъективные качества и особенности ученых, занятых научными исследованиями. К таким особенностям следует отнести не только квалификацию, личный опыт, одаренность и т. п., но и умение видеть точки роста науки, наиболее эффективные направления научного поиска, смелость в выдвижении новых идей и одновременно с этим тщательный анализ и критическую оценку полученных результатов. Такие психологические качества присущи лишь талантливым исследователям, обладающим высокоразвитым воображением, интуицией и творческим потенциалом, способным правильно и критически оценивать как собственные, так и чужие результаты. Не случайно поэтому наиболее актуальные и фундаментальные проблемы науки выдвигаются обычно выдающимися учеными, много и плодотворно поработавшими в своей науке, хорошо представляющими ее трудности и способными правильно наметить стратегию ее дальнейшего развития.

Из истории науки известно немало примеров, когда выдающиеся ученые на многие десятилетия вперед определяли основные направления развития своей науки и выдвигали ее фундаментальные проблемы. Великий Ньютон, создавший основы классической механики и теории гравитации, выдвинул также ряд новых проблем, которые предстояло исследовать и решить другим ученым. Наиболее фундаментальной он считал проблему природы гравитации, или тяготения, тел. Он признавал, что хотя тяготение «действует согласно изложенным… законам и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря», тем не менее оно устанавливает лишь количественную связь между «тяготеющими массами». Речь здесь идет о законе всемирного тяготения, открытом Ньютоном, согласно которому сила тяготения прямо пропорциональна произведению масс двух тел (m₁ • m₂) и обратно пропорциональна квадрату расстояния (r2) между ними:

F=g m₁ • m₂ /r2,

где g — постоянная тяготения.

Но этот закон оставляет открытым вопрос о механизме тяготения и характере действия сил тяготения, которые во времена Ньютона считались распространяющимися мгновенно.

Альберт Эйнштейн, построивший общую теорию относительности, объясняет механизм тяготения с помощью введенного им понятия гравитационного поля и равенства тяготеющей и инертной масс. Благодаря этому было опровергнуто представление о мгновенном дальнодействии гравитационных сил, однако природа тяготения полностью не раскрыта и до настоящего времени. До сих пор остается спорным вопрос о существовании гравитонов как особых частиц поля тяготения.

Замечательным примером постановки новых проблем в физике служит также известная книга Ньютона «Оптика», в которой были не только сформулированы важнейшие проблемы учения о свете, но и рассмотрены основные методы исследования физических явлений, в особенности получивший широкое распространение метод принципов. Хотя с появлением новой волновой концепции света некоторые из проблем, поставленных Ньютоном, оказались неперспективными, но многие из них способствовали творческим поискам в области корпускулярной интерпретации света на протяжении ряда лет. Нельзя также забывать, что корпускулярная идея вновь возродилась в понятии фотонов как квантово-механических объектов светового поля.

В математике примером, более близким к нашему времени, может служить программа, выдвинутая знаменитым немецким математиком Д. Гильбертом на Международном математическом конгрессе в 1900 г. В ней были поставлены наиболее актуальные проблемы развития и обоснования математики. Многие из них к настоящему времени уже решены, некоторые уточнены и переформулированы, но существование программы стимулировало математические исследования и оказало большое воздействие на развитие всей математики XX в.

Выдвижение программ исследования проблем, рассчитанных на перспективу, ставит своей целью стимулировать научный поиск в наиболее актуальных областях науки и способствуют выявлению в них точек роста научного знания.

Легче всего такие точки роста выявляются в математике и математическом естествознании, которые обладают сравнительно стабильной концептуальной структурой и преемственностью в развитии своих теорий. Значительно труднее обнаружить эти точки роста в экспериментальных и фактуальных науках, в которых развитие познания во многом определяется результатами эмпирических наблюдений и экспериментов, которые могут существенно изменить ход дальнейших исследований. Так, например, обнаружение, явлений естественной радиоактивности коренным образом повлияло на стратегию исследований в области строения вещества. Тем не менее для определения точек роста научного знания, а тем более для разработки проблем необходимо соблюдать определенную последовательность действий и стадий исследования.

Разработка научных проблем в таких абстрактных науках, как математика и математическая логика, должна начаться с определения принципиальной возможности разрешения проблемы. Поэтому в современной математике такое широкое распространение получили доказательства о неразрешимости некоторых видов проблем, в особенности с помощью алгоритмов. Например, существует простой алгоритм для извлечения квадратного корня, но нет алгоритма для вывода теорем из аксиом. Доказательства неразрешимости избавляют нас от бесполезной затраты интеллектуальных усилий для решения таких проблем.

В эмпирических и фактуальных науках вообще разработка проблем начинается с установления общего анализа альтернативных возможностей для их решения. На этой стадии должны быть сформулированы конкретные условия, при которых проблема может быть решена, а также определены ограничения, которые накладываются на ее решение.

За ней следует стадия генерирования новых идей, предположений и рабочих гипотез, которые возникают в процессе осмысления и конкретизации проблемы. Хотя процесс генерирования новых идей, как мы уже знаем, не поддается точному логическому анализу, тем не менее его результаты могут изучаться рациональными методами. Для оценки пробных решений проблемы могут быть использованы различные эвристические приемы (мысленный эксперимент, математические модели и компьютерные методы анализа), правдоподобные рассуждения (аналогия, индукция и статистика), а также вероятностные оценки полученных результатов.

Часто при выборе пробных решений проблем ссылаются на правдоподобие гипотез. Действительно, из множества пробных гипотез, способных решить проблему, для анализа и исследования обычно отбираются наиболее правдоподобные и многообещающие. Но это вовсе не означает, что при окончательной эмпирической проверке они обязательно могут оказаться истинными. Правдоподобие не тождественно истинности, ибо истина представляет собой соответствие знаний действительности, суждений и теорий фактам, а правдоподобие означает вероятность истинности знания или меру его приближения к истине.

Правдоподобие, или логическую вероятность, следует, поэтому отличать от статистической вероятности, которая определяется через относительную частоту появления случайных массовых событий. Если статистическая вероятность непосредственно характеризует определенные объективные отношения в реальном мире, то правдоподобие выражает специфические логические отношения между суждениями. В логике правдоподобность обычно определяют как степень подтверждения одного суждения, в частности гипотезы, другими суждениями (свидетельствами, результатами наблюдений и экспериментов, либо иными фактами). Поскольку такие свидетельства, например эмпирические факты, никогда не могут окончательно верифицировать, т. е. установить, истинность гипотезы или теории, то вновь возникает труднейший вопрос о дополнительных критериях выбора.

Поскольку никакого общего решения этого вопроса не существует, и вряд ли оно может быть найдено, усилия многих исследователей направлены на поиски критериев и методов частного характера. Соответственно этому сами проблемы нередко в таких случаях превращаются в задачи. Разница между задачами и проблемами состоит в том, что для решения задач часто существуют общие правила, методы или приемы. В простейших случаях, как, например, в математике, говорят о правилах (или алгоритмах) решения арифметических, алгебраических, геометрических и других подобных задач. Стандартные методы используются также для решения технических задач. В методологии научного познании вслед за Т. Куном часто говорят, что парадигмы служат для решения задач так называемой нормальной науки. Во всех таких случаях существует некоторый общий способ, или алгоритм, решения задач. Полноценные научные проблемы отличаются от задач тем, что для их решения не существует такого алгоритма, поэтому используется научный поиск, опирающийся на творческое воображение, интуицию и некоторые эвристические средства и приемы исследования.

Промежуточное положение между научными проблемами и задачами занимают проблемы, которые связаны с выбором между альтернативными возможностями их решения. Вообще говоря, рациональный выбор играет существенную роль при решении множества вопросов и задач: от индивидуального поведения до определения тактики и стратегии проведения эффективной экономической, социальной, экологической, энергетической политики общества.

Существует общая математическая теория выбора и принятия решений, которая сформировалась на основе конкретной теории исследования операций, возникшей в период Второй мировой войны. Содержательная идея, лежащая в ее основе, весьма проста и на нее мы постоянно опираемся — часто даже не сознавая этого — в своих повседневных решениях. Принимая то или иное решение, мы интуитивно оцениваем, во-первых, насколько наш выбор решения (альтернатива) может оказаться полезным или эффективным для достижения поставленной цели, а во-вторых, в какой мере его осуществление может быть вероятным среди других возможных решений, или альтернатив.

Оптимальный выбор среди альтернатив осуществляется на основе общей оценки эффективности достижения цели и вероятности ее реализации. В повседневных и простых решениях такие оценки делаются на интуитивном уровне, и поэтому никакой особой точности к выбору не предъявляется. Когда же число альтернатив значительно возрастает, а требование к определению точности оптимального выбора усиливается, тогда для оценки эффективности и вероятности оптимального выбора обращаются к специальным математическим методам и вычислительным средствам.

Нельзя ли применить теорию принятия решений к выбору гипотез для решении научных проблем?

Ответ будет отрицательным по той простой причине, что количество альтернативных гипотез в науке ничем не ограничено, а критерии выбора зачастую остаются неизвестными. Во всяком случае, ни эффективность, ни вероятность гипотезы точно определить нельзя. Поэтому такой оптимальный выбор среди бесконечного множества случайных догадок, предположений и гипотез был бы просто невозможен. Именно поэтому исследователь, как мы уже говорили, не считает все гипотезы в равной мере перспективными и многообещающими, а это зависит от его подготовки, опыта, квалификации, а самое главное — таланта, творческого потенциала и смелости в выдвижении перспективных гипотез и критическом их обсуждении.

Логико-математическая стадия разработки проблемы сводится к проверке самой формулировки проблемы и предложенного ее решения на непротиворечивость, отсутствие тавтологий и информативность. Противоречивые утверждения согласно закону логики запрещается использовать как в формулировках отдельных положений, так и в рассуждениях, ибо это приводит к непоследовательности и деструктивности мышления. Тавтологии не дают конкретного, содержательного знания о действительности, а неинформативное знание не способствует приращению нового знания, в особенности эмпирического.

Для проверки полученного решения проблемы необходимо вывести из него все логические следствия, в особенности следствия, допускающие эмпирическую проверку, чтобы сопоставить их с результатами наблюдений и экспериментов. Как мы отмечали в предыдущей главе, именно на эту сторону научного исследования обращают главное внимание сторонники и логического позитивизма, и критического рационализма. Поэтому, например, К. Поппер считает задачей логики научного исследования именно использование средств и методов логики с целью проверки гипотез и теорий, выдвинутых для решения конкретных проблем науки. Бесспорно, логика здесь играет важную роль, являясь составной частью общего механизма проверки пробных решений проблемы. Но она используется также на протяжении всего процесса постановки и решения проблемы, начиная от логического анализа ее предварительной формулировки, оценки пробных решений и заканчивая их эмпирическим подтверждением и окончательной проверкой.

Рассматривая общий подход к решению научных проблем, следует выделить вопрос об отношении между эмпирическим и теоретическим знанием в ходе постановки и разработки проблем. Ведущая роль в этом процессе, как мы отмечали выше, принадлежит рационально-теоретическому знанию, даже если оно выступает в еще неразвитой форме догадок и предположений. Действительно, чтобы начать целенаправленный и систематический, а не случайный и произвольный поиск фактов в пользу какой-либо идеи или предположения, надо располагать, по крайней мере, простой интуитивной догадкой. Иными словами, чтобы открыть что-то новое, надо знать, где искать свидетельства в его пользу, факты, которые в той или иной степени могут подтвердить его. По мере накопления, систематизации и теоретического анализа фактов возникает возможность перехода от простых догадок к более обоснованным предположениям и рабочим гипотезам, а от них — к непосредственно объяснительным гипотезам.

Представители традиционной логики[27] считают гипотезы и законы индуктивным обобщением эмпирических фактов. Сторонники гипотетико-дедуктивной модели научного познания принимают гипотезы как заранее заданные и задачу методологии науки сводят к выводу следствий из гипотез и соотнесению этих следствий с данными наблюдений и экспериментов. В отличие от них выдающийся американский логик Пирс впервые обратился к использованию абдуктивных рассуждений для поиска объяснительных гипотез. Он показал, что эмпирические факты служат не только для проверю! гипотез, но и для поиска объяснительных гипотез. Тщательный теоретический анализ фактов позволяет выявить определенную связь между ними, которую в виде некоторой закономерности можно сформулировать в форме рабочей гипотезы. Следствия из нее обеспечивают возможность проверки гипотезы не только ранее известными, но и новыми фактами, а тем самым позволяют корректировать ее до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее объяснение фактов. Таким образом, здесь теоретический анализ и эмпирические процедуры, а также индукция и дедукция выступают во взаимодействии и единстве.

Отмечая приоритет теории в постановке проблемы, мы вовсе не хотим сказать, что всякий конкретный процесс исследования в науке всегда начинается с проблемы и теоретических предположений и гипотез для ее решения. Иногда необходимы новые наблюдения и поиск дополнительных фактов, чтобы сформулировать проблему и проверить пробное ее решение.

Сторонники эмпиризма обычно преувеличивают роль эмпирического уровня в познании, значение результатов наблюдения и опыта. Поэтому главное внимание они обращают на накопление, систематизацию и обобщение эмпирической информации. Хотя такая систематизация играет важную роль в научном познании, особенно на первоначальной стадии становления той или иной науки, но накопленная информация нуждается в теоретическом объяснении.

Когда эмпирическая наука начинает только формироваться, тогда именно факты требуют теоретического объяснения и выдвигают соответствующие проблемы. В качестве решения проблем на этой стадии становления науки выступают эмпирические обобщения и законы, в том числе простейшие индуктивные методы исследования в виде канонов индукции Бэкона-Милля. Когда же наука достигает определенной теоретической зрелости, тогда важнейшим источником возникновения проблемных ситуаций и конкретных проблем служит несоответствие, или противоречие, между новыми эмпирическими фактами и старыми теоретическими методами их объяснения. Постоянное разрешение и возобновление этого противоречия приводит к появлению все новых и новых проблем, непрерывный процесс решения которых характеризует научный прогресс.

Глава 3. Эмпирические методы исследования

В науке основными формами эмпирического исследования являются систематические наблюдения и тщательно спланированные и построенные эксперименты. К ним относят также разнообразные измерительные процедуры, которые хотя и опираются на определенные теоретические представления, но используются в рамках эмпирического познания, и главным образом в экспериментальных исследованиях.

3.1. Наблюдение как метод познания

Исходной формой эмпирического познания считается наблюдение, поскольку оно применяется и в рамках эксперимента и измерений, хотя может проводиться самостоятельно, особенно на первых этапах становления науки. Поэтому целесообразно начать обсуждение методов эмпирического познания именно с анализа функций и особенностей наблюдений в науке.

Специфика наблюдений в науке. Научное наблюдение представляет собой целенаправленное, систематическое и организованное восприятие изучаемых предметов и явлений. Связь наблюдения с чувственным познанием очевидна, поскольку процесс восприятия действительности связан с переработкой и синтезом тех ощущений, впечатлений и образов, которые наблюдатель получает от внешнего мира. Все они служат отображением отдельных чувственно воспринимаемых свойств, сторон и отношений наблюдаемых предметов и явлений. Иногда наблюдение может относиться также к восприятию переживаний, чувств и иных психических состояний самого субъекта. Такое наблюдение называют интроспекцией.

Деятельность сознания в процессе наблюдений не ограничивается только тем, что она объединяет и синтезирует в единый чувственный образ, или восприятие, результаты различных ощущений. Активная роль научных наблюдений проявляется прежде всего в том, что ученый не просто фиксирует встречающиеся ему факты, а сознательно и целенаправленно ищет их, руководствуясь определенной идеей, предположением, гипотезой или теорией. Поэтому часто говорят, что наблюдения в науке «теоретически нагружены», т. е. предполагают взаимодействие с теоретическими представлениями.

Сторонники эмпиризма и позитивизма, чтобы гарантировать «чистоту» и надежность наблюдений, требуют отказаться при этом от какой-либо связи эмпирических фактов с предварительными теоретическими идеями и гипотезами. Позитивисты, например, предлагали даже создать «чистый язык наблюдений», не содержащий и не предполагающий какой-либо связи с теоретическим языком понятий и суждений. Нетрудно, однако, понять, что все подобные программы оказались явно утопическими. Даже в обыденном познании при наблюдениях люди опираются на прежние мысли, опыт и обобщения.

В отличие от простых, повседневных наблюдений, которые большей частью случайны и неорганизованны, научные наблюдения имеют целенаправленный характер. Предпринимая исследование, каждый ученый ставит перед собой вполне определенную цель: подтвердить или опровергнуть интересующее его предположение, гипотезу или теорию. Таким образом, ученый не просто регистрирует любые факты, а сознательно отбирает те из них, которые могут либо подтвердить, либо опровергнуть его предположение или гипотезу. Наблюдения в науке имеют также систематический и упорядоченный характер. Одного или нескольких случаев наблюдений явления обычно бывает явно недостаточно, чтобы на этом основании судить о подтверждении или опровержении гипотезы.

Многие наблюдения в науке требуют, как правило, определенной интерпретации их результатов. Это требование касается в первую очередь тех явлений и процессов, которые невозможно наблюдать ни непосредственно, ни с помощью простейших вспомогательных средств наблюдения. Например, движение микрочастицы в камере Вильсона мы наблюдаем с помощью того трека, или следа, который образуется при прохождении заряженной микрочастицы через ионизированный пар. Во всех аналогичных случаях мы судим о ненаблюдаемых явлениях лишь косвенно, поскольку наблюдаем не сами явления, а результаты их взаимодействия с теми или иными макроприборами и установками. Чтобы правильно судить о результатах подобных косвенных наблюдений приходится обращаться к определенной теории, с помощью которой осуществляется интерпретация таких результатов.

Взаимосвязь и взаимодействие научных наблюдений с теоретическими представлениями дает возможность не только целенаправленно искать новые факты, но и правильно их истолковывать, а тем самым отделять существенные факты от несущественных. Вот почему в науке редко бывает, чтобы важные открытия делались неспециалистами, хотя бы потому, что случай, как указывал Луи Пастер, может научить чему-то только подготовленный ум.

Несмотря на то что научные наблюдения, как и обыденные, основываются в принципе на чувственном восприятии предметов и явлений, в науке они лучше организованы, систематизированы, а самое главное — направляются и контролируются теорией. Повседневные же наблюдения имеют разрозненный, случайный характер и опираются на узкий эмпирический опыт и те знания, которые приобретаются в ходе этого опыта.

В научных наблюдениях широко используются также специальные средства и устройства (микроскопы, телескопы, фотокамеры, кино и теле аппараты и т. д.), которые служат для того, чтобы компенсировать природную ограниченность органов чувств человека, повысить точность и объективность результатов наблюдения.

Чтобы выявить специфику научных наблюдений, рассмотрим подробнее их важнейшие особенности.

Интерсубъективный характер научных наблюдений. Поскольку наблюдения служат, с одной стороны, основой для построения гипотез, а с другой — средством для их эмпирической проверки, то они дают результаты, которые не должны зависеть от воли, желаний и намерений субъекта. Эти результаты должны быть воспроизводимы любым исследователем, который знаком с соответствующей проблемой. Поэтому часто говорят, что наблюдения должны информировать нас об объективных свойствах и закономерностях реальных явлений и процессов. Но более предпочтительным нам кажется употреблять в данном случае термин «интерсубъективность» результатов наблюдений, их независимость от индивидуального исследователя, возможность их повторения и воспроизведения другими учеными. Однако достижение такой цели связано с немалыми трудностями.

Хотя наблюдения основаны на чувственном восприятии, тем не менее эти восприятия не являются чисто пассивным созерцанием действительности, поскольку сознание не только отражает мир, но и творит его. В процессе такого активного, творческого освоения мира даже на чувственной ступени познания возможны ошибки, заблуждения и даже простые иллюзии, связанные с деятельностью органов чувств. Всем хорошо известно, например, что палка, опущенная в воду, кажется сломанной. Ошибочность такой иллюзии опровергается опытом, а теоретически объясняется законом преломления света на границе двух сред. Значительно труднее обстоит дело с такими ошибками наблюдения, которые связаны с предвзятыми представлениями, ошибочными исходными установками и другими субъективными факторами, особенно при косвенных наблюдениях. Поэтому первым необходимым, хотя и недостаточным условием получения объективных результатов наблюдения является требование, чтобы эти результаты имели интерсубъективный характер и могли быть получены другими наблюдателями.

С этой точки зрения становится ясно, что непосредственные данные чувственного опыта отдельного субъекта, так называемые sense data, которые выдвигались эмпиристами в качестве подлинного источника знаний, имеют небольшую ценность в науке именно потому, что индивидуальные ощущения и восприятия не поддаются объективному контролю и проверке. При научном подходе к исследованию интерсубъективность служит важным этапом на пути достижения объективно истинного знания. Но и в этом случае результаты наблюдений разных исследователей тщательно анализируются в свете существующих теоретических представлений, а их точность и достоверность проверяется с помощью специальных приборов и регистрирующих устройств.

На первый взгляд может показаться, что использование приборов наблюдения, усиливающих точность наблюдений, целиком исключает, если не ошибки, то субъективизм в процессе наблюдения. Нетрудно, однако, понять, что данные, фиксируемые приборами, сами по себе еще ни о чем не говорят. Они требуют соответствующей интерпретации исследователем, которая осуществляется на основе соответствующих теоретических представлений.

Интерпретация данных наблюдения. Термин «данные» может породить ошибочное впечатление, что они даются наблюдателю чуть ли не в готовом виде. Такое впечатление в какой-то мере соответствует обыденному представлению о результатах наблюдения, но явно противоречит научной практике. Как правило, в науке данные представляют собой результат длительного, тщательного и продуманного исследования. И здесь следует отметить три важных момента.

Во-первых, поскольку данные получаются отдельными исследователями, то они должны быть освобождены от различных наслоений и субъективных впечатлений. Как уже отмечалось выше, науку интересуют объективные факты, которые допускают контроль и проверку, в то время как непосредственные чувственные впечатления являются исключительно достоянием субъекта.

Во-вторых, в качестве данных в науку входят не просто ощущения и восприятия от наблюдаемых предметов и явлений, а результаты их рациональной переработки, включающей стандартизацию данных наблюдения с помощью статистической теории ошибок, а также осмысление их с точки зрения представлений соответствующей отрасли науки. Стандартизация предполагает приведение данных к некоторым нормальным (стандартным) условиям наблюдения, чтобы можно было их подвергнуть первичной систематизации. Для этого составляются таблицы, строятся графики и диаграммы. Этот материал может быть использован для выдвижения предварительных обобщений и построения простейших эмпирических гипотез.

В-третьих, подлинная интерпретация данных наблюдения в терминах соответствующей теории проводится тогда, когда они начинают применяться в качестве свидетельств для подтверждения или опровержения тех или иных гипотез. Необходимым условием для использования таких данных является их релевантность к проверяемой гипотезе, т. е. возможность проверить с их помощью гипотезу, т. е. либо подтвердить, либо опровергнуть ее. Обычно свидетельствами считаются только те данные наблюдения, которые имеют непосредственное отношение к гипотезе и предсказаны определенной теорией.

Почему мы считаем туманный след в камере Вильсона свидетельством в пользу того, что он оставлен заряженной микрочастицей? Очевидно, потому, что он предсказан теорией ионизации. Точно так же наблюдения Эрстедом отклонений магнитной стрелки над проводником, по которому идет ток, натолкнуло его мысль на то, что в данном случае ток образует магнитное поле. Этот пример показывает, что хорошо подготовленные и осмысленные наблюдения могут служить не только для проверки готовых гипотез и теорий, но и служить средством эвристического поиска новых.

Все приведенные примеры показывают, что данные наблюдения сами по себе, без теоретической их интерпретации, не могут служить свидетельствами «за» или «против» какой-либо гипотезы. Пока не существует теоретического осмысления данных наблюдения, вновь обнаруженные факты в лучшем случае могут оставаться случайными и непонятными открытиями. Например, открытие еще древними греками свойства янтаря, натертого о сукно, притягивать мелкие частицы (то, что называют теперь электризацией трением) или свойства магнитного железняка притягивать металлические предметы (естественный магнетизм) оставались непонятными вплоть до создания электромагнитной теории, несмотря на попытки объяснить их с помощью механических моделей электрических и магнитных жидкостей.

Таким образом, отличие научного наблюдения от обыденного состоит не только в объективности и точности результатов наблюдения, но и в широком использовании теоретических понятий и законов для их интерпретации и объяснения.

Функции наблюдения в научном исследовании. Наблюдение и эксперимент, как известно, являются двумя разновидностями эмпирического познания в науке, без которых невозможно получить исходную информацию для дальнейших теоретических построений и последующей их проверки.

Существенное отличие наблюдения от эксперимента заключается в том, что оно осуществляется без какого-либо изменения изучаемых явлений и вмешательства наблюдателя в нормальный процесс их протекания. Эту особенность научных наблюдений очень ясно выразил, известный французский ученый К. Бернар: «Наблюдение, — писал он, — происходит в естественных условиях, которыми мы не можем распоряжаться». Это, конечно, вовсе не означает, что научные наблюдения являются пассивным отражением всего, что попадает в сферу непосредственного восприятия органов чувств. Мы уже отмечали, что они представляют собой целесообразно организованный, контролируемый и теоретически направляемый процесс. Поэтому речь здесь идет не об отсутствии активности субъекта вообще, а активности практической, связанной с невозможностью воздействия на наблюдаемые предметы и явления практически.

Чаще всего мы вынуждены ограничиться наблюдениями и исследовать их в естественных условиях протекания потому, что они недоступны для практического воздействия. Так обстоит дело с большинством астрономических явлений, хотя в последние десятилетия в связи с широким развертыванием космических исследований и в этой сфере все больше начинает применяться научный эксперимент. И все же наблюдение с помощью все более совершенных инструментов останется и в будущем важнейшим методом исследования звезд, туманностей, галактик и других объектов Вселенной.

Нередко при изучении социальных явлений прибегают к так называемому включенному наблюдению, когда социолог начинает работать в составе соответствующего коллектива в качестве его члена, чтобы исследовать вопрос с большей объективностью и без особых помех на поведение и действия коллектива. Непосредственное наблюдение со стороны, а тем более социальный эксперимент в этом случае значительно исказили бы реальную картину.

Наблюдение в научном исследовании призвано осуществить три основные функции.

Первая и важнейшая из них состоит в получении той эмпирической информации, которая необходима для постановки новых проблем, возникающих с обнаружением несоответствия между новыми фактами и старыми способами их объяснения. Эта особенность характерна прежде всего для фактов, которые не могут быть исследованы экспериментально (астрономические, геологические, многие социальные и другие явления и процессы).

Вторая функция наблюдений связана с эмпирической проверкой тех гипотез и теорий, которые нельзя провести с помощью эксперимента. Разумеется, экспериментальное подтверждение или опровержение гипотез предпочтительнее, чем проверка с помощью наблюдений. Однако там, где невозможно поставить эксперимент, единственными свидетельствами могут служит только данные наблюдений. При наблюдениях, которые сопровождаются точными измерениями, результаты проверки гипотез могут оказаться не менее надежными, чем экспериментальные, что подтверждается историей развития астрономии.

Третья функция наблюдений заключается в том, что в процессе проверки гипотез и теорий именно их эмпирически проверяемые следствиями соотносятся с непосредственно наблюдаемыми фактами, которые формулируются на языке наблюдений. Ученый обращается к теории, чтобы целенаправленно вести наблюдения, с другой стороны он вынужден постоянно обращаться к наблюдениям и экспериментам, чтобы проверить свои выводы. Наблюдение как раз и является тем звеном, которое связывает теорию с опытом, теоретические исследования с эмпирическими.

3.2. Эксперимент как особая форма эмпирического познания

Как мы уже знаем, все эмпирические данные могут быть получены с помощью двух различных способов. В обычных, не экспериментальных условиях исследователь наблюдает интересующие его явления, замечает определенные регулярности в их протекании, но нередко вынужден ждать, когда они появятся, и поэтому не может каким-либо образом влиять на них. В отличие от этого, когда он ставит эксперимент, то сознательно вмешивается в ход процесса, чтобы получить более точные и надежные результаты. Вот почему экспериментальный метод получил такое широкое распространение в научном познании. Современная наука, по существу, берет свое начало после появления первых блестящих экспериментов Галилея, которые продемонстрировали преимущества опытного изучения природы во взаимодействии с теорией. Без преувеличения можно утверждать, что громадные результаты в изучении природы за последние два столетия обязаны своим успехом прежде всего экспериментальному методу исследования.

Отличие эксперимента от наблюдения. Характерная особенность эксперимента как специального эмпирического метода исследования заключается в том, что он обеспечивает возможность активного практического воздействия на изучаемые явления и процессы. Исследователь здесь не ограничивается пассивным наблюдением явлений, а сознательно вмешивается в естественный ход их протекания. Он может осуществить это, либо изолировав исследуемые явления от некоторых внешних факторов, либо изменив определенные условия, в которых они происходят. И в том и другом случае результаты испытаний точно фиксируются и контролируются.

Таким образом, дополнение простого наблюдения активным воздействием на изучаемый процесс, превращает эксперимент в весьма эффективный метод эмпирического исследования. Этому способствует прежде всего более тесная связь эксперимента с теорией. «Экспериментирование, — пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, — означает не только достоверное наблюдение подлинных фактов, не только поиск эмпирических зависимостей между явлениями, но и предполагает систематическое взаимодействие между теоретическими понятиями и наблюдением»[28].

Идея эксперимента, план его проведения и интерпретация результатов в гораздо большей степени зависят от теории, чем поиск и интерпретация данных наблюдения.

В настоящее время экспериментальный метод используется не только в тех опытных науках, которые по традиции относят к точному естествознанию (механика, физика, химия и др.), но и в науках, изучающих живую природу, особенно в тех из них, которые применяют современные физические и химические методы исследования (генетика, молекулярная биология, физиология и др.).