Методологические и эвристические принципы построения теорий

 

Ознакомившись с методами анализа структуры теорий, перейдем теперь к рассмотрению наиболее сложного и трудного вопроса о принципах и методах их построения. Такие принципы по необходимо­ сти должны иметь скорее весьма общий и рекомендательный, чем обязательный характер в силу творческой природы процесса научного исследования вообще и построения теорий в особенности. Среди ме­ тодологических принципов можно выделить, во-первых, логические и интуитивные факторы, во-вторых, эмпирические и рациональные.

Логические факторы, несомненно, играют важную роль в построе­ нии теории, так как именно они служат, во-первых, для установле­ ния связи между ее основнымиинеосновными понятиями посред­ ством определений, во-вторых, для вывода (дедукции) из исходных посьшок теории (аксиом, фундаментальных законов и принципов) и следствий (теорем и неосновных законов), в-третьих, для индук­ тивного подтверждения эмпирически проверяемых следствий теории.

На первом этапе научного познания, когда возникающая наука бьша занята накоплением и систематизацией эмпирической инфор­

мации, логике придавалось решающее значение в открытии новых научных истин, в том числе и создании теорий. Как уже отмечалось в предыдущих главах, сторонники рационализма:XVII-XVIII вв. главным инструментом открытия новых истин считали дедукцию, посредством которой эти истины выводятся из заключений интел­ лектуальной интуиции, считавшихся самоочевидными. Защитники эмпиризма в качестве средства открытия законов и новых истин в науке признавали созданные еще Бэконом и модернизированные и усовершенствованные Миллем каноны индуктивной логики.

Несостоятельность таких попыток стала очевидной именно после

того, как в науке начали создавать теории, содержащие абстрактные понятия и законы. <<Чисто логическое мышление, - указывал Эйнштейн - не могло принести нам никакого знания эмпирическо­ го мира. Все познание реальности исходит из опыта и возвращается к нему>>!. По его мнению, большинство физиков:XVIII-XIX вв. ве­ рило, что основные понятия и законы физики могли быть даны из

 

 

1 Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 4. С. 182.

экспериментов посредством <<абстракциИ>>, т.е. логическими средст­ вами. Ясное осознание неправильности такого представления, на его взгляд, <<принесла по существу только общая теория относи­ тельности, которая показала, что соответствующий опытный мате­ риал можно объяснить на основе совершенно других принципов, и притом гораздо более удовлетворительным путем>>1.

Интуитивные факторы в создании новых научных идей и теорий получили широкое признание после того, когда бьша установлена несостоятельность попыток построения логик открытия. Конкрет­ ные механизмы и виды интуиции изучаются главным образом в психологии творчества, хотя многое здесь остается неясным и спор­ ным. Когда говорят об интуитивном познании в науке, то обычно имеют в виду не чувственное созерцание, а интеллектуальную ин­ туицию (т.е. рассуждение), не контролируемую жесткими правила­ ми логики, а опирающуюся на аналогии, сравнения, образы, эври­ стические соображения и т.д.

Нередко интуицию рассматривают как озарение, инсайт, вне­

запное открытие. На этом основании ее противопоставляют логиче­ скому рассуждению, а иногда и систематическому исследованию. Часто при этом ссьшаются на воспоминания и рассказы известных ученых, которые действительно свидетельствуют, что к некоторым важным своим открытиям они пришли после того, как перестали размышлять над интересующей проблемой, находясь на отдыхе, во сне, перейдя к изучению других вопросов и т.д.

Загадочным такое внезапное открытие, по-видимому, выглядит потому, что игнорируется вся предшествующая деятельность мышле­ ния, а по мнению известного французского математика А Пуанкаре, и подсознания. Он считал, что большинство комбинаций идей воз­ никают в подсознании, а сознание лишь отбирает те из них, кото­ рые являются красивыми и вследствие этого оказываются наиболее полезными2. Выдвигались и другие гипотезы о внутренних меха­ низмах интуиции, но ни одна из них, даже в области математиче­ ского творчества, не бьша достаточно обоснована и поэтому не по­ лучила общего признания.

Положение осложняется тем обстоятельством, что к интуиции нередко относят <<все интеллектуальные механизмы, о которых не знаем, как их проанализировать или даже точно назватЬ» 3.

Эмпирические и рациональные факторы связаны с оценкой их роли и отношения в построении теории. Естественно, что речь в данном случае идет о теориях фактуальных наук, которые дают всю система­ тизированную и полную информацию об изучаемой области реаль­

ного мира.

 

1 Эйнштейн А. Указ. раб. С. 183.

2 Пуанкаре А. Математическое творчество// О науке. -М., 1863. - С. 309-320.

3 Бунге М. Интуиция и наука. - М., 1967. - С. 93.

Эмпирические факторы теории составляют ее наблюдательный и экспериментальный базис, т.е. ту первичную информацию, на ко­ торой основываются ее абстрактные понятия и утверждения. С точки зрения различных направлений философского эмпиризма (позитиви­ сты, феноменалисты, бихевиористы, инструменталисты и др.), един­ ственно надежным и прочным в теории является именно ее эмпири­ ческий базис, прежде всего ее факты, которые можно непосредст­ венно наблюдать и проверять. Все же остальное представляет собой рациональную, умозрительную конструкцию, которая служит для обобщения, систематизации, более компактного и удобного пред­ ставления большого массива эмпирической информации.

Такой подход к построению теории бьш намечен еще Ф. Бэконом, который считал, что формирование теории сводится к постепенно­ му и осторожному обобщению путем индукции точно установлен­ ных эмпирических фактов, пока не будут найдены такие общие за­ коны, с помощью которых можно объяснить все известные факты. Поскольку с помощью индуктивных методов могут быть найдены лишь простейшие эмпирические законы о регулярных связях между наблюдаемыми свойствами явлений, то они не могут стать посьшка­ ми для подлинно научных теорий, призванных объяснить не только факты, но и эмпирические законы. В связи с возникновением в нау­ ке более общих и глубоких теорий, опирающихся на ненаблюдае­ мые объекты и абстрактные понятия, во второй половине XIX в. в методологии науки вновь происходит возврат к эмпиризму, кото­ рый сводится к превращению теории в простую дескрипцию, или описание, фактов.

Сторонники десюритпивuзма утверждают, что построение теории

сводится к наиболее точному и непредвзятому описанию фактов, а поскольку факты обнаруживаются на эмпирической стадии иссле­ дования, то защитников таких взглядов можно отнести к эмпири­

стам. Но они занимают более последовательную позицию, считая, что раз факты сами по себе достаточны для научного познания, то они рассматривают теорию просто как логическую систематизацию фактов, как косвенное их описание. Такие взгляды в конце XIX в. настойчиво пропагандировали известный австрийский физик и фи­ лософ Э. Мах и немецкий физико-химик В. Оствальд.

Мах, например, утверждал следующее: то, что мы называем тео­

рией, или теоретической идеей, относится к категории косвенного описания, которое придает ей количественное преимущества перед простым наблюдением, тогда как качественно между ними нет ни­ какой существенной разницы!. Выход за пределы наблюдаемого, введение атомов Демокритом и Дальтоном, возрождение вихрей Декарта в электромагнитной теории и другие теоретические пред-

 

1 См.: Мах Э. Познание и заблуждение.- М., 1908.

ставления, по его мнению, составляют <<почтенный шабаш ведьм>>. Появившуюся в тогдашней физике атомно-молекулярную теорию вещества он назвал <<мифологией природы>>.

Защитники рационализма, напротив, утверждают, что только аб­ страктные понятия и утверждения (аксиомы, законы и принципы),

составляющие концептуальное ядро теории, могут объяснить эмпи­ рические факты и законы. Поэтому исходным пунктом построения теории должно стать выдвижение абстрактных понятий и фунда­

ментальных гипотез, из которых по правилам дедукции может быть получена остальная часть теории, т.е. другие ее теоретические и эм­ пирические утверждения (факты и эмпирические законы). Рациона­ листы правы, когда заявляют, что теоретические понятия и законы не могут быть получены непосредственно из наблюдений и опыта, но они ошибаются, когда утверждают, что процесс генерирования новых идей, гипотез и предположений не поддается никакому кон­ тролю. Поппер, например, сводит такой процесс к непрерывным цепи догадок и опровержений, Кун - к отказу от старой парадигмы и принятию новой парадигмы на чисто субъективных основаниях. Сторонники гипотетико- дедуктивного подхода вообще отказываются, как мы видели, от исследования генезиса нового знания, в том числе научных гипотез и теорий.

Хотя процесс построения теорий нельзя регламентировать каки­

ми-либо жесткими правилами и схемами, тем не менее его можно контролировать посредством и логики, и опыта. Что касается общих методологических принципов построения любой научной теории, то

здесь следует обратить внимание прежде всего на необходимость схе­ матизации и идеализации изучаемой области действительности. По­ скольку теория представляет собой определенную концептуальную систему, или модель, реальности, постольку для ее создания необхо­ димо прежде всего выделить наиболее общие и существенные свой­ ства элементов реальных систем. А для этого необходимо абстраги­ роваться от всех второстепенных и несущественных для данного исследования черт, особенностей и свойств элементов реальных систем. От того, какие свойства или характеристики при этом вьще­ ляются как существенные, зависит успех всего дальнейшего исследо­ вания. Эта процедура отнюдь не сводится к механической реализации заранее известных правил, а является подлинно творческой задачей.

В качестве исторического примера можно указать на разные под­

ходы Декарта и Ньютона к образованию понятия количества дви­ жения в механике. Оба они считали, что количество движения тела зависит от его скорости, однако Ньютон в качестве другой важной его характеристики выбрал массу тела, Декарт - его объем. Но для определения динамических свойств тела эта геометрическая харак­ теристика оказалась несущественной. Вот почему механика Декарта

оказалась на уровне умозрительной концепции, в то время как ди­ намика Ньютона стала основой всей классической физики.

Отсюда видно, что процесс абстрагирования является отнюдь не

такой простой операцией, как это представлялось сторонникам эм­ пирической концепции, например Д. Локку. <<Если из сложных идей, означаемых именами <<человею> и <<лошадь>>, - писал он, -

устранить те особенности, которыми они различаются, удержать только то, в чем они сходятся, образовать из этого новую, особую сложную идею и дать ей имя <<животное>>, то получается более об­ щий термин, обнимающий вместе с человеком различные другие существа>>!. Такой чисто формальный подход в лучшем случае го­ дится для образования самых элементарных эмпирических понятий, но он явно не подходит для образования даже элементарных мате­ матических понятий. Ведь к понятию геометрической точки или прямой линии нельзя прийти путем отбрасывания некоторых наблю­ даемых свойств предметов и сохранения некоторого общего их свой­ ства. Все подобные понятия образуются путем процесса идеализации, т.е. создания таких воображаемых объектов, свойства которых отсут­ ствуют у реальных предметов. В физике такими понятиями являются

<<идеальный газ>>, <<несжимаемая жидкость>>, <<абсолютно черное тело>> и т.п. В социологии М. Вебера к ним приближаются мысленные конструкции, которые он называет <<идеальными типами>>. По его словам, они <<так же мало встречаются в реальности, как физиче­ ские реакции, которые вычислены только при допущении абсолют­ но пустого пространства>> 2.

Идеализация чаще всего связана с мысленным экспериментом, когда ученый теоретически осуществляет некоторые операции, ко­ торые нельзя проделать эмпирически ни в каком реальном опыте. О том, какое значение мысленный эксперимент играет в формиро­ вании теорий, свидетельствует история становления классической механики. Повседневный опыт показывает, что тело будет двигать­ ся тем быстрее, чем сильнее воздействие на него. Отсюда можно заключить, что движущееся тело сразу же остановится, как только перестанет действовать на него сила. Этот вывод, сделанный Ари­ стотелем, в течение двух с половиной тысячелетий считался непре­ ложной истиной. Чтобы опровергнуть его, Галилей обратился к та­ кому мысленному эксперименту. Допустим, что сила, заставлявшая его двигаться, вдруг перестала действовать. После этого тело прой­ дет еще некоторое расстояние, причем оно будет тем больше, чем меньше на него будут воздействовать силы трения, сопротивления воздуха и т.п. Если теперь мысленно представить, что все эти силы перестанут действовать, тогда тело будет двигаться с постоянной

 

1 Локк Дж. Опыт о человеческом разуме. - М., 1898. - С. 406-407.

2 Weber М Wissenschaft und Geselschaft. - Koln -Berlin, 1964. - S. 10.

скоростью равномерно и прямолинейно. Следовательно, скорость тела сама по себе не показывает, действуют ли на него внешние си­ лы. Об этом можно судить лишь по ускорению или замедлению его движения. <<Открытие, сделанное Галилеем, и применение им мето­ да научного рассуждения, - пишут Эйнштейн и Инфельд, - бьшо одним из самых важных достижений в истории человеческой мыс­ ли, и это отмечает действительное начало физики>>!.

Дальнейший шаг в построении теории связан с поиском ис­ ходных посылок, из которых чисто логически могут быть выведе­ ны все другие утверждения теории. Обычно утверждения в виде фактов или эмпирических законов бывают известны до построе­ ния теории. Выявить факты и сделать на их основе простейшие обобщения сравнительно нетрудно. Сложнее открыть эмпириче­ ские законы, установление которых в развитых науках связано с измерениями и часто предполагает обращение к простейшим аб­ стракциям и идеализациям.

Напомним, что известные из школьного курса физики законы Бойля- Мариотта и Гей-Люссака относятся не к реальным, аиде­ альным газам. Кроме того, они выражают регулярные связи, между определенными наблюдаемыми их свойствами а именно объемом и давлением в первом случае, объемом и температурой - во втором.

Чтобы сделать дальнейший шаг на трудном пути создания тео­ рии, необходимо прежде всего установить логическую связь между этими эмпирическими законами. Это бьшо осуществлено с помощью известного уравнения Менделеева - Клапейрона, описывающего параметры состояния идеального газа. Это уравнение можно рас­ сматривать как предпосьшку простейшей эмпирической теории, из которой логически выводятся законы Бойля - Мариотта и Шарля - Гей-Люссака.

Попытка дальнейшего обобщения этого эмпирического закона наталкивается, однако, на непреодолимые трудности, поскольку тре­ бует обращения к ненаблюдаемым объектам и теоретическим поня­ тиям. Как известно, такие понятия и принципы бьши введены с построением атомно-молекулярной теории вещества, с помощью которой удалось раскрыть внутренний механизм протекающих при этом процессов и тем самым объяснить все известные эмпириче­ ские законы.

Приведенный пример является типичным для точного естест­

вознания: по такой схеме бьши построены теории астрономии, ме­ ханики, оптики, электромагнетизма, химии и т.д. В таких опыт­ ных и фактуальных науках, как психология, социология, поли-

 

 

1Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики 11 Эйнштейн А. Собрание научных трудов. - М., 1967. - Т. IV. - С. 363.

тология, география, археология и им подобных, главная трудность состоит в наличии большого числа изолированных от друга эмпи­ рических обобщений и отсутствии надежных эвристических прин­ ципов, с помощью которых можно бьшо бы установить логическую связь между ними.

В ходе формирования теории ученым часто приходится обра­

щаться к эвристическим (от греч. heиrisko - ищу) приемам и мето­ дам, под которыми подразумеваются все те способы поискового мышления, которые не могут быть точно описаны аналитическими средствами. Их главное назначение состоит в том, чтобы способст­ вовать поиску истины, достижению цели или решению проблемы, когда для этого не существует общепризнанных методов и приемов.

Лучше всего особенности эвристики можно проиллюстрировать

на примере искусственного интеллекта, где есть немало задач, ко­ торые могут быть решены путем перебора всех вариантов и выбора из них оптимального. Но даже если число таких вариантов конеч­

но, оно может быть настолько большим, что справиться с этой за­ дачей будет трудно и быстродействующему компьютеру. Для того чтобы существенно уменьшить число <<слепых>> переборов наудачу, необходимо найти такой прием, который исключил бы заведомо неправдаподобные варианты. Другим примерам может служить эв­ ристическое программирование, которое широко применяется для решения задач, не допускающих точного алгоритмического описа­ ния. В более широком смысле к эвристическим методам могут быть отнесены все способы и приемы исследования, опирающиеся на наблюдения, аналогии, мысленные образы и модели, которые об­ легчают поиск истины, но, конечно, не доказывают ее.

Такие методы и приемы поиска начали использоваться еще в античной науке. Наиболее эффективно их применял Архимед, ко­ торый назвал их эвристическими, чтобы отличить от доказательных рассуждений. С помощью изобретенного им метода исчерпывания, ему удалось найти объемы многих геометрических тел. Однако при­ держиваясь традиций греческой математической строгости, Архи­ мед не относил свои результаты к доказательствам. <<Факт, к кото­ рому мы пришли,- подчеркивал он, -в действительности изложен­ ным рассуждением не доказан, но это рассуждение дало своего рода указание, что вывод вереН>>1.

Эвристические методы исследования теории находят наиболь­ шее применение в развитых эмпирических науках. По ходу изложе­ ния мы уже касались ряда примеров их плодотворного использова­ ния в качестве специфических средств поиска истины в конкрет­ ных науках. Так, принцип соответствия в физике дал возможность

 

1 Цит. по: Пойа Д Математика и правдаподобные рассуждения. - М., 1957. - С. 187.

построить математический аппарат квантовой механики, опираясь на соответствующим образом модифицированные уравнения клас­ сической механики. Принцип дополнительности способствовал раскрытию глубокой диалектической взаимосвязи между корпуску­ лярными и волновыми свойствами микрочастиц материи. Соотно­ шение неопределенностей В. Гейзенберга установило границы точ­ ности при измерении сопряженных величин элементарных частиц, таких, как координата и импульс частицы

Значительно большую роль в процессе построения теории иг­

рают мысленный эксперимент и модельные представления. Отвлечение от ряда ограничений реальных экспериментов, позволяющее значи­ тельно упрощать и идеализировать изучаемые явления, обеспечило

мысленному эксперименту такое широкое применение в точном ес­ тествознании, на которое вряд ли может рассчитывать любой дру­ гой эвристический метод. Нелишне будет отметить, что еще Гали­ лей в своих исследованиях механических процессов наряду с реаль­ ными экспериментами иногда обращался и <<К воображаемым>>, по его терминологии, экспериментам, позволявшим ему представить эти процессы <<В чистом виде>>. В самом деле, принцип инерции классиче­ ской механики, известный теперь как первый закон Ньютона, мог появиться лишь в результате воображаемого эксперимента, поскольку ни в каком реальном эксперименте невозможно полностью изоли­ ровать тело от внешних воздействий.

Мысленный эксперимент справедливо рассматривают как про­

должение и теоретическое обобщение эксперимента реального, по­ скольку именно последний дает наводящие указания о том, как можно бьшо мысленно продолжить процесс и осуществить пре­

дельный переход от реальной ситуации к воображаемой, идеальной.

Действительно, реальный эксперимент наводит на мысль, что по мере уменьшения воздействия внешних сил на движущееся тело, пройденный им путь увеличивается. Именно это обстоятельство да­

ло возможность предположить, что при отсутствии внешних сил те­ ло будет двигаться равномерно и прямолинейно. Аналогично этому непрерывное уменьшение размеров тела в пределе приводит кобра­ зованию понятия материальной точки.

В ходе исследования часто возникает также необходимость по­

строения разнообразных моделей изучаемых процессов, начиная от вещественных и заканчивая концептуальными и математическими моделями. Такие модели опираются на аналогии свойств и отноше­ ний между оригиналом и моделью. Изучив взаимосвязи, сущест­ вующие между величинами, описывающими модель, их затем пере­

носят на оригинал и таким образом делают правдаподобное заклю­ чение об особенностях поведения последнего.

В концептуальных моделях отображаются логические связи ме­

жду элементами моделируемых систем, а в математических моделях

исследованию подвергаются системы уравнений, описывающие та­ кие системы. Изменяя параметры этих уравнений, можно получить различные варианты моделей, вычислить их результаты на компью­ тере и сравнить с данными натурных экспериментов. Такой вычисли­ тельный, или машинный, эксперимент в последние годы стал при­ меняться для решения многих научных, народно-хозяйственных, экологических и других проблем.

Более простыми и привычными в процессе формирования тео­

рии являются мысленные модели, когда удачный образ помогает представить особенности чувственно не воспринимаемых свойств и

механизмов явлений. Прежде чем построить модель, сначала тща­ тельно анализируется вся доступная информация, затем выдвигает­ ся определенная гипотеза о структуре исследуемого объекта и толь­

ко потом подыскивается подходящий мысленный образ или модель. В ходе дальнейшего исследования в эту модель могут вноситься до­ полнения и уточнения, вызванные получением новой эмпириче­ ской информации.

Например, когда физики начали изучать испускание и погло­

щение света атомами, то в качестве мысленной модели они приня­ ли модель Дж. Дж. Томсона, согласно которой положительно заря­ женные частицы равномерно распределены по всему объему атома, а электроны вкраплены в него, подобно изюму в пудинге. Однако эксперименты с а-частицами показывали, что некоторые из них проходят свободно через атомы, а другие, ближе к центру, резко отклоняются от первоначального направления. Это заставило уче­ ных отказаться от первоначальной модели и принять модель Э. Резерфорда, в которой атом уподобляется миниатюрной Солнеч­ ной системе, где в центре расположено положительное заряженное ядро, а вокруг него вращаются электроны. Но и эту модель при­ шлось модифицировать, так как согласно принципам электромагне­ тизма вращающиеся вокруг ядра электроны должны бьши бы упасть на ядро. Ничего подобного в реальности не наблюдается, поскольку в нормальных условиях атомы являются весьма устойчивыми обра­ зованиями, и требуются огромные силы, чтобы разрушить их. Что­ бы устранить противоречие между моделью и реальным опытом, Н. Бору пришлось постулировать, что и вращаясь по стационарным орбитам, электроны не излучают энергии. Такое излучение проис­ ходит только тогда, когда электроны переходят с одной стационар­ ной орбиты на другую. В дальнейшем и эта модель подвершась пе­ ресмотру и уточнению.

Приведенный пример из истории развития физики ясно пока­ зывает, какую эвристическую роль играют концептуальные модели в научном познании, как они изменяются и совершенствуются под влиянием новых экспериментальных фактов.