Функции теории в научном познании

По вопросу о функциях теории в научном познании в философии науки существует достаточное единодушие. Почти все соглашаются, что функциями теории являются описание явлений, предсказание новых явлений и объяснение явлений. По последнему пункту, правда, есть и разногласия. Философы и методологи феноменалистического направления часто отрицают функцию объяснения. Это позиция очень характерна для позитивизма. Например, выдающийся представитель второго позитивизма Пьер Дюгем в книге ``Физическая теория, ее цель и строение'' прямо отвергает возможность объяснения и требует ограничиться только описанием. Но к этому вопросу мы вернемся позже. А пока будем рассматривать классическую ``тройку'' -- описание, предсказание и объяснение.

Общая структура описания и предсказания в целом одинаковы:

из общей структуры теории с добавлением, может быть,

дополнительных предположений, мы получаем при помощи

математического аппарата следствия;

эти следствия интерпретируются в системе правил ин- терпретации и создается возможность соотнесения след- ствий с эмпирическими данными, с явлениями природы.

Если эти явления уже были известны, то мы говорим об

описании, а если явления еще не известны, то это называ-

ется предсказанием.

В целом все это весьма понятно и даже элементарно. В связи с этим часто говорят о ``логической симметрии'' между описанием и предсказанием.

Но если логическая структура описания и предсказания действительно одинаковы, то в гносеологическом отношении они все же различаются. Успешное описание -- это хорошо, но именно успешное предсказание является критериальным для принятия теории как правильной, адекватной данному классу явлений. Причем, всегда теория больше описывает, чем предсказывает. И это нормально.

Обратимся к некоторым важным аспектам описания и предсказания.

Само по себе описание просто и даже тривиально. Но есть очень важный и отнюдь не тривиальный аспект описания. Он состоит в том, что любая теория в своем описании объединяет классы явлений, которые раньше выглядели чем-то различным.

Так, классическая механика объединила падение тел на земле ("яблоко Ньютона") и движения планет вокруг Солнца. Электродинамика Фарадея-Максвелла объединила электрические и магнитные явления, а несколько позже и оптические. И это можно сказать о любой теории.

Таким образом, в описательную функцию теории включается и еще один аспект - объединяющий, синтезирующий различные классы явлений в более общий сверхкласс. Это замечательное свойство научной теории было замечено довольно давно. Еще в середине прошлого века выдающийся представитель первого позитивизма называл его ``совпадением индукций".

Возможно, что синтезирующий аспект научной теории следовало бы выделить в качестве отдельной функции. Но я оставляю этот вопрос на ваше усмотрение. Можете выделить его как самостоятельную функцию, а можете рассматривать как очень важный аспект внутри функции описания.

В предсказании тоже существует чрезвычайно важный, исключительно важный аспект, к которому мы уже несколько раз обращались. Я уже говорил о феноменалистическом направлении в гносеологии, согласно которому наше знание состоит только в возможности описания наблюдаемых явлений и не может относиться к сущности. Я утверждаю, что нетривиальное предсказание, предсказание явлений того типа, который еще не наблюдался, причем именно успешное предсказание несовместимо с феноменалистической позицией.

Следует отметить, что сами представители феноменалистических направлений не отрицают возможности нетривиальных предсказаний. Такое отрицание явно было бы нелепым -- нетривиальные предсказания (их еще называют ``открытиями на кончике пера") есть. Это эмпирический факт истории науки. Но при этом они не замечают или не хотят замечать, что такое нетривиальное предсказание не укладывается в идеологию ``чистого описания".

Обычно, когда речь заходит о теоретических нетривиальных предсказаниях, дается такое объяснение: язык теории -- это нетривиальный язык. Но тогда немедленно возникает вопрос: а в чем состоит природа этой нетривиальности? Я даю ответ: природа нетривиальности языка теории состоит в том, что теория является адекватным (приближенно адекватным) отображением сущности изучаемых явлений. И пусть сторонники феноменалистической позиции попробуют дать более обоснованный ответ.

И именно предсказание играет основную роль в проверке истинности теории.

В качестве последней функции теории рассматривается объяснение. Я уже упоминал, что сторонники феноменалистической позиции часто отвергают объяснительную функцию теории. Но это относится не ко всем направлениям.

Большую распространенность получила концепция объяснения, предложенная Карлом Темпелем и Патриком Оппенгеймом. Иногда к ним добавляют Карла Поппера. Суть этой концепции состоит в том, что объяснение -- это подведение единичной ситуации под общую закономерность (иногда говорят -- охватывающую закономерность). Что можно сказать по поводу этой концепции? Несомненно, она верна: действительно, когда нам удается включить некоторую частную ситуацию в общий закон, то мы говорим, что мы как-то объяснили эту ситуацию.

Но я считаю, что верность этой концепции только частичная (это правда и только правда, но не вся правда). Дело в том, что эта концепция носит явно выраженный феноменалистический характер. И не случайно и К.Темпель и П.Оппенгейм -- видные представители феноменалистического неопозитивизма.

Мы, естествоиспытатели, требуем от объяснения большего. Мы требуем, чтобы объяснение вскрывало причины -- почему данное явление происходит именно так, а не иначе. А постановка вопроса о причинах выводит нас за пределы феноменалистической позиции. Но я вполне осознанно говорю: мы, естествоиспытатели, требуем от объяснения вскрытия причин.

И в соответствии с этим требованием естествоиспытатели (здесь я излагаю позицию Гайзенберга) делят теории на феноменологические (описывающие) и объясняющие. Классическим примером феноменологической теории является термодинамика. Эта теория действительно описывает огромное множество явлений, подводя их под несколько общих закономерностей -- первый закон термодинамики (сохранение энергии), второй закон (возрастания энтропии), третий закон (тепловая теорема Нернста) в наши дни неравновесная термодинамика формулирует четвертый закон (минимальность скорости возрастания энтропии). И в какой-то мере термодинамика объясняет эти единичные явления. Но это объяснение очень неполное, почему мы и называем ее феноменологической теорией.

А объясняющей по отношению к термодинамике является статистическая физика. Или физическая кинетика, если речь идет о неравновесных процессах. Именно статистическая физика вскрывает причины данных явлений, рассматривая межатомные и межмолекулярные взаимодействия.

Обсуждая проблему феноменологических и объясняющих теорий, Гайзенберг отмечает существенную роль феноменологических теорий в развитии науки. Очень часто теоретическое развитие начинается именно с них, они становятся первой ступенью на пути создания более высоких объясняющих теорий.

Рассматривая проблему объяснения и взаимоотношение феноменологических и объясняющих теорий мы обращались к не очень точному, во многом интуитивному понятию причины.

Но желательно было бы провести более четкую демаркацию между феноменологическими и объясняющими теориями. Это можно сделать, если обратить внимание на то, что практически все существующие теории содержат параметры, которые не определяются из самой теории, а находятся из условия соответствия теории и опыта. Такие параметры обычно называются подгоночными.

Так вот, если теория содержит мало таких подгоночных параметров, то мы считаем ее объясняющей. Если же таких параметров много, то теория квалифицируется как феноменологическая. Здесь сразу же возникает вопрос, а сколько это ``мало'' и сколько "много"? Я думаю, что лучше всего подходит представление Колмогорова. Множество, система считается малым (соответственно -- число), если количество возможных взаимных связей мало. Если же число таких взаимных связей велико, то множество, система считается большим. Если число элементов системы есть N, то число возможных взаимных связей есть N! Значит, система для которой N! мало -- проста, а система, для которой N! велико -- сложна. Если N = 3, то N! = 6 и это мало. Если же N = 5, то N! = 120 и это много.

Если применить этот критерий Колмогорова к числу подгоночных параметров, то малое число их -- это меньше или равно 3, а большое число -- это больше или равно 5. И недаром Р.Фейнман говорил: ``дайте мне шесть подгоночных параметров и я заставлю мраморного слоника махать хоботом''.

Так вот, именно наличие большого числа подгоночных параметров -- больше четырех, заставляет нас квалифицировать теорию как феноменологическую. Особенно ясно это именно в термодинамике, которая содержит не просто подгоночные параметры, а целую подгоночную функцию -- уравнение состояния данной системы, которая не определяется внутри термодинамики, а задается опытом. Такая подгоночная функция -- это не просто несколько параметров, а бесконечно много параметров. Это особенно ясно, когда используется уравнение состояния в форме ряда по вириальным коэффициентам

pV = RT {1 + + +...,

где вириальные коэффициенты B ₁, В₂,...являются функциями температуры.

В термодинамике эти функции не определяются никак. В то же время статистическая физика позволяет находить вириальные коэффициенты на основе моделей межмолекулярного взаимодействия.

И вот сейчас самое время отметить, что различие между объясняющей и феноменологической теориями не абсолютно. Любая теория является феноменологической по отношению к более полной и сложной теории. Именно в рамках более полной теории удается теоретически определить те параметры, которые в старой теории были подгоночными.

Так, в физике элементарных частиц до конца 60-тых годов рассматривались четыре типа взаимодействия, каждое из которых характеризовалось своим параметром (константой) взаимодействия -- сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. В конце 60-тых годов была создана, а в 70-тые годы получила признание единая теория электромагнитных взаимодействий. И теперь вместо двух параметров -- константы электромагнитного взаимодействия и константы слабого взаимодействия есть одна константа электрослабого взаимодействия, расщепляющаяся на две. Но все физики уверены в том, что теория электрослабых взаимодействий является низкоэнергетической феноменологией будущей единой теории.

Я хочу обратить особое внимание на объясняющую функцию теории. Именно здесь происходит переход нашего познания от явлений (феномена) к сущности, что является основной целью теоретического уровня научного познания.

Мы рассмотрели структуру и функции теории в научном познании. И теперь я хочу вернуться к проблеме, обсуждение которой мы пропустили. Это проблема статуса теоретических объектов.