Факты как цель эмпирического наблюдения.

Научный факт может быть рассмотрен в нескольких значениях:

· Во-первых, как некоторое событие, явление, фрагмент действительности. Например, исторический факт – Бородинское сражение (26 августа 1812 года).

· Во-вторых, как особого рода эмпирическое высказывание, описывающее познанное событие или явление. Например, протокольная запись П. Кюри [21], физика, наблюдавшего влияние рентгеновских лучей на состояние урана: Х-лучи не изменяют состояния урана.

· В-третьих, факт рассматривается как синоним истины. Например, сумма углов треугольника равна 180°.

В методологии науки вводится представление о трехслойной структуре факта. Факт представляется как некоторое сложное целое, состоящее из следующих компонентов: предложение – лингвистический компонент факта, эмпирический образ факта; совокупность приборов и инструментов, а также система практических действий с ними при установлении факта.

В методологии науки научный факт определяется как особого рода предложения, фиксирующие эмпирическое знание. Факты играют большую роль в проверке, подтверждении опровержении теорий. Соответствие фактам – одно из существенных требований, предъявляемых к научной теории.

В понимании природы факта выделяются, две основные тенденции: фактуализм и теоретизм.

Фактуализм подчеркивает независимость и автономность фактов по отношению к различным теориям.

Теоретизм утверждает, что факты полностью зависят от теории и при смене теорий происходит изменение всего фактуального базиса теории.

Абсолютное противопоставление фактов теории является неверным, так же как и полное растворение фактов в теории.

Зависимость фактов от теории проявляется в том, что теория формирует концептуальную основу факта: выделяет изучаемый аспект действительности, задает язык, на котором описываются факты, определяет средства и методы экспериментального исследования.

С другой стороны, полученные в ходе эксперимента факты определяются свойствами материальной действительности. И в силу этого либо подтверждают теорию, либо вступают с ней в противоречие.

В научном познании факты играют двоякую роль:

· во-первых, совокупность фактов образует эмпирическую основу для выдвижения гипотез и построения теорий;

· во-вторых, факты имеют решающее значение в подтверждении теорий (если они соответствуют совокупности фактов) или их опровержении (если тут нет соответствия). Расхождение отдельных или нескольких фактов с теорией не означает, что последнюю надо сразу отвергнуть. Только в том случае, когда все попытки устранить противоречие между теорией и фактами оказываются безуспешными, приходят к выводу о ложности теории и отказываются от нее.

В любой науке следует исходить из данных нам фактов, которые необходимо признавать, независимо от того, нравятся они нам или нет.

Итак, научный факт - это удостоверенный наукой и общественной практикой фрагмент знания, отражающий свойства материального и духовного мира.

Факты - это тот основной фонд науки, который отличает науку от философии и религии. Ни философия, ни религия таких фактов и обобщений не создают.

Недопустимо «выхватывать» отдельные факты, а необходимо стремиться охватить по возможности все факты (без единого исключения). Факты должны быть взяты в целостной системе, в их взаимосвязи.

Впрочем, не следует и «гнаться» за бесконечным числом фактов, а, собрав определенное их количество, необходимо в любом случае включить собранную систему фактов в какую-то концептуальную систему, чтобы придать им смысл и значение.

Ученый не вслепую ищет факты, а всегда руководствуется при этом определенными целями, задачами, идеями и т.п. Таким образом, эмпирический опыт никогда - тем более в современной науке - не бывает слепым: он планируется, конструируется теорией, а факты всегда так или иначе теоретически нагружены. Поэтому исходный пункт, начало науки - это, строго говоря, не сами по себе предметы, не голые факты (даже в их совокупности), а теоретические схемы, «концептуальные каркасы действительности».

Переход от данных наблюдения к эмпирическим зависимостям и научному факту предполагает элиминацию [22] из наблюдений содержащихся в них субъективных моментов (связанных с возможными ошибками наблюдателя, случайными помехами, искажающими протекание изучаемых явлений, ошибками приборов) и получение достоверного объективного знания о явлениях.

Такой переход предполагает довольно сложные познавательные процедуры. Чтобы получить эмпирический факт, необходимо осуществить по меньшей мере два типа операций:

1. Во-первых, рациональную обработку данных наблюдения и поиск в них устойчивого, инвариантного [23] содержания. Для формирования факта необходимо сравнить между собой множество наблюдений, выделить в них повторяющиеся признаки и устранить случайные возмущения и погрешности, связанные с ошибками наблюдателя.

Если в процессе наблюдения производится измерение, то данные наблюдения записываются в виде чисел. Тогда для получения эмпирического факта требуется определенная статистическая обработка результатов измерения, поиск среднестатистических величин в множестве этих данных.

Если в процессе наблюдения применялись приборные установки, то наряду с протоколами наблюдения всегда составляется протокол контрольных испытаний приборов, в котором фиксируются их возможные систематические ошибки. При статистической обработке данных наблюдения эти ошибки также учитываются, они элиминируются из наблюдений в процессе поиска их инвариантного содержания.

2. Во-вторых, для установления факта необходимо истолкование выявляемого в наблюдениях инвариантного содержания. В процессе такого истолкования широко используются ранее полученные теоретические знания.

Рассмотрим две конкретные ситуации, иллюстрирующие эту роль теоретических знаний при переходе от наблюдений к факту.

Известно, что одним из важных физических открытий конца XIX века было обнаружение катодных лучей, которые (как выяснилось в ходе дальнейших исследований) представляют собой поток электронов. Экспериментируя с катодными лучами, У. Крукс [24] зарегистрировал их отклонение под воздействием магнита. Полученные в этом опыте данные наблюдения были интерпретированы им как доказательство того, что катодные лучи являются потоком заряженных частиц. Основанием такой интерпретации послужили теоретические знания о взаимодействии заряженных частиц и поля, почерпнутые из классической электродинамики. Именно их применение привело к переходу от инварианта наблюдений к соответствующему эмпирическому факту.

Не менее показательным в этом отношении является открытие в астрономии таких необычных космических объектов, как пульсары [25].

Летом 1976 г. аспирантка известного английского радиоастронома Э. Хьюиша [26], мисс Белл, случайно обнаружила на небе радиоисточник, который излучал короткие радиоимпульсы. Многократные систематические наблюдения позволили установить, что эти импульсы повторяются строго периодически, через 1,33 сек. Первая интерпретация этого инварианта наблюдений была связана с гипотезой об искусственном происхождении сигнала, который посылает сверхцивилизация. Вследствие этого наблюдения засекретили, и почти полгода о них никому не сообщалось.

Затем была выдвинута другая гипотеза о естественном происхождении источника, подкрепленная новыми данными наблюдений (были обнаружены новые источники излучения подобного типа). Эта гипотеза предполагала, что излучение исходит от маленького, быстро вращающегося тела. Применение законов механики позволило вычислить размеры данного тела - оказалось, что оно намного меньше Земли. Кроме того, было установлено, что источник пульсации находится именно в том месте, где более тысячи лет назад произошел взрыв сверхновой звезды. В конечном итоге был установлен факт, что существуют особые небесные тела - пульсары, являющиеся остаточным результатом взрыва сверхновой звезды.

Установление этого эмпирического факта потребовало применения целого ряда теоретических положений (это были сведения из области механики, электродинамики, астрофизики и т.д.).

В обоих рассмотренных случаях факт был получен благодаря интерпретации данных наблюдения. Эту процедуру не следует путать с процессом формирования теории, которая должна дать объяснение полученному факту.

Установление факта, что катодные лучи являются электрически заряженными частицами, не является еще теорией, точно так же как факт обнаружения пульсаров не означал, что построена теория пульсаров.

Самое важное, что такая теория ко времени открытия пульсаров уже была создана. Это была теория нейтронных звезд, построенная нашим соотечественником, физиком Л.Д. Ландау [27]. Однако пульсары были обнаружены независимо от этой теории, и сами первооткрыватели нового астрономического объекта никак не ассоциировали свое открытие с теорией нейтронных звезд. Понадобилось время, чтобы отождествить пульсары с нейтронными звездами, и только после этого новые факты получили теоретическое объяснение.

Но тогда возникает очень сложная проблема, которая дискутируется сейчас в методологической литературе: получается, что для установления факта нужны теории, а они, как известно, должны проверяться фактами.

Эта проблема решается только в том случае, если взаимодействие теории и факта рассматривается исторически.

Безусловно, при установлении эмпирического факта использовались многие полученные ранее теоретические законы и положения. Для того, чтобы существование пульсаров было установлено в качестве научного факта, потребовалось принять законы Кеплера [28], законы термодинамики, законы распространения света – достоверные теоретические знания, ранее обоснованные другими фактами. Иначе говоря, в формировании факта участвуют теоретические знания, которые были ранее проверены независимо.

Что же касается новых фактов, то они могут служить основой для развития новых теоретических идей и представлений. В свою очередь новые теории, превратившиеся в достоверное знание, могут использоваться в процедурах интерпретации при эмпирическом исследовании других областей действительности и формировании новых фактов.

Другими словами, парадокс теоретической нагруженности фактов разрешается следующим образом. В формировании факта участвуют знания, которые проверены независимо от теории, а факты дают стимул для образования новых теоретических знаний. Последние в свою очередь (если они достоверны) могут снова участвовать в формировании новейших фактов, и т.д.

Эмпирические факты служат основой для открытия эмпирических законов, а с помощью законов можно объяснить факты.

Именно теоретик указывает путь экспериментатору, причем теория господствует над экспериментальной работой от ее первоначального плана и до ее последних штрихов в лаборатории. Соответственно не может быть и «чистого языка наблюдений», так как все языки «пронизаны теориями».

Таким образом, при исследовании структуры эмпирического познания выясняется, что не существует чистой научной эмпирии (опытного знания), не содержащей в себе примесей теоретического. Но это является не препятствием для формирования объективно истинного эмпирического знания, а условием такого формирования.

Наблюдение и описание.

 

К методам эмпирического исследования относятся, прежде всего: наблюдение и описание, измерения и эксперимент.

Исходным методом эмпирического уровня познания является научное наблюдение, под которым понимается целенаправленное изучение предметов, опирающееся в основном на чувственные способности человека (ощущение, восприятие, представление).

Благодаря наблюдению исследователь получает знание о внешних сторонах, свойствах и признаках рассматриваемого объекта. С помощью наблюдения происходит чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира, что приводит к накоплению некоторой первичной информации об объектах окружающей действительности.

В наблюдении отсутствует деятельность, направленная на преобразование, изменение объектов познания, что может обусловливаться рядом обстоятельств:

1. недоступностью объектов для практического воздействия (удаленные космические объекты),

2. нежелательностью вмешательства в наблюдаемый процесс (психологические, социальные процессы),

3. отсутствием технических, финансовых возможностей проведения экспериментальных исследований.

Наблюдение играет важнейшую роль в науках, где сбор эмпирического материала не может проводиться с помощью эксперимента, например, в астрономии, метеорологии. Однако, не следует считать, что наблюдение относится к пассивным, чисто созерцательным средствам познания. (Хотя, конечно, по отношению к эксперименту оно таковым и является.)

Научное наблюдение отличается от обыденного и характеризуется рядом особенностей:

- целенаправленность (фиксация взглядов на поставленной задаче);

- планомерност ь (действие по плану);

- активность (привлечение накопленных знаний, технических средств).

Активность наблюдения проявляется в целенаправленном характере наблюдения, прежде всего, в наличии исходной установки у исследователя: что наблюдать и на что обращать особое внимание. Отсюда вытекает избирательный характер наблюдения. При этом исследователь не должен игнорировать явления, не вписывающиеся в его исходные установки. Эти явления также должны фиксироваться, поскольку могут оказаться основанием для установления важных фактов.

Наблюдение всегда теоретически обусловлено, в чем тоже проявляется его активность. Известна фраза, достаточно ярко характеризующая теоретическую обусловленность наблюдения: «Ученый смотрит глазами, но видит головой». Именно поэтому дилетант и специалист, наблюдающие одни и те же вещи, фиксируют различные результаты. Научные наблюдения, хотя они опираются на работу органов чувств, требуют участия и теоретического мышления.

Наконец, обратим внимание на то, что наблюдение направлено на невнесение возмущений в естественные условия существования изучаемого объекта. Но деяние, связанное с ограничением субъектом самого себя и с контролированием им своих действий, очевидно, есть активность, пусть и особого рода. Так, например, исследователю, проводящему социологический опрос, приходится очень тщательно продумывать комплекс вопросов и манеру их подачи, с тем, чтобы обеспечить адекватность собираемого материала в отношении отсутствия возможных возмущений в естественном протекании изучаемого общественного явления.

Существуют два главных вида наблюдения: качественное и количественное.

Качественное наблюдение было известно людям и использовалось ими с древнейших времен - задолго до появления науки в ее нынешнем понимании.

Использование количественных наблюдений совпадает с самим становлением науки в Новое время. Количественные наблюдения связаны, естественно, с успехами в развитии теории измерений и измерительной техники. Переход к измерениям и появление количественных наблюдений означали и подготовку математизации науки.

Следует отметить, что формирование способности оперировать количественными характеристиками было важнейшим шагом в развитии первобытного человека. Счет – первый вид теоретической деятельности, с которой началось становление абстрактной способности мышления.

Очевидно, что важнейшую роль в появлении количественных представлений сыграла практическая деятельность человека: раздел добычи, туш животных. Долгое время человек ориентировался в окружающей среде, фиксируя лишь качественные, а не количественные свойства предметов. До определенного момента качественных характеристик было вполне достаточно. Так, по свидетельствам этнографов, оленеводы Северной Азии, имея несколько сотен оленей, не могли их пересчитать, но знали индивидуальные характеристики каждого оленя. (В основе количественного типа наблюдений лежит измерение, которое подробнее будет рассмотрено ниже).

По способу проведения наблюдения могут быть: непосредственные, опосредованные, косвенные.

Непосредственные наблюдения – это чувственное отражение тех или иных свойств, сторон исследуемого объекта при помощи только органов чувств. Например, визуальное наблюдение положения планет и звезд на небе. Так делал Тихо Браге [29] в течение 20 лет с непревзойденной для невооруженного глаза точностью. Он создал эмпирическую базу данных для открытия впоследствии Кеплером законов движения планет.

В настоящее время непосредственные наблюдения используются в космических исследованиях с бортов космических станций. Избирательная способность человеческого зрения и логический анализ – это те уникальные свойства метода визуальных наблюдений, которыми не обладает никакой набор аппаратуры. Другой областью применения метода непосредственного наблюдения является метеорология [30].

Непосредственное наблюдение продолжает играть немаловажную роль в науке, однако, чаще всего наблюдение бывает опосредованным.

Опосредованные наблюдения – исследование объектов с использованием тех или иных технических средств. Появление и развитие таких средств во многом определило то громадное расширение возможностей метода, которое произошло за последние столетия. Если в начале XVII столетия астрономы наблюдали за небесными телами невооруженным взглядом, то с изобретением в 1608 г. Галилео Галилеем [31] оптического телескопа перед исследователями открылся огромный облик Вселенной. Затем появились зеркальные телескопы, а в настоящее время на орбитальных станциях стоят рентгеновские, которые позволяют наблюдать такие объекты Вселенной, как пульсары. Другим примером опосредованного наблюдения служит изобретенный в XVII веке оптический микроскоп, а в XX веке – электронный.

По мере совершенствования научно-технического инструментария наблюдение становится все более сложным и опосредованным.

Косвенные наблюдения – это наблюдение не самих исследуемых объектов, а результатов их воздействий на другие объекты. Особенно используется такое наблюдение в атомной физике. Здесь микрообъекты нельзя наблюдать ни с помощью органов чувств, ни приборов. То, что наблюдают ученые в процессе эмпирических исследований в ядерной физике, – это не сами микрообъекты, а результаты их действий на некоторые технические средства исследования.

Например, при изучении свойств заряженных частиц с помощью камеры Вильсона [32] эти частицы воспринимаются исследователем косвенно по их видимым проявлениям – трекам, состоящим из множества капелек жидкости.

Существенным этапом наблюдения, от которого в значительной степени зависит его успех, является интерпретация результатов (например, расшифровка показаний приборов). Результаты наблюдения могут фиксироваться в схемах, графиках, диаграммах, цифровых данных, рисунках.

Кроме того, оно основывается и на определенных теоретических положениях. Это особенно наглядно видно на косвенных наблюдениях, поскольку установить связь между ненаблюдаемым и наблюдаемым явлением позволяет только теория. А. Эйнштейн [33] в этой связи говорил: «Можно ли наблюдать данное явление или нет – зависит от вашей теории. Именно теория должна установить, что можно наблюдать, а что нельзя».

Наблюдения могут нередко играть важную эвристическую роль в научном познании. В процессе наблюдений могут быть открыты совершенно новые явления или данные, позволяющие обосновать ту или иную гипотезу. Научные наблюдения обязательно сопровождаются описанием.

Познавательный итог наблюдения - это описание, то есть фиксация средствами языка исходных сведений об изучаемом объекте. Активность наблюдения проявляется так же в отборе исследователем средств описания.

С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков, цифр, принимая тем самым форму удобную для дальнейшей рациональной обработки (систематизации, классификации, обобщения).

Опираясь на описания, исследователь создает эмпирические обобщения, проводит классификацию объектов по определенным свойствам, характеристикам, выясняет закономерности этапов их становления и развития. Описания результатов наблюдений составляют эмпирический базис науки.

Описание должно отвечать ряду требований:

· быть по возможности более полным;

· точным;

· объективным;

· давать достоверную и адекватную картину самого объекта;

· использовать понятия, имеющие однозначный смысл.

Почти все науки проходят «описательную» стадию в своем развитии. Причем, если меняются средства описания, то часто создается новая система понятий, а вместе с ней меняется и парадигма [34] в самой науке.

 

Измерение и эксперимент.

 

В основе количественных наблюдений и экспериментов лежат измерения. Под измерением понимается процесс определения отношения одной измеряемой величины, характеризующей объект изучения, к другой однородной величине, принятой за единицу.

Другими словами, измерение - это метод, заключающийся в определении количественных значений тех или иных свойств, сторон изучаемого объекта, явления с помощью специальных технических устройств.

Введение измерения в естествознание превратило последнее в строгую науку. Оно дополняет качественные методы познания природных явлений количественными.

Измерения играют важнейшую роль в научных исследованиях. Неслучайно известный английский физик Уильям Томсон (Кельвин [35]) считал, что «каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

Благодаря измерению устанавливается числовое значение измеряемой величины в принятых единицах измерения. Результат измерения – это некоторое число единиц измерения.

Единица измерения – это эталон, с которым сравнивается измеряемая сторона изучаемого объекта. Этому эталону присваивается числовое значение «1».

Существует множество различных единиц измерения, даже для одних и тех же явлений. Например, для температуры: Кельвин, Цельсий, Фаренгейт.

Единицы измерения составляют системы единиц, в которых некоторые единицы приняты как базисные, а другие выводятся из них на основе математических соотношений.

Методика построения системы единиц как совокупности основных и производных впервые была предложена Карлом Фридрихом Гауссом [36] в 1832 году. Онпостроил систему единиц, в которой за основу были приняты 3 произвольные, не зависимые друг от друга основные единицы: длина (миллиметр), масса (миллиграмм) и время (секунда). Все остальные определялись при помощи этих трех.

В дальнейшем с развитием науки и техники появились и другие системы единиц физических величин, построенные по принципу Гаусса. Они базировались на метрической системе мер, но отличались друг от друга основными единицами.

Макс Планк [37] разработал «естественную систему единиц», в основу которой легли «мировые постоянные»: скорость света в вакууме, постоянная Больцмана, постоянная Планка, постоянная тяготения. Из них Планк получил производные единицы: длины, массы, времени и другие.

Вопрос об установлении единообразия в измерении величин был принципиально важным. Отсутствие такого единообразия порождало существенные трудности для научного познания. Так, до 1880 г. включительно не существовало единства в измерении электрических величин. Для сопротивления, например, было 15 названий единиц измерения, 5 единиц названий электрического тока и т.д. Все это затрудняло расчеты, сравнения полученных данных и пр. Только в 1881 г. на первом международном конгрессе по электричеству была принята первая единая система: ампер, вольт, ом.

В настоящее время в естествознании действует преимущественно Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 году на XI Генеральной конференцией по мерам и весам. Международная система единиц построена на базе основных (метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, кандела[38], моль[39]) и двух дополнительных (радиан, стерадиан[40]) единиц. Эта система охватывает физические величины механики, термодинамики, электродинамики, оптики, которые связаны между собой физическими законами.

Потребность в единой международной системе единиц измерения в условиях современной научно-технической революции очень велика. Поэтому такие международные организации как ЮНЕСКО и международная организация законодательной метрологии призвали государства, являющиеся членами этих организаций, принять систему СИ и градуировать в ней все измерительные приборы.