Эмпирические методы научного познания

 

У человека имеется две основные познавательные способности – чувства и разум. Посредством органов чувств мы вступаем в непосредственный контакт с окружающим миром и получаем чувственные образы окружающих нас вещей и явлений. Мы воспринимаем внешнюю форму окружающих предметов, их окраску, величину, слышим пение птиц и журчание ручьев, осязаем твердость и мягкость, тепло и холод. Разум устанавливает причинные связи событий, вскрывает внутреннее строение вещей, выявляет их существенные свойства. В соответствии с познавательными способностями человека в структуре научного знания выделяют два уровня – эмпирический и теоретический.

Эмпирический уровень включает в себя знание фактов – каких-то конкретных положений дел, явлений, свойств. Магнит притягивает железные предметы; Волга впадает в Каспийское море; пингвины не летают; орбита Земли ближе к Солнцу, чем орбита Марса, - все это факты. Они устанавливаются с помощью эмпирических методов познания – наблюдения, измерения, эксперимента – и образуют фундамент любой научной дисциплины.

 

2.1. Наблюдение

Наблюдение лежит в основе всех других эмпирических методов познания, будучи наиболее элементарным из них. И измерение, и эксперимент включают в себя наблюдение, но последнее может быть осуществлено и без них. В науке наблюдение используется для получения первичной эмпирической информации относительно изучаемой области, но главным образом – для проверки и обоснования истинности эмпирических суждений.

Научным наблюдением называется восприятие предметов и явлений действительности, осуществляемое с целью их познания.

В акте наблюдения можно выделить: 1) объект наблюдения; 2) субъект; 3) средства; 4) условия наблюдения; 5) систему знания, исходя из которой задают цель наблюдения и интерпретируют его результаты. Все эти компоненты акта наблюдения следует учитывать при фиксации и опубликовании результатов наблюдения. Важнейшим требованием к научному наблюдению является требование интерсубъективности: наблюдение должно быть осуществлено так, чтобы его мог повторить любой другой наблюдатель с одинаковым результатом. Лишь при соблюдении этого требования результат наблюдения будет определен как научный факт.

Интерсубъективность наблюдения свидетельствует об объективности результата наблюдения. Если все наблюдатели, повторившие некоторое наблюдение, получили один и тот же результат, то это дает основание считать результат наблюдения объективным научным свидетельством, а не ошибкой отдельного наблюдателя. С другой стороны интерсубъективность наблюдения не может с достоверностью обосновать его результата, т.к. заблуждаться могут все наблюдатели (если все они, например, исходят из ложных теоретических предпосылок). Результаты наблюдений ученых одной научной эпохи могут быть отвергнуты последующими поколениями ученых. Кроме того, результат наблюдения всегда содержит элемент субъективности, однако в рамках каждой отдельной научной эпохи интерсубъективность наблюдения свидетельствует о его относительной объективности.

Наблюдения разделяются на непосредственные и косвенные. При непосредственном наблюдении ученый наблюдает сам избранный объект. Так биолог наблюдает жизнь муравейника или поведение обезьян в рамках одной семьи. Однако далеко не всегда это возможно. Например, объекты квантовой механики или многие объекты астрономии невозможно наблюдать непосредственно. О свойствах таких объектов мы можем судить лишь на основе их взаимодействия с другими объектами. Подобного рода наблюдения называют косвенными наблюдениями. Косвенное наблюдение опирается на предположение об определенной закономерной связи между свойствами непосредственно наблюдаемых объектов и наблюдаемыми проявлениями этих свойств и содержит логический вывод о свойствах исследуемого ненаблюдаемого объекта на основе наблюдаемого эффекта его действия. Например, наблюдая за тем, как трепещет листва на деревьях, как сгибаются кустарники и деревья, можно судить о силе порывов ветра. Приблизительно так же, изучая поведение элементарных частиц, физик непосредственно наблюдает лишь их треки в камере Вильсона, которые представляют собой результат взаимодействия элементарной частицы с молекулами пара, заполняющего камеру. По характеру треков физик судит о поведении и свойствах частицы.

Между непосредственным и косвенным наблюдениями нельзя провести резкой границы. В современной науке косвенные наблюдения получают все большее распространение по мере того, как увеличивается число приборов, используемых при наблюдении, и расширяется сфера научного исследования. Наблюдаемый предмет воздействует на прибор, а ученый непосредственно наблюдает лишь результат взаимодействия предмета с прибором.

Наблюдение предполагает материальную деятельность, связанную с самим актом чувственного восприятия, использования приборов и т.п. Его специфика состоит в том, что наблюдение не включает в себя непосредственного физического воздействия на объект (либо этим воздействием можно пренебречь). Наблюдение является необходимым элементом других эмпирических методов познания – измерения и эксперимента.

Результаты наблюдения выражаются с помощью качественных и сравнительных понятий. Качественные понятия – такие, как «теплый», «зеленый», «большой», - обозначают некоторые классы предметов и, приписывая предмету свойство, выражаемое качественным понятием, мы тем самым включаем этот предмет в определенный класс. Когда мы приступаем к исследованию некоторой новой области явлений, то начинаем с выработки качественных понятий, с помощью которых проводим классификацию предметов исследуемой области, опираясь на наблюдение.

После образования качественных понятий и разбиения всех предметов на классы мы можем установить некоторые соотношения между классами однородных предметов с помощью сравнительных понятий, таких, как «больше», «теплее», «легче» и т.п.

Сравнительные понятия выражают сравнительную степень интенсивности свойства. С их помощью все предметы исследуемой области упорядочивают в определенную последовательность. Например, с помощью понятий «тяжелее», «легче», «равный по весу» мы можем все предметы расположить в последовательность классов, таких, что в один класс попадут предметы, равные по весу, предметы каждого предшествующего класса будут легче предметов последующего класса и предметы последующего – тяжелее предметов предшествующего.

 

2.2. Измерение

Измерением называют процесс представления свойств реальных объектов в виде числовой величины. В самом общем виде величиной можно назвать все то, что может быть больше или меньше, что может быть присуще объекту в большей или меньшей степени; числовая величина – это такая величина, которая может быть выражена числом. Таким образом, можно сказать, что измерение есть приписывание чисел свойствам изучаемых объектов. Что значит измерить высоту дерева? – Это значит приписать данному свойству дерева некоторое число, скажем, 22,5 метра.

Измерение – новая ступень в развитии эмпирического познания. Переход от наблюдения к измерению требует использования специальных приборов и инструментов, а также введения новых понятий и правил.

Результаты измерения выражаются с помощью количественных понятий.

Количественные понятия определяют выражают степень интенсивности некоторого свойства в виде числа. Если с помощью сравнительных понятий упорядочиваются все предметы изучаемой области по степеням интенсивности некоторого присущего им свойства, то с помощью количественных понятий приписываются определенные числа степеням интенсивности интересующего нас свойства. Пусть, например, имеется последовательность, в которой последующий класс содержит более массивные предметы одинакового объема. Деревянные – железные – серебряные – золотые. Мы можем приписать этим классам некоторые числа: 10 – 15 – 20 – 25. После этого у нас появляется возможность выражать свойство «быть тяжелее/легче» числом, т.е. измерять его. Так, например, измеряется твердость минералов: один минерал считается более твердым, чем другой, если он может оставить царапину на этом втором минерале. Все минералы располагаются в последовательности, в которой каждый следующий является более твердым, чем предшествующий. Алмазу – самому твердому минералу – приписано число 10; остальным – тем меньшее число, чем дальше отстоит минерал от алмаза в данной последовательности.

Измерение описанного вида, опирающееся на сравнительные понятия, еще не вполне совершенно, так как здесь еще нет собственно количественных понятий, и числа, приписываемые свойствам объектов, выбираются достаточно произвольно. Однако сравнительные понятия могут послужить основой для формирования количественного понятия на базе точных количественных методов исследования. Это оказывается возможным лишь на основе более глубокого познания сущности изучаемых явлений и уточнения теоретических предположений относительно изучаемой области.

Рассмотрим в качестве примера формирование понятия температуры (в качестве степени нагустости тел). В разговорном языке имеются качественные понятия «теплый», «холодный» и сравнительные понятия «теплее», «холоднее». Этих понятий достаточно для классификации предметов в повседневной жизни. Однако применить какую-либо количественную оценку теплоты без исследования физических причин и связей этого явления с другими явлениями невозможно, и высказывание «Один предмет в три раза теплее другого» представляется неопределенным Во времена Герона Александрийского (I в. н.э.) было замечено, что воздух расширяется, когда становится более теплым. Связь состояний «теплее» и «больше по объему» могла привести к мысли о том, чтобы сделать изменение объема тела наглядным представителем его нагретости. Галилей, изучая сочинения Герона, действительно пришел к этой мысли и для ее осуществления создал термоскоп – прибор, показывающий изменение состояния нагретости. Термоскоп состоял из трубки с шариком на конце, в котором находился воздух. Открытый конец трубки помещался в жидкость. Столбик жидкости в трубке опускался, когда воздух в шарике становился теплее, и поднимался, когда воздух охлаждался и его объем становился меньше. Термоскоп Галилея еще не позволяет ввести количественное понятие температуры. Он служил лишь для наглядной фиксации состояний «теплее» - «холоднее», осуществляемой через объективный процесс изменения объема.

Первым как средством измерения термометром был прибор, изготовленный членами Флорентийской Академии. Этот прибор отличался от термоскопа Галилея, тем, что 1) в нем было исключено влияние атмосферного давления, которое в термоскопе наряду с теплом также вызывало колебания уровня жидкости в трубке, и термометр, таким образом, был полностью отделен от барометра. 2) в приборе была шкала, в основу которой были положены две постоянные точки, соответствовавшие наиболее низкой и наиболее высокой температуре, наблюдавшейся в Тоскане (Италия).

Теплота, являющаяся выражением кинетической энергии хаотического движения молекул тела, не могла быть зафиксирована непосредственно. Ее наглядным представителем становится объем тела. Увеличение и уменьшение объема тела, в свою очередь, представляется как линейное перемещение столбика жидкости; последнее может быть измерено с помощью обыкновенной линейки. Таким образом, изменение состояний тепла редуцируется к измерению длины столбика жидкости, и метрическое понятие температуры возникает как интерпретация теплоты в линейных мерах. Дальнейшее усовершенствование термометра состояло в усовершенствовании шкалы, в нахождении постоянной точки отсчета и подходящей жидкости, расширение которой фиксируется по шкале. Эта работа была проделана Фаренгейтом, Реомюром и Цельсием, которые придали термометру его современный вид. Нетрудно видеть, что при введении количественного понятия температуры были использованы различные предположения теоретического характера: что температура тела связана с его объемом; что объем тела изменяется прямо пропорционально изменению степени нагретости тела; что базисные точки шкалы соответствуют некоторой постоянной температуре и т.п.

В настоящее время количественные понятия часто вводятся на основе теории как теоретические понятия (отображающие свойства идеализированных объектов). Когда теория строится относительно некоторой области явлений, то объектом теории является непосредственно не сама реальная область, а абстрактная, упрощенная модель этой области явлений – идеализированный объект. В этом случае количественные понятия относятся прежде всего к идеализированному объекту теории, и лишь поскольку последний отображает реальный объект теории, постольку количественные понятия с определенной степенью точности применимы для характеристики реальных предметов.

Пусть Q обозначает некоторую степень измеряемого свойства, U – единицу измерения, а q – числовое значение соответствующей величины. Тогда результат измерения можно выразить следующим образом: Q = qU. Это основное уравнение измерения. Для того чтобы в соответствии с ним приписать некоторое числовое значение измеряемой величине, нужно руководствоваться следующими правилами:

(1) Правило эквивалентности: если физические значения измеряемых величин равны, то должны быть равны и их числовые выражения: если Q1 = Q2, то q1U = q2U.

(2) Если физическое значение одной величины меньше (больше) физического значения другой величины, то числовое выражение первой должно быть меньше (больше) числового выражения второй: если Q1 > Q2, то q1U > q2U.

(3) Правило аддитивности: числовое значение суммы двух физических значений некоторой величины должно быть равно сумме числовых значений этой величины: qU (Q1 + Q2) = q1U + q2U.

В формулировке данного правила между Q1 и Q2 знак «+», обозначает эмпирическую операцию соединения двух значений одной величины. Эту операцию следует отличать от арифметического сложения. Величины, соединение которых подчиняется указанному правилу, называются «аддитивными», Таковы, например, будут масса, длина, объем в классической физике. Если соединить вместе два тела, то масса получившейся совокупности (отвлекаясь от дефекта массы и релятивистских эффектов) будет равна сумме масс этих тел. Величины, не подчиняющиеся указанному правилу, называются «неаддитивными». Примером неаддитивной величины может служить температура. Если соединить вместе два тела с температурой, скажем, 20 и 50 градусов Цельсия, то температура этой пары тел не будет равна 70 градусам. Существование неаддитивных величин показывает, что при обращении с количественными величинами следует учитывать, какие конкретные свойства обозначаются этими величинами, ибо эмпирическая природа этих свойств накладывает ограничения на операции, производимые с соответствующими количественными величинами.

(4) Правило единицы измерения. Необходимо выбрать некоторое тело или легко воспроизводимый естественный процесс и охарактеризовать единицу измерения посредство этого тела или процесса. Для температуры задают шкалу измерения, выбирая две крайние точки некоторого процесса, например, точку замерзания воды и точку ее кипения, и разделяют отрезок трубки между этими точками на определенное количество частей. Каждая такая часть будет единицей измерения – градусом. Единицей измерения длины является метр, времени – секунда. Хотя единицы измерения выбираются произвольно, однако на их выбор накладываются определенные ограничения. Тело или процесс, избранные в качестве единицы измерения, должны сохранять неизменными свои размеры, форму, периодичность. Строгое соблюдение этих требований возможно только для идеального эталона. Реальные же тела и процессы подвержены изменениям под влиянием окружающих условий. Поэтому в качестве реальных эталонов выбирают как можно более устойчивые к внешним воздействиям тела и процессы.

 

2.3. Эксперимент

Важнейшим методом эмпирического познания является эксперимент, который включает в себя наблюдение и измерение, а также непосредственное физическое воздействие на изучаемые объекты. Одной из наиболее характерных особенностей науки Нового времени является широкое использование эксперимента в научном исследовании.

Эксперимент есть непосредственное материальное воздействие на реальный объект или окружающие его условия, производимое с целью познания этого объекта.

В эксперименте можно выделить следующие элементы: 1) цель эксперимента; 2) объект экспериментирования; 3) условия, в которых находится или помещается объект; 4) средства эксперимента; 5) воздействия на объект. Каждый из этих элементов может быть положен в основу классификации экспериментов. Например, эксперименты можно разделять на физические, химические, биологические и т.д. в зависимости от различия объектов экспериментирования. Одна из наиболее простых классификаций основывается на различиях в целях эксперимента.

Целью эксперимента может быть установление каких-либо закономерностей или обнаружение фактов. Эксперименты, производимые с такой целью, называются поисковыми. Результатом поискового эксперимента является новая информация об изучаемом явлении, процессе, теле. Эксперимент может проводиться с целью проверки некоторой гипотезы или теории. Такой эксперимент называется проверочным. Невозможно провести резкой границы между этими двумя видами эксперимента: один и тот же эксперимент может быть поставлен для проверки гипотезы и в то же время дать неожиданную информацию об изучаемых объектах. Так же и результат поискового эксперимента может фальсифицировать принятую гипотезу или, напротив, верифицирует некоторое теоретическое предложение.

Эксперимент всегда представляет собой вопрос, обращенный к природе. Чтобы вопрос был осмысленным и допускал определенный ответ, он должен опираться на предварительное знание об исследуемой области. Это знание дает теория и именно теория ставит тот вопрос, ответ на который должна дать природа в результате эксперимента. Поэтому эксперимент как вид материальной деятельности всегда связан с теорией. Первоначально вопрос формулируется в теоретических терминах, определяющих абстрактные, идеализированные объекты. Чтобы эксперимент мог ответить на вопрос теории, этот вопрос нужно переформулировать в терминах, определяющих используемые эмпирические объекты.

Рассмотрим на примере экспериментального открытия светового давления этапы подготовки и проведения эксперимента. Идея о том, что свет производит давлении е на освещаемые тела, была высказана еще И.Кеплером. В корпускулярной теории света И.Ньютона эта идея получила теоретическое обоснование и развитие: поток корпускул, представляющий собой свет, ударяясь о поверхность тела, должен производить давление. Из волновой теории Х.Гюйгенса также следовало, что световая волна давит на освещаемые тела. Таким образом, теория поставила вопрос о существовании светового давления и предсказала положительный ответ.

Создатель электромагнитной теории Дж. К. Максвелл вычислил величину светового давления. Согласно теории сила давления зависит от интенсивности I света. Для случая, когда световые лучи образуют параллельный пучок, давление р равняется плотности световой энергии u, т.е. энергии единицы объема. При этом предполагается, что тело, на которое падает свет, является абсолютно черным, т.е. поглощает всю падающую на него световую энергию. Если же коэффициент отражения тела не равен нулю, а имеет некоторое значение g, то давление р = u(I + g). Для идеального зеркала, коэффициент отражения которого равен I, давление р, согласно этой формуле, будет равно 2 u. Если интенсивность света, т.е. количество энергии, проходящей через 1 см². за 1 с., обозначить через J, то плотность лучистой энергии будет равна J/с, где с – скорость света. Подставив вместо u выражение J/с в формулу для вычисления давления, получим соотношение р = (J/с) (I + g). Пользуясь последней формулой, Максвелл вычислил, что сила, с которой солнечные лучи в ясный день давят на 1 м черной поверхности, равна 0,4 мг.

Теоретическая основа эксперимента была подготовлена. Световое давление было представлено в виде измеряемой величины, а вычисленное значение этой величины могло дать представление о тонкости и сложности эксперимента. Однако проблема была сформулирована лишь в теоретических терминах, относящихся к идеализированным объектам и свойствам, с которыми реальное действие невозможно. В расчет Максвелла входили такие понятия, как «абсолютно черное тело», «идеальное зеркало», «интенсивность света» и т.п. Ни наблюдать, ни измерять объекты, обозначенные этими понятиями, было нельзя. Только после того, как русский ученый П.Н.Лебедев придал этим понятиям определенный эмпирический смысл, ему удалось построить прибор для обнаружения и измерения светового давления.

Прибор Лебедева состоял из легкого подвеса на тонкой нити, по краям которой были прикреплены очень тонкие и легкие крылышки. Одно из крылышек было зачернено, а другое оставлено блестящим. Подвес помещался в сосуде, из которого был откачан воздух. Свет от дуговой лампы концентрировался при помощи системы линз и зеркал на одном из крылышек и вызывал закручивание подвеса, которое можно было наблюдать и замерять. Определенная часть светового пучка подавалась на термоэлемент, который служил для измерения величины падающей энергии J. Измерения Лебедевым светового давления с помощью этого прибора дали величину, согласующуюся с предсказанной.

Примере показывает, каким образом теоретическая задача формулируется как задача экспериментальная. В эксперименте Лебедева световое давление было интерпретировано как наблюдаемое закручивание подвеса, а интенсивность света посредством термоэлемента трансформировалась в тепловое расширение. Цель эксперимента, которая, с точки зрения теории, состояла в обнаружении и измерении светового давления, непосредственно ставилась как обнаружение и измерение закручивания подвеса. Непосредственный результат эксперимента состоял в обосновании эмпирического суждения: «Подвес закручивается». В результате теоретического осмысления наблюдаемого положения дел, выражаемого этим суждением, Лебедев имел возможность сформулировать результат: «Световое давление существует».

При рассмотрении последовательности этапов проведения эксперимента на первое место следует поставить формулировку проблемы, для решения которой ставится эксперимент. В приведенном выше примере проблема формулировалась так: «Существует ли в действительности световое давление и если существует, то какова его величина?». Проблема, ответ на которую должен дать эксперимент, определяет и выбор величин, измеряемых в ходе эксперимента (световое давление и интенсивность света). Сами эти величины не могли быть обнаружены и фиксированы в эксперименте. Для того чтобы войти в экспериментальные процедуры, они предварительно должны быть интерпретированы эмпирически, т.е. представлены в виде некоторых других величин, которые можно наблюдать и измерять.

Первый этап – выбор эмпирической интерпретации теоретических величин – очень важен при подготовке эксперимента. Только после этого теоретические построения и расчеты приобретают эмпирический смысл, а сам эксперимент становится принципиально возможным.

Второй этап в проведении эксперимента – выбор условий и используемых приборов – определяется эмпирической интерпретацией теоретических величин. Если необходимо, чтобы световое давление было представлено как закручивание подвеса, то следует обеспечить создание таких условий, чтобы это закручивание не могло быть вызвано никакими другими факторами. В эксперименте Лебедева трудность состояла в том, что силы светового давления очень малы, и их действие легко перекрывалось рядом других факторов. Среди них наиболее существенными были конвекционные токи воздуха и радиометрические силы. Когда подвес был окружен воздухом, движение воздушных потоков могло закручивать его. Чтобы устранить или хотя бы ослабить действие этого фактора, Лебедев поместил подвес в стеклянный баллон, из которого воздух можно было откачать. Радиометрический эффект заключается в том, что освещенная сторона пластинки нагревается сильнее неосвещенной стороны, и противоположные стороны испытывают неодинаковое давление газа, что может также вызвать закручивание подвеса. Чтобы избежать этого, крылышки были сделаны весьма тонкими.

Третий этап: воздействие на объект, наблюдение его поведения и измерение контролируемых величин. Этот этап является назвать решающим в проведении эксперимента. Именно на этом этапе получается ответ на вопрос теории, обращенный к природе. В эксперименте Лебедева ответ был положительным, а в эксперименте Майкельсона – Морли по обнаружению эфирного ветра природа ответила: «Нет!», хотя уверенность в существовании эфира была ничуть не меньшей, чем уверенность в существовании светового давления.

Четвертый, этап заключается в обработке полученных данных, их теоретическом осмыслении и включении в научный оборот. Закручивание подвеса, наблюдавшееся в эксперименте, истолковывается как вызванное световым давлением; отсюда делается вывод, что давление света действительно существует, и утверждение об этом включается в теорию как получившее экспериментальное обоснование.

Рассмотрение структуры и этапов проведения эксперимента позволяет дать обоснованный ответ на вопрос о соотношении теории и эксперимента. Эксперимент, отнюдь не противопоставлен теории и неотделим от теории, ибо существенно зависит от нее. Как человеческий глаз для того, чтобы служить органом зрения, должен соединяться с мозгом в единую функциональную систему, так и эксперимент, для того, чтобы служить средством получения знания, должен соединяться в единую систему с теорией.

Роль теории в создании эксперимента особенно ярко проявляется в существовании такой формы познания, как мысленный эксперимент, т.е. мысленное представление операций с мысленно представимыми моделями объектов. Мысленный эксперимент отличается от реального тем, что один из этапов его проведения – реальное воздействие на реальный объект – отсутствует. Это позволяет включать в эксперимент идеализированные объекты, идеальные приборы и идеальные условия. Такого рода эксперимент целиком находится «внутри» теории, и его отличие от обычного теоретического рассуждения заключается лишь в том, что он опирается на наглядные образы и представления.

Следует подчеркнуть, что наблюдение, измерение и эксперимент, хотя и тесно связаны с теоретическими соображениями, являются разновидностью практической деятельности. Осуществляя рассмотренные эмпирические процедуры, ученый выходит за рамки чисто логических рассуждений и обращается к материальному действию с реальными вещами. В конечном итоге только через посредство такого действия получают подтверждение или опровержение наши представления о действительности. В эмпирических познавательных процедурах наука вступает в непосредственный контакт с отображаемой ею действительностью – именно в этом заключается громадное значение наблюдения, измерения и эксперимента для научного познания.

Структура научной теории

 

Основной единицей научного знания является теория. Наука включает в себя описания фактов и экспериментальных результатов, гипотезы и эмпирические закономерности, классификационные схемы и т.п., однако только теория объединяет весь материал науки в целостное и обозримое знание о мире.

Научная теория – высшая, самая развитая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях определенной области действительности.

Для построения теории предварительно должен быть накоплен определенный материал об исследуемых объектах и явлениях, поэтому теории появляются на достаточно зрелой стадии развития научной дисциплины. В течение тысячелетий человечество было знакомо с электрическими явлениями, однако первые научные теории электричества появились лишь в середине XVIII в. На первых порах, как правило, создаются описательные (феноменологические) теории, дающие лишь систематическое описание и классификацию исследуемых объектов. В течение длительного времени, например, теории ботаники и зоологии были описательными: они описывали и классифицировали виды растений и животных; таблица химических элементов Д.И.Менделеева представляла собой систематическое описание и классификацию элементов. Это вполне естественно: приступая к изучению некоторой области явлений, необходимо сначала описать эти явления, выделить их признаки, классифицировать их на группы, классы, виды. После этого становится возможным более глубокое исследование, связанное с выявлением причинных связей и открытием законов.

Высшей формой развития науки считается объяснительная теория, дающая не только описание, но и объяснение изучаемых явлений. К построению именно таких теорий стремится каждая научная дисциплина. Наличие подобных теорий есть существенный признак зрелости науки: некоторая дисциплина может считаться подлинно научной только тогда, когда в ней появляются объяснительные теории.

Объяснительная теория имеет гипотетико-дедуктивную структуру. Основанием теории служит набор исходных понятий (величин) и фундаментальных принципов (постулатов, законов), включающих только исходные понятия, - именно этот базис фиксирует тот угол зрения, под которым рассматривается реальность, задает ту область, которую изучает теория. Исходные понятия и принципы выражают основные, наиболее фундаментальные связи и отношения изучаемой области, которыми определяются все остальные ее явления. Так, основанием классической механики являются понятия материальной точки, силы, скорости и три закона динамики Ньютона; в основе электродинамики Максвелла лежат уравнения, связывающие основные величины этой теории (поля и заряды); специальная теория относительности опирается на уравнения Эйнштейна и т.д.

Со времен Евклида дедуктивно-аксиоматическое построение знания считалось образцовым. Объяснительные теории следуют этому образцу. Однако если Евклид и многие ученые после него полагали, что исходные положения теоретической системы представляют собой самоочевидные истины, то современные ученые понимают, что постулаты их теорий являются не более чем предположениями о глубинных причинах явлений. История науки дала достаточно много свидетельств наших научных заблуждений, поэтому основоположения объяснительной теории рассматриваются как гипотезы, истинность которых еще нуждается в доказательстве. Менее фундаментальные законы изучаемой области явлений дедуктивно выводятся из основоположений теории. Таким образом, объяснительная теория является «гипотетико-дедуктивной» - она строится как дедуктивная система, все положения которой логически выводятся из исходных гипотез.

Исходные понятия и принципы теории относятся непосредственно не к реальным вещам и явлениям, а к некоторым обстрактным объектам, в совокупности образующим идеализированный объект теории. В классической механике таким объектом является система материальных точек; в молекулярно-кинетической теории – множество замкнутых в определенном объеме хаотически соударяющихся молекул, представляемых в виде абсолютно упругих материальных шариков; в теории относительности – множество инерциальных систем и т.д. Эти объекты не существуют сами по себе в реальности, они являются мысленными, модулями. Однако идеализированный объект теории имеет определенное отношение к реальным вещам и явлениям: он отображает некоторые абстрагированные от них или идеализированные свойства реальных вещей. Например, из повседневного опыта нам известно, что если тело толкнуть, оно начнет двигаться. Чем меньше трение, тем больший путь оно пройдет после толчка. Мы можем вообразить, что трение вообще отсутствует, и получим образ объекта, движущегося без трения – по инерции. Реально таких объектов не существует, это – идеализированный объект. Точно так же вводятся в науку такие объекты, как абсолютно твердое или абсолютно черное тело, совершенное зеркало, идеальный газ и т.п. Заменяя реальные вещи идеализированными объектами, ученые отвлекаются от второстепенных, несущественных свойств и связей реального мира и выделяют в чистом виде то, что представляется наиболее важным.

Идеализированный объект теории намного проще реальных объектов, но именно это позволяет дать их точное математическое описание. Когда астроном рассматривает движение планет вокруг Солнца, он отвлекается от того, что планеты – это целые миры, имеющие богатый химический состав, атмосферу, ядро и т.п., и рассматривает их как простые материальные точки, характеризующиеся лишь массой и расстоянием от Солнца; благодаря этому упрощению возможно описать движение планет в строгих математических уравнениях.

Идеализированный объект теории служит для теоретической интерпретации ее исходных понятий и принципов. Понятия и утверждения теории имеют только то значение, которое придает им идеализированный объект. Это объясняет, почему их нельзя прямо соотносить с реальными вещами и процессами.

В исходный базис теории включают также определенную логику – набор правил вывода и математический аппарат.

Итак, основание гипотетико-дедуктивной теории включает в себя набор исходных понятий и принципов; идеализированный объект, служащий для их теоретической интерпретации, и логико-математический аппарат. Из этого основания дедуктивным путем получают все другие утверждения теории – законы меньшей степени общности. Ясно, что и они также трактуют об идеализированном объекте. Знание, систематизированное таким образом, легко обозримо, доступно для освоения и применения.

Возникает вопрос: как теория может быть соотнесена с реальностью, если все ее утверждения относится к идеализированным объектам? Для перехода к гипотетико-дедуктивной теории присоединяют некоторое множество редукционных правил, связывающих отдельные ее понятия и утверждения с эмпирически проверяемыми утверждениями. Допустим, например, что произведён баллистический расчет полета снаряда массой 10 кг, выпущенного из орудия, ствол которого имеет угол наклона к плоскости горизонта 30 градусов. Расчет носит чисто теоретический характер и имеет дело с идеализированными объектами. Для того чтобы сделать его описанием реальной ситуации, следует добавить ряд редукционных предложений, которые отождествляют идеальный снаряд с реальным снарядом, масса которого будет 10кг ± 50 г; угол наклона ствола орудия к горизонту также должен быть принят с некоторой погрешностью; тогда точка падения снаряда превратится в область с определенными размерами. Таким образом расчет получит эмпирическую интерпретацию и его можно будет соотносить с реальными вещами и событиями. Вообще, редукционные предложения чрезвычайно важны, т.к. придают теории эмпирическую интерпретацию и позволяют использовать ее для предсказания, постановки экспериментов и практической деятельности.