Абдукция и поиск объяснительных гипотез
Индукция, указывал Ч.Пирс, рассматривает теории и измеряет степень их согласия с фактами. Она никогда не может создать какой-либо идеи вообще, показывая лишь, что нечто действительно существует. Не больше того может сделать дедукция, она показывает, что нечто должно быть.
Все идеи науки возникают посредством абдукции. Абдукция состоит в исследовании фактов и построении теории, объясняющей их, она предполагает, что нечто может быть.
С точки зрения способа получения заключений, абдукция и индукция оказываются сходными по результатам, но они существенно различаются по методу их получения. Абдукция приводит не просто к вероятным заключениям, а служит специфическим методом поиска научных гипотез для объяснения имеющихся фактов. Хотя индукция в традиционной логике рассматривается также как умозаключение от частного к общему, от отдельных фактов к их обобщению, но она в лучшем случае может претендовать на установление простейших эмпирических гипотез. Задача же состояла в том, чтобы найти такие гипотезы в науке, посредством которых можно было бы раскрыть внутренний механизм, лежащий в основе наблюдаемых фактов и явлений, чтобы с его помощью построить гипотезу, наилучшим образом объясняющую эти факты.
Индукция вступает как надежный метод проверки имеющихся теорий и гипотез. Абдукцию Ч.Пирс рассматривает как метод их поиска. Логическая форма абдуктивного рассуждения у Пирса такова (схема и комментарий у Рузавина):
-наблюдается некоторое удивительное явление (феномен) Р;
-Р было бы объяснено, если гипотеза Н была истинной;
-следовательно, имеется основание думать, что гипотеза Н истинна.
На первый взгляд, кажется, что абдуктивное рассуждение мало отличается от гипотетико-дедуктивного заключения, поскольку предполагает гипотезу в качестве посылки. Однако ход рассуждения в нем прямо противоположен гипотетико-дедуктивному выводу, который начинается с заранее заданной гипотезы, а затем из нее выводятся следствия. Абдуктивное рассуждение начинается с тщательного анализа и точной оценки установленных фактов, которые детерминируют выбор гипотезы для их объяснения.
Именно так поступают ученые в своих конкретных исследованиях, поскольку в самом начале имеют дело с фактами и только потом ищут им объяснение. В 1827 году, ботаник Р.Броун описал хаотическое движение цветочной пыльцы, размещенной на поверхности воды. Появилось предположение, что эти движения являются результатом жизненной активности пыльцы. И лишь в начале 20 века Жак Перрен (1870 – 1942), который исследовал катодные лучи, и А.Эйнштейн показали, что этот эффект, получивший название броуновского движения, обусловлен тепловым движением молекул воды. Этот результат способствовал тому, что молекулярная теория газов и жидкостей получила общее признание.
Другой пример касается реликтового излучения. В 1965 году американские ученые А.Пензиас и Р.Вильсон, оба стали в 1978 году лауреатами Нобелевской премии, исследовали радиоизлучение, идущее из разных областей вселенной. Был обнаружен странный эффект, а именно: если исключить излучение, поступающее от звезд и других локализованных источников, то получалось, что всюду во вселенной равномерно распределено радиоизлучение и температурой около 4 градусов Кельвина. Поначалу решили, что дело в помехах, которые создают птицы, гнездившиеся на крыше радиотелескопа. Исследователи Принстонского университета предложили принципиальное иное объяснение: если вселенная возникла в результате Большого взрыва, когда ее температура была предельно высока, а все последующее время она расширялась, то космос должен быть насыщен остаточным излучением с температурой около 3 – 4 градусов Кельвина. Может быть, перед нами обычный метод индукции, которым предпочитал пользоваться еще Ньютон?
Однако индукция могла приводить лишь к догадкам о жизненной энергии пыльцы и помехам, которые вызывают птицы, гнездясь на радиотелескопе. Нет, здесь работает метод абдукции, рабочий метод в случае отсутствия прямой логической связи между фактом и его теоретическим объяснением.
Индуктивное умозаключение больше похоже на абдукцию, поскольку:
-оно начинается с фактов и совершается в направлении от частного к общему;
-результат умозаключения имеет лишь правдоподобный, или вероятностный характер.
Однако Ч.Пирс рассматривает индукцию совсем иначе. По его мнению, она должна пониматься как операция, предполагающая оценку – в простой или количественной форме – гипотезе, уже выдвинутой заранее. Такое понимание индукции соответствует современной точке зрения, принятой в вероятностной логике. Главное, чем отличается абдукция от классической индукции Ф.Бэкона, состоит в том, что она не является безошибочным методом открытия новых истин в науке, своего рода алгоритмом открытия. Ее цель состоит, скорее, в поиске гипотез, которые могут помочь в объяснении данных фактов. Отсюда методологические требования к объяснительным гипотезам:
-первое. Гипотезы должны объяснить не только эмпирически наблюдаемые факты, но и факты непосредственно ненаблюдаемые и проверяемые косвенным путем;
-второе. Гипотезы должны быть сформулированы как интегративные высказывания, т.е. должны содержать определенный вопрос, на который следует ответить в ходе исследования;
-третье. Необходимое требование к любой объяснительной гипотезе – это ее проверяемость, которая не ограничивается подтверждением наблюдаемыми фактами. Что касается критерия опровержения, то он, хотя и является логически корректным правилом, тем не менее, служит лишь средством элиминации, или исключения, ложных гипотез.
Абдуктивное рассуждение не гарантирует открытия истины, оно облегчает ее поиск, поскольку опирается не на простое количественное подтверждение гипотезы, а на такую качественную их характеристику, как способность объяснить релевантные факты.
Релевантный – способный служить для различения языковых единиц.
Релевантность – (уместный, относящийся к делу) смысловое соответствие между информационным запросом и полученным сообщением.
Укажем на отличие абдуктивных и теоретических построений. В обычной научной практике абдуктивные рассуждения чаще всего можно использовать для открытия эмпирических законов, которые устанавливают необходимые регулярные связи между наблюдаемыми свойствами и отношениями явлений.
Теоретические же законы требуют обращения к более тонким и глубоким гипотезам, поскольку содержат абстрактные понятия и суждения, которые нельзя вывести из опыта. Поэтому путь к ним идет через гипотезы или системы гипотез, которые проверяются обычно путем логического вывода из них эмпирических законов. Как свидетельствует история науки, именно так фактически происходило открытие теоретических законов и построение целостных теорий.
Рассмотрим ситуацию с созданием искусственного интеллекта. Главные усилия разработчиков направлены на то, чтобы создать методы эвристического поиска решения проблем, которые в какой-то степени приближаются к проблемам, которые решает человек. Очевидно, что простой перебор различных возможностей для поиска решения проблем оказывается не только малоэффективным, но и практически не осуществимым.
Создание эвристических программ считается основной задачей. В этой связи ясно, что именно абдуктивные рассуждения ориентируют на поиск и рациональный отбор возможных гипотез на основании тщательного анализа фактов. Между тем теория абдуктивных рассуждений разработана плохо по следующим причинам:
-любой творческий поиск невозможно алгоритмизировать, и поэтому всякие попытки понять его с рациональной, логической точки зрения, воспринимаются как возврат к логике открытий Ф.Бэкона;
-традиционное представление о научном или ином открытии как одномоментном событии, как в случае с Архимедом, не учитывает длительной предварительной работы мысли. Эта работа имеет рациональный характер, она направляется и контролируется логикой.
Следует иметь в виду, что любой выбор в процессе поиска явно, а чаще неявно, обоснован фактами, а их оценка и объяснение осуществляются по схеме абдукции. Психологический анализ процессов открытия, безусловно, важен, однако не менее важно исследовать его не только с субъективной, но и с интерсубъективной, общезначимой точки зрения, осуществляемой научной методологией.
Известный английский историк и философ науки Н.Р.Хэнсон, автор книги «Схема открытия», 1958, на материале классической физики и теории элементарных частиц убедительно показал, что гипотетико-дедуктивная модель, как и индуктивная, неадекватно описывает процесс исследования в науке.
Эта модель показывает нам, что произойдет, когда физику удастся найти верную гипотезу. Однако модель не может аргументировано обосновать, какую роль в поиске новых гипотез играют изобретательность, настойчивость, воображение и концептуальная смелость, характерные для физики, начиная с Галилея. Но именно такой поиск важнее дедуктивного вывода следствий из готовых гипотез. Физики не начинают с готовых гипотез, они всегда исходят из имеющихся данных. Скучный процесс дедукции следствий из гипотез начнется только тогда, когда физик увидит, что его гипотеза будет в состоянии объяснить первоначальные данные.
Физические теории дают схемы, в рамках которых эмпирические данные становятся понятными. Они представляют собой концептуальный гештальт. Теории располагают явления в системы. Они строятся в обратном порядке – ретродуктивно. Теория выступает как совокупность заключений, необходимых для обнаружения посылок. От наблюдаемых свойств явлений физик стремится найти разумный путь к ключевым идеям, с помощью которых эти свойства могут быть фактически объяснены.
В отличие от абдукции, индуктивный подход утверждает, что умозаключения в экспериментальных науках совершаются от наблюдения к закону, от частного к общему. Этот факт совершенно игнорируется гипотетико-дедуктивным методом. Однако индукции, которая опирается на изучение подтверждающих случаев гипотезы, также не может привести к открытию закона. Например, бесчисленные наблюдения показывают, что различные тела при нагревании расширяются, но они не объясняют природу явления. Открытие закона связано с процессом перехода от объясняемого явления к предварительной, объясняющей гипотезе, а затем к закону, или исчерпывающей общей теории.
Если с этой точки зрения взглянуть на важнейшие открытия в физике, то мы увидим, что ученые шли от частного к общему, от явления к гипотезе, способной объяснить явление. Основное дело натуральной философии, или физики, считал Ньютон – аргументировать от явлений. Такая аргументация и поиск общих причин и законов требуют больших творческих усилий на протяжении длительного периода времени. Галилею понадобилось 34 года, чтобы открыть закон свободного падения тел. С большими трудностями пришлось столкнуться И.Кеплеру при установлении эллиптических орбит движения планет.
Рассуждение от опытных данных к гипотезе или закону представляет собой типичное абдуктивное рассуждение.
Но если генерирование научных гипотез представляет собой творческий процесс, требующий интуиции, воображения и большого опыта, то как можно представить себе его в виде логического умозаключения?
Сторонники гипотетико-дедуктивного метода заявляли, что процесс генерирования гипотез и открытия новых идей в науке представляет интерес для психологии творчества, поскольку это сфера деятельности гения, творца. Все это так, однако, концептуальный анализ допустим и на стадии открытия. Если установление гипотез через их предсказания имеет свою логику, то же самое следует сказать об обдумывании гипотез. Изобрести идею ускорения или универсальной гравитации может только гений. Но это вовсе не означает, что размышления, ведущие к этим идеям, являются неразумными.
Отличительная особенность абдуктивных рассуждений состоит в том, что они представляют собой сообщения, которые расширяют наше знание. Такие сообщения содержат новую информацию, которая не была ранее известна.
В этом смысле абдукция существенно отличается от дедукции, заключения которой не содержат в принципе иной информации, кроме той, которая содержится в ее посылках. Правда, психологически кажется, что заключение дедукции дает новую информацию, но при более внимательном анализе оказывается, что эта информация в неявном виде уже содержалась в посылках, а заключение лишь представляет ее в явном виде.
Абдуктивные рассуждения как раз вводят новую информацию за счет наличия ее уже в посылках. Абдукция всегда начинается с анализа и затем объединения разнообразных наблюдаемых фактов, чтобы выявить предполагаемую связь между ними. Именно представление фактов в виде некоторой предполагаемой схемы придает дополнительную степень достоверности абдукции.
В настоящее время интерес к абдукции растет, благодаря созданию новых вычислительных моделей, с помощью которых в 1989 году Г.Саймону, выдающемуся математику, экономисту и психологу, лауреату Нобелевской премии по экономике за 1978 год, удалось обнаружить адекватные вычислительные методы для переоткрытия эмпирических законов. Такие модели ставят своей целью не заменить ученого в процессе открытия, а усилить его когнитивные способности. Подобно тому, как телескоп служит для усиления возможностей наблюдения удаленных небесных тел. (Саймон Г. Науки об искусственном. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 144с.).
В трудах (Знание и познание. Исторические перспективы эпистемологии", 1974, "Семантика вопросов и вопросы семантики. Исследования по интерпретации логики, семантики и синтаксиса", 1976) финского логика и философа, профессора штата Флориды (США) Я.Хинтикки (р.1929) подчеркивается различие между двумя видами правил рассуждения. К первому виду правил, называемых дефиноторными, он относит правила, которые регулируют правильность и неправильность умозаключений. Такие правила можно сравнить с правилами шахматной игры, которые определяют ходы отдельных фигур. Подобно тому, как их знание отнюдь не гарантирует мастерство игрока, так и знание логических правил не определяет умения рассуждать эффективно. Чтобы овладеть искусством рассуждений, необходимо знать не только дефиниторные правила, но больше всего умело использовать стратегические принципы рассуждений. Стратегия – это целенаправленная деятельность, важнейшими элементами которой являются способность предвидеть события, оценить и сделать выбор между различными возможностями. Если исследователь ищет хорошую объяснительную гипотезу для некоторого аномального явления, он может и должен найти среди существующих альтернатив такую, которая могла бы объяснить данное явление или, по крайней мере, находилась в соответствии с большинством информации, известной нам об этом явлении. Опираясь на стратегические и эвристические (абдукция) принципа поиска в целом, ученый получает возможность более эффективно вести исследование и ближе подойти к истине, чем при случайных пробах и ошибках.
Выдающийся мыслитель 20 века, философ, эколог, кибернетик Г.Бейтсон (1904 – 1980) в своей книге «Разум и природа: Неизбежное единство» (М., 2007), пишет о том, что возможности абдукции распространяются и на самые основания физических наук, историческими примерами чему служат ньютоновский анализ солнечной системы и периодическая таблица элементов. И, напротив, в мире, где абдукция не встречается, любое мышление было бы совершенно невозможно. Любую абдукцию можно рассматривать как двойное или множественное описание некоторого объекта, события или последовательности. Если я изучаю организацию австралийского племени и схему природных отношений, на которой основан тотемизм, я могут рассматривать эти две совокупности знания в абдуктивной связи, поскольку они обе подпадают под те же правила. В подобных случаях предполагается, что определенные формальные характеристики одного компонента отражаются в другом.
Эта повторяемость, пишет Г.Бейтсон, имеет некоторые весьма действенные последствия. В природе имеются весьма обширные области существования абдуктивных систем. Например, анатомию и физиологию тела можно рассматривать как одну обширную абдуктивную систему, имеющую в любой момент времени свою собственную внутреннюю согласованность. Аналогично, среда обитания любого существа есть другая, подобная, внутренне согласованная абдуктивная система, хотя эта система не имеет непосредственного согласования с системой организма. Чтобы изменения могли произойти, новое должно удовлетворять двойному требованию, оно должно соответствовать внутренним требованиям согласованности организма, а также должно соответствовать внешним требования среды обитания. Мы можем рассмотреть анатомию лягушки, а затем поискать примеры повторения тех же абстрактных отношений у других существ, включая и нас самих. Вот это боковое расширение абстрактных компонентов описания и называют абдукцией. Метафора, сон, притча, аллегория, все искусство, вся наука, вся религия, вся поэзия, организация фактов в сравнительной анатомии – все это примеры или совокупности примеров абдукции в человеческой ментальной сфере.
Теории
Принятие гипотезы — это окончательное решение о ее статусе. Гипотеза, подтвержденная в ходе проверок, еще не может автоматически считаться принятой. Ведь, например, сразу несколько гипотез могут неплохо согласовываться с эмпирическими данными, и вопрос о том, какую из них следует предпочесть, может стать темой для отдельного изучения. Поэтому проверка гипотезы — это одно дело, а ее окончательное принятие (или отвержение) — совсем другое.
Гипотеза, всесторонне проверенная и подтвержденная практикой, становится теорией.
Теория (с греч. исследование) – высшая форма организации научного знания, логически безупречная для своего времени обосновывающая и отражающая систему взаимосвязанных фактов (предметов, явлений, процессов) действительности в их необходимых, общих и существенных свойствах.
Существует и более краткое определение. Теория – это система взаимосвязанных идей (понятий, суждений), доказательств (теорем, определений), категорий и законов.
К.Поппер сравнивал теорию с сетями, предназначенными улавливать то, что мы называем реальным миром для осознания, объяснения и овладения им. Истинная теория должна, во-первых, соответствовать всем реальным фактам, а, во-вторых, следствия теории должны удовлетворять требованиям практики. Теория – инструмент, проверка которого осуществляется в ходе его применения и о пригодности которого судят по результатам такого применения.
Теория имеет наиболее сложную логическую структуру, поскольку она отражает чрезвычайно сложные системы знания. Элементами теории выступают все перечисленные в определении формы мысли. Между ее элементами имеются определенные закономерные зависимости, придающие теории целостность и завершенность.
По своим основаниям теории подразделяются на:
-общие и частные (специальные);
-дедуктивные (математизированные, аксиоматические);
-описательные (индуктивные).
Теория, как и гипотеза, также проходит в своем формировании разные этапы, периоды, ступени, порой значительно более продолжительные, чем в гипотезе. В сформировавшемся виде теория стремится к самосохранению, к стабильности, даже замкнутости и консерватизму. Теорию нельзя получить в результате индуктивного обобщения и систематизации фактов, она не возникает как логическое следствие из фактов, механизмы ее создания и построения имеют иную природу, предполагают скачок от опытных данных к теории.
Примерами теории являются классическая механика Ньютона, корпускулярная теория света, волновая теория света, теория эволюции Ч.Дарвина, электромагнитная теория Дж.К.Максвелла, специальная теория относительности, хромосомная теория наследственности.
Главные отличия теории от эмпирического знания в следующем:
-большая достоверность,
-обобщенное описание в рамках общих законов с целью предсказания новых, неизученных фактов,
-выделение исходных утверждений путем вывода и доказательства.
Выделяют следующие признаки теории:
-наличие исходных оснований – фундаментальных понятий, принципов, законов, уравнений, аксиом;
-наличие идеализированного объекта – абстрактной модели существенных свойств и связей изучаемых предметов;
-философские установки, социокультурные и ценностные факторы;
-логически связанная совокупность определенных правил и способов доказательства, нацеленных на прояснение структуры и изменения знания;
-единство законов и утверждений, выведенных в качестве следствий из оснований данной теории в соответствии с конкретными принципами.
Классификация теорий такова: описательные, математические, физические, химические, социологические, прикладные, фундаментальные, объясняющие. Основное для всех уровней – соответствие теории фактам.
Например, исходным пунктом и основой фундаментальных теорий являются не гипотетические положения, а эмпирически найденные общие свойства явлений, принципы, из которых следуют математически сформулированные критерии, имеющие всеобщую применимость (теория относительности). В такого рода теориях используются не синтетический, а аналитический метод, достоинство которого в логическом совершенстве и надежности.
К примеру, методы теоретической популяционной генетики распределяются по двум моделям:
-детерминистические модели: они предполагают, что численность популяции настолько велика, что флуктуациями в распределении частот генов можно пренебречь, и динамику популяции можно описать в терминах средних частот генов;
-стохастические модели: они учитывают флуктуации, обусловленные конечной численностью популяций.
В рамках революции в молекулярной биологии возникла теория нейтральности М.Кимуры. Ключевое предположение теории состоит в том, что на молекулярном уровне мутации (замены аминокислот или нуклеотидов) преимущественно нейтральны или слабо вредны (существенно вредные мутации также возможны, но они элиминируются из популяций селекций). (Редько В.Г.) В основе теории пять принципов, первые четыре – эмпирические, пятый установлен теоретическим путем:
-скорость эволюции любого белка, выраженная через число аминокислотных замен на сайт в год, приблизительно постоянна и одинакова в разных филогенетических линиях, если только функция и структура этого белка остаются в основном неизменными;
-функционально менее важные молекулы и их части эволюционируют (накапливая мутационные замены) быстрее, чем более важные;
-мутационные замены, приводящие к меньшим нарушениям структуры и функции молекулы (консервативные замены), в ходе эволюции происходят чаще тех, которые вызывают более существенные нарушения структуры и функции этой молекулы;
-появлению нового в функциональном отношении гена всегда должна предшествовать дупликация гена;
-селективная элиминация вредных мутаций и случайная фиксация селективно нейтральных или очень слабо вредных мутаций происходят в ходе эволюции гораздо чаще, чем положительный дарвиновский отбор благоприятных мутаций.
Структура теории такова:
-исходные основания теории, то есть фундаментальные понятия, принципы, законы, уравнения;
-идеализированный объект теории, или абстрактная модель существенных свойств и связей объектов изучаемой области явлений. Например, идеализированным объектом в классической механике является система материальных точек; в молекулярно-кинетической теории – множество замкнутых в определенном объеме и хаотически соударяющихся абсолютно упругих материальных точек. Вот эти осноположения теории и описывают важнейшие свойства и связи ее идеализированного объекта, который служит теоретической интерпретацией всех утверждений теории;
-логика теории или множество допустимых в данной теории правил вывода и способов доказательства. Как правило, в научных теориях используется обычная традиционная логика или классическая математическая логика, однако в отдельных случаях могут применяться особые логические системы. Считается, что в квантовой механике используется трехзначная логика;
-совокупность законов и утверждений, логически выведенных из основоположений теории.
Таким образом, теория представляет собой дедуктивную систему логически взаимосвязанных утверждений, интерпретацией которых служит идеализированный объект. Эта теоретическая модель стоится на основе некоторых понятий и начальных предположений с помощью логики и математического аппарата.
Развитая теория в силу общности начальных предположений, а также возможностей логических и математических преобразований охватывает бесконечное количество вариантов развития рассматриваемого физического явления и поэтому в общем случае не может быть и речи о ее категорическом опровержении или подтверждении.
Построение теории начинается с неопределяемых, а часто и ненаблюдаемых явлений, а заканчивается нерешенными проблемами. С этой точки зрения любая теория представляет собой некое здание без нижних и верхних этажей. В отличие от других архитекторов, наука возводит отдельные этажи здания без фундамента, иронизировал К.Маркс.
Упрощенно типовую схему построения теоретической модели дает В.Д.Савчук. (Савчук В.Д. От теории относительности до классической механики. – Дубна: Феникс, 2001. – 176с.). Основанием модели являются проблемы, требующие решения, подробную характеристику которых мы уже дали.
Но в основание входят также неопределяемые понятия, наблюдаемые и ненаблюдаемые явления. Что это такое? В.Д.Савчук дает следующие пояснения. Убеждение вступающих в науку исследователей в том, что все понятия, входящие в состав теории, должны иметь четкие логические определения, не выдерживает критики. Уже самые простые формулы различных физических теорий содержат более или менее изощренные понятия, весьма далекие от непосредственного опыта, причем определяются они этими же формулами. Отсюда следует, что наряду с физическими представлениями мы по необходимости вынуждены использовать и философские представления.
Однако ни одна физическая теория не делает заявлений о том, что ее объектами являются чувства и мысли человека. Между тем именно с помощью чувств и мыслей рождаются не только обыденные, но и научные понятия. Именно поэтому все попытки дать определение понятий времени, пространства, пространства-времени, движения без привлечения теории познания заранее обречены на неудачу. Уже И.Ньютон понимал, что существуют уровни понятий, где нулевой уровень занимает ряд примитивных, неопределяемых понятий, постигаемых чувствами. Простейшей причине нельзя дать механического объяснения, ибо если бы такое объяснение существовало, то эта причина не была бы простейшей. Г.В.Лейбниц, современник Ньютона, также считал, что существуют три степени понятий или идей, а именно: обыденные, математические и метафизические понятия, последние в этой иерархии являются наиболее глубокой разновидностью знаний.
По глубокому убеждению Р.Декарта познавательная деятельность человека слагается из трех классов идей:
-это идеи, приходящие к нам извне в результате чувственных контактов с явлениями и предметами окружающего мира;
-это идеи, возникающие в уме на основании первого рода идей;
-это врожденные идеи, или интеллектуальные интуиции.
Врожденные идеи Декарт делил на материальные и духовные. Примером материальных идей можно признать те идеи, которые можно соотнести с телами: это фигура, протяженность, движение. К духовным и одновременно материальным можно отнести такие идеи, как длительность, существование, единство. Врожденность означает предрасположенность, склонность к проявлению этих идей в определенных условиях, когда они становятся совершенно ясными, отчетливыми и очевидными, а именно тогда, когда в результате многократного повторения практика в человеческом мышлении воплотилась в фигуры логики.
Дж.Локк был уверен в том, что все без исключения общие принципы лишь кажутся нам таковыми, а в действительности они скрывают опыт, который более или менее бессознательно накапливается. Поэтому идеи и понятия так же мало рождаются вместе с нами, как искусства и науки. Идеи внешнего опыта мы получаем посредством органов чувств. Но люди имеют идеи и о своей собственной деятельности внутри себя, эту деятельность он называет рефлексией, внутренним опытом, размышлением.
Фундамент всего процесса познания составляют, согласно Локку, самые простые идеи, они возникают как во внешнем, так и во внутреннем опыте. Первому соответствуют идеи протяженности, конфигурации, движения, покоя, теплого, холодного, цветного. Иметь идеи и воспринимать – это одно и то же. Разумная душа не может мыслить, не рассуждая, а рассуждать, не ощущая.
Как внешний, так и внутренний опыт непосредственно ведет лишь к возникновению простых идей. Размышление является процессом, в котором из простых идей возникают новые идеи, которые не могут появиться непосредственно на основе чувств или рефлексии.
Важнейшие из этих новых идей – идеи пространства, времени и числа. Первая из них происходит из внешнего опыта. В отличие от пространства источник времени – внутренний опыт. Представление о времени мы выводим из последовательности событий. Локк отвергает абсолютизацию пространства Ньютона, трактуемую им в смысле потенциальной бесконечности, а также и абсолютизацию времени как вечного равномерного потока. Сам Ньютон под абсолютным временем понимал длительность.
Исходным принципом знаний является интуиция: это первичные истины, которые основаны на логическом законе тождества. Они выражаются аналитическими суждениями, в которых предикат раскрывает признаки, уже заключенные в субъекте, но становящиеся очевидными только в предикате.
Фактическое тождество субъекта и предиката в аналитических суждениях освобождает интуитивные истины от всякого субъективизма. К первичным истинам примыкают (и даже выводятся из них) математические истины, которые основаны на законе достаточного основания.
Идеал всякой теории заключается в сведении всякого знания к аналитическим суждениям.
Познание, согласно И.Канту, имеет два источника: эмпирический и априорный. В априорную основу входят интеллектуальные синтезы, или категории: время и пространство, как априорные формы чувственности, объединяют чувственные данные в едином чувственном созерцании. Главную роль при преобразовании чувственного опыта в эмпирический опыт играет рассуждение. Кант убежден в том, что время и пространство не существует реально, с их помощью мысль воссоздает как вещи, с которыми мы сталкиваемся в непосредственном опыте, так и предметы научного познания.
Итак, научное познание всегда связано с чувствами, а область существования философии не новое знание, а критика достоверного познания, т.е. установление его экстенсивности и границ.
Отсюда следует, что неопределяемые понятия являются основой создания определяемых понятий. Первый уровень определяемых понятий создается с помощью отношений или сопоставлений родственных неопределяемых понятий. Физические же понятия второго и более высокого уровней создаются с помощью понятий первого уровня и математических операторов, что в конечном итоге приводит к тому, что все они начинают приобретать вид не физических, а математических понятий, сохраняя за собой суть физических идей.
Так, всем известно, что без понятия производной нет понятия скорости, второй производной – ускорения. Без дифференциальных или операторных уравнений нельзя записать закон движения, без понятий тензора – состояние напряжений в упругой среде.
Неопределяемые понятия длительности, протяженности и движения взаимосвязаны и, по сути, неразделимы, так как движение невозможно представить себе без длительности и протяженности, и наоборот.
При анализе электромагнитной теории Максвелла в качестве исходных (неопределяемых) физических понятий, которые лежат в основе теоретической модели электромагнитного поля называют физическое пространство, время, электрическую напряженность, магнитную индукцию.
Вслед за неопределяемыми и определяемыми понятиями следуют гипотезы – предположения о реальном (например, физическом, явлении). При этом предполагаемые ситуации могут быть как наблюдаемыми, так и ненаблюдаемыми. Кроме того, предположения могут касаться как непосредственно свойств реальных систем, так и математических характеристик, отражающих эти свойства неявным образом. Например, предположение о симметрии тензора напряжений, по сути, является предположением об отсутствии в жидкости вращательной вязкости. Следствием этого является исключение из теоретической модели течения вязкой жидкости моментных уравнений.
Далее следуют семантические предложения – это описания физического значения символов и терминов, используемых в теоретической модели.
Важное значение, как при создании теоретической модели, так и при ее развитии имеют опытные данные – экспериментальные результаты, выраженные в принятых для данной теории понятиях (терминах) и полученные с помощью датчиков и приборов, сконструированных с помощью апробированных теорий. Эти самостоятельные (в контексте модели) теории выступают как инструментальные теории и являются очень важным элементом физического моделирования. Непонимание данного момента иногда приводит к искажению физической сущности самой теории. Так, постоянные ссылки теории относительности на мысленные эксперименты с часами являются некорректными построениями, т.к. теория относительности говорит не о часах, а о времени. При упоминании о часах даже не в физическом, а в мысленном эксперименте, необходимо было бы, по крайней мере, упомянуть о виде часов (маятниковые или атомные) и в зависимости от этого вида определять влияние на них релятивистских эффектов.
В работе М.Бунге (Бунге М. Философия физики. – М.: Прогресс, 1973) относительно опытных данных говорится следующее. Данные могут стимулировать создание теории; они могут активизировать развитие теории; данные могут участвовать в проверке теории; теория может служить проводником в поисках данных; случайные данные нередко вводят в заблуждение; теории не имеют никакого наблюдательного содержания.
Следующий уровень в модели – это утверждение о законах. Утверждения в наиболее емком виде отражают накопленную объективную информацию о структурах и свойствах физических систем и излагаются в наиболее универсальном виде, независимом от наблюдателя. Иногда на эту роль привлекается известная и хорошо апробированная теоретическая модель.
Именно таким образом пытался поступить А.Эйнштейн при создании специальной теории относительности. В качестве известных законов природы он использует теория электромагнитного поля Максвелла и уравнения Ньютона. Уровень понятий, гипотез, опытных данных и утверждений о законах представляют собой базовую основу теоретической модели, определяющую ее физическое содержание. Следовательно, никакого нового содержания в специальной теории относительности по сравнению с уравнениями Максвелла и Ньютона появиться не может. Полученные в ней с помощью преобразований Лоренца инвариантные соотношения для энергии, массы и импульса являются хорошим теоретическим результатом. Но эти результаты являются не новой теоретической моделью, а следствием известных моделей классической физики (механики сплошных сред). Представление же полученных из этих моделей картин полей в преобразованном пространстве за новые физические явления больше относится к технике иллюзионизма, чем к физике.
Вопрос взаимосвязи теоретических, математических и физических аналоговых моделей В.Д.Савчук рассматривает на примере строения одних из самых разработанных в физике теорий – аэрогидродинамических.
Наиболее общими моделями обтекания тел на микроуровне является модель Больцмана, а на макроуровне – уравнение Навье-Стокса. Ограничением макроскопической модели является наличие в ней кинетических коэффициентов (вязкости, теплопроводности). Эти коэффициенты должны определяться или экспериментально, или из уравнений Больцмана. Однако, как известно, нахождение зависимостей этих коэффициентов от параметров модели (скорости, давления, температуры) представляет большие трудности. В частности, отсутствие надежных методов определения кинетических коэффициентов не позволяет в настоящее время определить коэффициент вращательной вязкости жидкости или газа и тем самым определить ограничения по применению уравнений Навье-Стокса. Но даже в существующем виде сложность этих теоретических моделей, вызванная их общностью, затрудняет их непосредственное использование в аэрогидромеханике летательных аппаратов.
Физическая модель создается из наиболее общей модели путем использования теории подобия, инструментальных теорий, специальных предположений и теории планирования эксперимента.
Эксперимент можно планировать, если задана теоретическая модель явления. Так, исходя из уравнения движения тела в жидкости, можно получить условия обращения потока, позволяющие использовать в эксперименте аэродинамические трубы, определить критерии подобия, позволяющие обобщать результаты отдельных экспериментов на целые классы явлений, выявить эмпирические закономерности, выработать требования к оптимальному количеству испытаний, к измерительной аппаратуре.
Таким образом, экспериментальные данные всегда выражаются в терминах теории и получаются с помощью инструментов, сконструированных и рассчитанных с помощью ряда теорий. Следовательно, роль теоретической модели в эксперименте не менее важна, чем роль эмпирических данных в ее создании и проверке.
Математическая модель, так же как и физическая, следует из наиболее общей модели явления. Для получения из математической модели практических результатов, необходимо применение точных или приближенных математических приемов интегрирования уравнений движения газа. Ограниченные возможности математики вынуждают упрощать исходные уравнения введением дополнительных специальных предположений. И в результате мы можем перейти к математическим моделям безвихревого и вихревого течения невязкого, вязкого, сжимаемого газа, течений в пограничном слое, что упрощает исходную систему уравнений и одновременно уменьшает систему характеристик, относительно которой модель является адекватной реальному процессу.
В частности введение условий соленоидальности и потенциальности поля скоростей течений невязкой жидкости позволяет ввести понятие скалярного и векторного потенциалов скорости и в результате свести исходные уравнения к более простым дифференциальным уравнениям в частных производных, например, к уравнениям Лапласа и Пуассона. Если доказано, что краевые задачи имеют единственные решения, то на этом обычно заканчивается первый этап построения математических моделей.
Результаты математического моделирования могут не соответствовать характеристикам реального течения без введения специальных предположений даже для простых случаев. Если удается найти специальные предположения, в простой форме учитывающие целый ряд отброшенных элементов, то модель по точности может расшириться до уровня наиболее общей теоретической модели. Примером таких специальных предположений являются условия Чаплыгина-Жуковского для вектора скорости на задней кромке крыла, в интегральной форме косвенно учитывающие влияние вязкости в рамках модели идеальной жидкости, или более общие условия образования свободного вихря на поверхности летательного аппарата в идеальной жидкости. Такой путь решения практических задач оказывается более выгодным, чем путь решения уравнении, входящих в наиболее общую теоретическую модель.
В целом схема построения теоретической модели, согласно представлениям В.Д.Савчука, выглядит следующим образом:
Основные функции теории:
-объединение отдельных знаний в систему (синтетическая функция);
-описание: теория дает описание некоторой области явлений, некоторых объектов, каких-либо аспектов действительности. В силу этого научная теория может либо истинной, либо ложной, то есть описывать реальность адекватно или искаженно;
-объяснение: теория должна объяснять известные факты, указывать на те существенные связи, которые лежат в основе фактов;
-предсказание: теория предсказывает новые, еще не известные факты – явления, эффекты, свойства предметов. Обнаружение предсказанных теорией фактов служит подтверждением ее плодотворности и истинности;
-методологическая: на базе теории формулируются методы исследования.
Расхождение между теорией и фактами или обнаружение внутренних противоречий в теории дает импульс к развитию теории, к уточнению ее идеализированного объекта, к пересмотру, уточнению и изменению ее отдельных положений. В некоторых случаях эти расхождения приводят к отказу от теории и замене ее новой.
Р.Карнап выделял три качественно разных уровня утверждений:
-эмпирические факты,
-простые обобщения, которые мы можем непосредственно проверить – эмпирические законы: законы, фиксирующие некоторую повторяемость или регулярность, что можно использовать для предсказания фактов (восход солнца, тепло от огня),
-общие принципы, которые мы можем использовать, чтобы объяснить эмпирические законы: теоретические законы как свод эмпирических законов.
Важно понять, пишет Р.Карнап, что к теоретическим законам нельзя прийти, если просто взять эмпирические законы, а затем обобщить их на несколько ступеней дальше. Теоретические законы отличаются тем, что они содержат термины другого рода. Мы наблюдаем камни, деревья, воду, рост деревьев, замечаем их регулярности и описываем их с помощью эмпирических законов. Но независимо от того, как долго и тщательно мы наблюдаем, мы никогда не достигнем такого пункта, когда сможем наблюдать молекулу. Термин «молекула» никогда не возникнет как результат наблюдений. По этой причине никакое количество обобщений из наблюдений не может дать теории молекулярных процессов. Такая теория должна возникнуть иным путем (то есть не путем индукции). Она выдвигается не в качестве обобщения фактов, а как гипотеза. Из гипотезы выводятся некоторые эмпирические законы, и эти законы проверяются путем наблюдения фактов. Значение новой теории будет заключаться в том, что она обеспечит возможность предсказания новых эмпирических законов.
Реконструкция научной теории в формализованном языке позволяет проследить логическую зависимость между различными положениями теории, выявить всю совокупность предпосылок и оснований. Формализация теории выполняет обобщающие функции, позволяя ряд положений экстраполировать на целые классы научных теорий. Это также эвристические возможности.
Таким образом, в результате описанных выше методов и их сочетания может быть построена теория – высшая форма организации научного знания, целостное представление о всеобщих и необходимых закономерностях определенной области действительности (объекте теории), существующее в форме системы логически взаимосвязанных и выводимых предложений.
Теория – это языковая конструкция, требующая интерпретации при ее применении к реальным объектам. И поскольку теория содержит модель предметной области, возможны альтернативные теории, которые иначе могут представлять его в моделях.
Теории социально-гуманитарных наук имеют такие уровня исследования:
-общая логическая теория (общая социология), где фиксируется структура и общие закономерности функционирования социальной реальности;
-частные социологические теории, представленные двумя: специальными и отраслевыми теориями.
Специальные исследуют сущность, структуру социальной сферы (социология семьи, детства, города, культуры). Каждая из них, исследуя особый класс социальных явлений, выступает как общая теория этого класса явлений.
Отраслевые теории исследуют социальные аспекты классов явлений, принадлежащих к другим сферам общественной жизни (экономика, политика, культура, труд). В отличие от специальных теорий, отраслевые не являются общими теориями данных классов явлений, ибо исследуют лишь один из аспектов их проявления – социальный.
В онтологическом плане социологические теории подразделяют на:
-теории социальной динамики, эволюции, развития,
-теории социального действия,
-теории социального взаимодействия.
Важное значение для построения социальных теорий имеет понятие «идеальный тип» (М.Вебер) – мысленно сконструированные образования как вспомогательные средства, продукт синтеза определенных понятий (капитализм, религия, культура).
В вопросе о том, можно ли достичь точности в гуманитарных науках существует две тенденции:
-герменевтика утверждает, что полностью преодолеть субъективность в гуманитарных науках невозможно, но ее можно ограничить путем использования общенаучных методов исследования,
-структурализм придерживается той позиции, что гуманитарные науки могут стать истинными науками, перестав быть гуманитарными.
Следовательно, проблема объективности гуманитарного знания остро встает при выявлении характеристики понимания на основании сопоставления с объяснением, главным методом естествознания.
Один из представителей герменевтики П.Рикер не видит конфликта между объяснением и пониманием: больше объяснять, чтобы лучше понимать, призывает он. Гуманитарные науки отличаются интересом к индивидуальному, к специфическому, а это есть соотнесение с ценностями, которые уже имеют универсальный характер, имеют значение для множества людей.
Отсюда вытекают следующие особенности теории:
-теория – это не отдельно взятые достоверные научные положения, а их совокупность, целостная система,
-для того, чтобы совокупность положений о предмете стала теорией, знание должно достигнуть определенной степени зрелости, когда оно не просто описывает, а объясняет, вскрывает закономерности,
-для теории обязательным является обоснование, доказательство входящих в нее положений: нет обоснования, нет и теории,
-теоретическое знание должно стремиться к объяснению как можно большего круга явлений;
-структура научных теорий содержательно определена системной организацией идеализированных объектов. Высказывания теоретического языка непосредственно формулируются относительно теоретических конструктов и лишь опосредованно, благодаря их отношениям и внеязыковой реальности, описывают эту реальность.