Формирование частных теоретических схем и законов

Обратимся теперь к анализу второй ситуации развития теоретических знаний, которая связана с формированием частных теоретических схем и частных теоретических законов. На этом этапе объяснение и предсказание эмпирических фактов осуществляется уже не непосредственно на основе картины мира, а через применение создаваемых теоретических схем и связанных с ними выражений теоретических законов, которые служат опосредующим звеном между картиной мира и опытом.

В развитой науке теоретические схемы создаются вначале как гипотетические модели, а затем обосновываются опытом. Их построение осуществляется за счёт использования абстрактных объектов, ранее сформированных в сфере теоретического знания и применяемых в качестве строительного материала при создании новой модели.

Только на ранних стадиях научного исследования, когда осуществляется переход от преимущественно эмпирического изучения объектов к их теоретическому освоению, конструкты теоретических моделей создаются путём непосредственной схематизации опыта. Но затем они используются в функции средства для построения новых теоретических моделей, и этот способ начинает доминировать в науке. Прежний же метод сохраняется только в рудиментарной форме, а его сфера действия оказывается резко суженной. Он используется главным образом в тех ситуациях, когда наука сталкивается с объектами, для теоретического освоения которых ещё не выработано достаточных средств. Тогда объекты начинают изучаться экспериментальным путём и на этой основе постепенно формируются необходимые идеализации как средства для построения первых теоретических моделей в новой области исследования. Примерами таких ситуаций могут служить ранние стадии становления теории электричества, когда физика формировала исходные понятия – «проводник», «изолятор», «электрический заряд» и т. д. и тем самым создавала условия для построения первых теоретических схем, объясняющих электрические явления.

Большинство теоретических схем науки конструируются не за счёт схематизации опыта, а методом трансляции абстрактных объектов, которые заимствуются из ранее сложившихся областей знания и соединяются с новой «сеткой связей». Следы такого рода операций легко обнаружить, анализируя теоретические модели классической физики. Например, объекты фарадеевской модели электромагнитной индукции «силовые линии» и «проводящее вещество» были абстрагированы не прямо из опытов по обнаружению явления электромагнитной индукции, а заимствовались из области знаний магнитостатики («силовая линия») и знаний о токе проводимости («проводящее вещество»). Аналогичным образом при создании планетарной модели атома представления о центре потенциальных отталкивающих сил внутри атома (ядро) и электронах были почерпнуты из теоретических знаний механики и электродинамики.

В этой связи возникает вопрос об исходных предпосылках, которые ориентируют исследователя в выборе и синтезе основных компонентов создаваемой гипотезы. Хотя такой выбор и представляет собой творческий акт, он имеет определённые основания. Такие основания создаёт принятая исследователем картина мира. Вводимые в ней представления о структуре природных взаимодействий позволяют обнаружить общие черты у различных предметных областей, изучаемых наукой.

Тем самым картина мира «подсказывает», откуда можно заимствовать абстрактные объекты и структуру, соединение которых приводит к построению гипотетической модели новой области взаимодействий.

Целенаправляющая функция картины мира при выдвижении гипотез может быть прослежена на примере становления планетарной модели атома.

Эту модель обычно связывают с именем Резерфорда и часто излагают историю её формирования таким образом, что она возникала как непосредственное обобщение опытов Резерфорда по рассеянию р-частиц на атомах. Однако действительная история науки далека от этой легенды. Резерфорд осуществил свои опыты в 1912 г., а планетарная модель атома впервые была выдвинута в качестве гипотезы физиком японского происхождения Нагаока значительно раньше, в 1904 г.

Здесь отчётливо проявляется логика формирования гипотетических вариантов теоретической модели, которая создаётся «сверху» по отношению к опыту. Эскизно эта логика применительно к ситуации с планетарной моделью атома может быть представлена следующим образом.

Первым импульсом к её построению, равно как и к выдвижению целого ряда других гипотетических моделей (например, модели Томсона), послужили изменения в физической картине мира, которые произошли благодаря открытию электронов и разработке Лоренцом теории электронов. В электродинамическую картину мира был введён, наряду с эфиром и атомами вещества, новый элемент «атомы электричества». В свою очередь, это поставило вопрос об их соотношении с атомами вещества. Обсуждение этого вопроса привело к постановке проблемы: не входят ли электроны в состав атома. Конечно, сама формулировка такого вопроса была смелым шагом, поскольку она приводила к новым изменениям в картине мира (нужно было признать сложное строение атомов вещества). Поэтому конкретизация проблемы соотношения атомов и электронов была связана с выходом в сферу философского анализа, что всегда происходит при радикальных сдвигах в картине мира (например, Дж. Дж. Томсон, который был одним их инициаторов постановки вопроса о связи электронов и атомов вещества, искал опору в идеях атомистики Босковича, чтобы доказать необходимость сведения в картине мира «атомов вещества» к «атомам электричества»).

Последующее развитие физики подкрепило эту идею новыми экспериментальными и теоретическими открытиями. После открытия радиоактивности и её объяснения как процесса спонтанного распада атомов в картине мира утвердилось представление о сложном строении атома. Теперь уже эфир и «атомы электричества» стали рассматриваться как формы материи, взаимодействие которых формирует все остальные объекты и процессы природы. В итоге возникла задача – построить «атом вещества» из положительно и отрицательно заряженных «атомов электричества», взаимодействующих через эфир.

Постановка такой задачи подсказывала выбор исходных абстракций для построения гипотетических моделей атома – это должны быть абстрактные объекты электродинамики. Что же касается структуры, в которую были погружены все эти абстрактные объекты, то её выбор в какой-то мере также был обоснован картиной мира. В этот период (конец XIX – начало XX века) эфир рассматривался как единая основа сил тяготения и электромагнитных сил, что делало естественной аналогию между взаимодействием тяготеющих масс и взаимодействием зарядов.

Когда Нагаока предложил свою модель, то он исходил из того, что аналогом строения атома может служить вращение спутников и колец вокруг Сатурна: электроны должны вращаться вокруг положительно заряженного ядра, наподобие того как в небесной механике спутники вращаются вокруг центрального тела.

Использование аналоговой модели было способом переноса из небесной механики структуры, которая была соединена с новыми элементами (зарядами). Подстановка зарядов на место тяготеющих масс в аналоговую модель привела к построению планетарной модели атома.

Таким образом, в процессе выдвижения гипотетических моделей картина мира играет роль исследовательской программы, обеспечивающей постановку теоретических задач и выбор средств их решения.

После того как сформирована гипотетическая модель исследуемых взаимодействий, начинается стадия её обоснования. Она не сводится только к проверке тех эмпирических следствий, которые можно получить из закона, сформулированного относительно гипотетической модели. Сама модель должна получить обоснование.

Важно обратить внимание на следующее обстоятельство. Когда при формировании гипотетической модели абстрактные объекты погружаются в новые отношения, то это, как правило, приводит к наделению их новыми признаками. Например, при построении планетарной модели атома положительный заряд был определён как атомное ядро, а электроны были наделены признаком «стабильно двигаться по орбитам вокруг ядра».

Предположив, что созданная таким путём гипотетическая модель выражает существенные черты новой предметной области, исследователь тем самым допускает: во-первых, что новые, гипотетические признаки абстрактных объектов имеют основание именно в той области эмпирически фиксируемых явлений, на объяснение которых модель претендует, и, во-вторых, что эти новые признаки совместимы с другими определяющими признаками абстрактных объектов, которые были обоснованы предшествующим развитием познания и практики.

Понятно, что правомерность таких допущений следует доказывать специально. Это доказательство производится путём введения абстрактных объектов в качестве идеализаций, опирающихся на новый опыт. Признаки абстрактных объектов, гипотетически введённые «сверху» по отношению к экспериментам новой области взаимодействий, теперь восстанавливаются «снизу». Их получают в рамках мысленных экспериментов, соответствующих типовым особенностям тех реальных экспериментальных ситуаций, которые призвана объяснить теоретическая модель. После этого проверяют, согласуются ли новые свойства абстрактных объектов с теми, которые оправданы предшествующим опытом.

Весь этот комплекс операций обеспечивает обоснование признаков абстрактных объектов гипотетической модели и превращение её в теоретическую схему новой области взаимодействий. Будем называть эти операции конструктивным введением объектов в теорию.

Теоретическую схему, удовлетворяющую описанным процедурам, будем называть конструктивно обоснованной.