Научная проблема. Проблемные ситуации в науке

Развитие научного знания происходит в процессе постановки и решения всё новых и новых научных проблем. Проблема – это вопрос, ответ на который не содержится в имеющемся знании. Иначе говоря, проблема – это «знание о незнании», т.е. когда отсутствует знание о какой-топредметной области, каких-то явлениях, но есть осознание его отсутствия. Осознать проблему – значит обнаружить своё незнание, а это уже – своеобразное знание. Р.Декарт в этой связи писал: «Неизвестное должно быть каким-либо способом обозначено, ибо иначе мы не были бы побуждаемы отыскивать именно его скорее, чем что-либо другое».[35]

Не любая проблема является научной. Научные проблемы выделяются из всех остальных тем, что они ставятся на основе научных предпосылок и исследуются научными методами.

Научные проблемы принято подразделять на фундаментальные, доминирующей целью которых является расширение научного знания, и прикладные, ориентированные, главным образом, на технико-технологическое применение результатов исследования. К последним относятся и проблемы, связанные с усовершенствованием, развитием средств познания. Их важная роль по-настоящему стала осознаваться в XX столетии. Например, многие проблемы ядерной физики невозможно было бы ни осознать, ни решить без новых технических средств познания. В разработке таких средств приходится согласовывать большое количество конструктивных, технико-экономических и других проблем.

Следует заметить, что чётких границ между фундаментальными и прикладными проблемами всё же не существует. Одна и та же проблема, исследуемая с практической или чисто познавательной целью, может иметь решение, обладающее как практической, так и познавательной ценностью. Такое взаимопроникновение и взаимосвязь двух аспектов науки удачно выражаются в известном афоризме: «Нет ничего более практичного, чем хорошая теория».

Осознание проблемы побуждает учёного построить некоторый план исследования, а также представить себе возможный конечный результат в качестве цели исследования. Выбор проблемы является одновременно и выбором направления исследования. Исследование, которое не начинается с постановки проблемы, обречено на то, чтобы остаться беспредметным.

Постановка научной проблемы включает в себя: 1) осознание проблемной ситуации; 2) формирование проблемного замысла с последующей его конкретизацией в серию сменяющих друг друга вопросов; 3) определение конкретных путей, средств, методов научного исследования.

Проблемная ситуация является, как правило, результатом противоречия между вновь открытыми в науке фактами и существующей теорией. Возникает проблемная ситуация обычно в следующих случаях: а) когда новый эмпирический материал не укладывается в рамки имеющихся теоретических представлений, т.е. когда обнаруживается невозможность приложения существующий теории к новой предметной области (например, безрезультатность попыток применения представлений классической механики к электромагнитным явлениям); б) когда развитие теории наталкивается на недостаток опытных данных (такой вариант проблемной ситуации стимулирует целенаправленный экспериментальный поиск); в) когда возникает необходимость создания теории, обобщающей некоторый круг явлений, изучаемых наукой.

Анализ, например, проблемной ситуации, сложившейся в электродинамике ко второй половине XIX века, показывает, что дальнейшее развитие экспериментальных и теоретических исследований в этой области науки упиралось в то время в следующие принципиально важные (но еще не решенные) вопросы: отсутствовали универсальные количественные характеристики, описывающие взаимодействия между электрическими и магнитными явлениями; не было теоретического объяснения самого процесса распространения электрических и магнитных явлений в пространстве и времени и т.д. На решении этих вопросов и сосредоточивались усилия ряда тогдашних учёных. Именно в электродинамике «ощущалась настоятельная потребность в создании единой, отвечающей всем необходимым потребностям теории, которая позволила бы предсказывать развитие электромагнитных явлений во времени и пространстве в самом общем случае, при любых мыслимых конкретных экспериментальных условиях».[36]

Дж.Максвелл явился одним из первых ученых, который осознал сложившуюся в тогдашней науке проблемную ситуацию и понял принципиальную важность создания всеохватывающей теории электромагнетизма. Теория Максвелла сыграла большую роль в последующем развитии электродинамики, в открытии новых сфер ее практического приложения. Именно такого исследования требовала наука того времени.

Итак, проблемная ситуация требует осмысления, формулирования и решения новых проблем. При этом проблема вступает как связующий элемент в поступательном движении человеческого знания от неполного, неточного знания ко все более полному и точному. Обнаружение и постановка проблемы вскрывает неполноту предыдущих знаний и тем самым является необходимым и неизбежным моментом в этом переходе к новому знанию.

Однако не любая проблема может выполнять роль связующего звена между менее совершенным и более совершенным знанием. Существуют проблемы, которые не представляют научного интереса и, соответственно, не могут классифицироваться как научные. Известны так называемые «мнимые» проблемы (или псевдопроблемы), постановка которых никак не способствует прогрессу научного познания. Например, возникновение науки Нового времени было связано с преодолением схоластических проблем, характерных для эпохи средневековья.

И в настоящее время возникают всякого рода псевдопроблемы. К ним относятся проблемы, лежащие вне сферы науки (они решаются в сфере магии, богословия, эзотерики и т.д.), а также проблемы, возникающие в самой науке. К ним относятся всякого рода некорректные проблемы (установить некорректность которых иногда довольно сложно). Вопрос о том, могут ли некорректные проблемы играть положительную роль в прогрессе научного знания, остается дискуссионным. Некоторые исследователи науки считают, что возникновение некорректных (или «мнимых») проблем может быть положительным явлением, поскольку их рассмотрение выявляет реальные проблемы и тем самым способствует развитию научного знания.

В.И.Вернадский, например, анализируя роль «мнимых» проблем в науке, отмечал, что стремление разрешить некорректно поставленные проблемы «привело к великим новым открытиям, но самые проблемы оказались нереальными».[37]

Исчезновение тех или иных «мнимых» проблем может быть связано с возникновением новых научных теорий (проблема устраняется в силу ложности ее предпосылок в свете новой теории). Например, ученые XVIII века были всерьез озабочены проблемой поиска «вещества горючести» – флогистона. Это продолжалось до тех пор, пока французский ученый Лавуазье не снял эту «мнимую» проблему. Он создал принципиально новую теорию горения, показавшую роль кислорода в этом процессе и опровергшую само существование флогистона.

Устранение «мнимых» проблем может происходить также в результате осознания их бесперспективности в свете исследований новой предметной области науки или появления новых философских и методологических установок. Так, достижения в области изучения электромагнетизма обнаружили бесперспективность попыток исследования всех явлений с позиций классической механики.

В некоторых случаях исследование может приводить не к решению проблемы, а к ее уточнению. Например, давно интересовавший ученых вопрос: «В чем сущность жизни?» в процессе его изучения был уточнен и переориентирован на вопрос об особой организации и структуре объектов живой природы. Тогда как прежняя постановка этой проблемы требовала поиска особой субстанции или особой силы как признака живой материи (отсюда – измышления об особой «жизненной силе» и т.п.). Отмеченное уточнение и переформулирование проблемы свидетельствует о новом подходе к ней, т.е. о смене ее предпосылок, эмпирического материала, теории и методики исследования. Такого рода изменения в постановке проблемы повышают вероятность ее адекватного решения.

Таким образом, уточнение проблемы является также одним из видов прогресса научного знания (хотя уточнение и решение – разные вещи). Известны случаи, когда развитие науки обеспечивалось только постановкой проблем без предложений по их решению. Это можно проиллюстрировать на примере И.Ньютона, который в своей «Оптике…» сформулировал 31 проблему, давшую пищу для размышлений и исследований целым поколениям ученых.[38]

Другим примером может служить математическая проблема Пуанкаре, сформулированная знаменитым французским математиком в 1904г. Образно ее описывают так. Если натянуть резиновую ленту на сферическое тело, например, мячик, то медленно перемещая ленту по поверхности, можно сжать ее до точки. А вот с телом другой формы (например, с бубликом) такой фокус не пройдет. Требуется доказать, что таким свойством (его называют односвязностью) обладают только сферические предметы.

В течение последних ста лет ученые безуспешно пытались найти решение этой проблемы. И только в XXI веке решение проблемы Пуанкаре было найдено отечественным математиком из Санкт-Петербурга Г.Я.Перельманом, который был представлен в 2006г. к получению престижной международной премии, учрежденной Институтом Клэя (Кембридж, США) за решение некоторых математических проблем. Учредители данной премии считают, что решение подобных проблем будет иметь важное прикладное значение.

Очевидно, что далеко не все научные проблемы в конце концов решаются. Некоторые проблемы остаются не решенными в течение продолжительного времени после их постановки (в связи с отсутствием условий для их решения, включая и причины вненаучного плана), другие проблемы оказываются неразрешимыми, а третьи вообще исчезают из поля зрения сменяющихся поколений ученых. В первую очередь устраняются проблемы, которые не соответствуют сегодняшнему уровню развития знаний, принятым в настоящее время научным теориям и поэтому не обещают глубоких результатов при своем рассмотрении. Так, проблема полного описания состояния Вселенной в некоторый момент времени считалось достойной рассмотрения во времена Лапласа, поскольку полагали, что на основе такого знания о Вселенной можно предсказать ее состояние в любой последующий момент. В современной науке подобная проблема считается совершенно бесперспективной. Во Вселенной действуют не только динамические, но и статистические закономерности, и предсказать ее последующее состояние на основе предшествующего невозможно.

Существуют некоторые общие требования, выполнение которых необходимо при постановке научных проблем.

1. Любая научная проблема должна формулироваться относительно конкретных, реальных объектов, или предметных областей. В науке не может быть «беспредметной» проблемы, (также как и «беспредметной» гипотезы или теории).

2. Необходимо ясное понимание научной проблемы. Отсутствие такого понимания (или только интуитивное понимание проблемы) влечет негативные последствия: мешает выделению направлений и разработке программ научных исследований, обоснованию и критическому анализу стратегии научного поиска. А это сказывается на способах координации деятельности различных групп исследователей. В условиях разделения научно-исследовательского труда нечетко сформулированная проблема неизбежно ведет к растрате времени, сил, и материальных средств, к нагромождению разрозненной информации и т.д.

3. Научная проблема должна выделять такое направление исследования, в котором отдельные вопросы могут получать осмысление и решение как ее частности. Известно, что относительно любого объекта в науке можно сформулировать большое количество вопросов, задающих целевые установки, и многие из них в той или иной мере могут оказаться полезными. Но самым важным является умение исследователя выделить, сформулировать, обосновать существенный вопрос, объединяющий все другие, и сосредоточиться на его решении. В этом проявляется подготовленность ученого.

4. Научная проблема должна обладать свойством разрешимости. Для прогресса науки и дальнейших действий в научном исследовании важно установить, обладает ли данная проблема этим свойством. Познавательная деятельность ученого во многом зависит от того, какие результаты научного исследования следует считать решением проблемы. Обоснование разрешимости проблемы предполагает получение таких результатов исследования, которые нужно считать ее решением при данном состоянии науки. Поэтому разрешимая проблема (в отличие от псевдопроблем) дает возможность обосновывать и планировать конечный результат, а не объявлять любые результаты решением проблемы. Кроме того, разрешимая проблема позволяет оценивать, отбирать и контролировать познавательные действия и аргументы в самом процессе получения запланированных результатов, а не двигаться к ним при помощи методики «проб и ошибок».

Следует заметить, что в науке нередко приходится сталкиваться с проблемами, допускающими несколько вариантов решения (к таким проблемам, например, относятся технико-экономические проблемы, организационные и т.д.). В таких случаях приходится учитывать, какое именно решение обладает теми или иными преимуществами и поэтому более желательно в данных условиях. Чем сложнее проблема, тем большее количество неизвестных факторов необходимо учитывать при обосновании ее разрешимости, преимуществ и планировании ее решения.

Умение ученого формулировать и критически анализировать аргументы, используемые для обоснования разрешимости или принятия предлагаемого решения проблемы, является важной предпосылкой прогресса научного познания.

Способность воспринимать новые проблемы, видеть и формулировать их – важное условие научного творчества. В науке не существует каких-либо специальных методов поиска и формулирования научных проблем. Для многих из них невозможна и разработка алгоритмов решения. Эти вопросы являются наиболее сложной частью научно-исследовательского труда. Они требуют хорошей подготовки ученого, наличия у него опыта исследовательской работы, творческого подхода, а иногда и мужества.

 

Научная гипотеза

Процесс научного познания, как правило, требует выдвижения каких-то предварительных теоретических предположений о сущности изучаемых объектов, явлений. Эти теоретические предположения именуются гипотезами.

Однако, не всякое предположение, догадку или домысел о чем-либо можно назвать гипотезой. Гипотеза потому и включает определяющий термин «научная», что является научно обоснованным предположением, содержащим определенные аргументы, объясняющие изучаемые явления. Особенность этих аргументов такова, что исчерпывающе проверить их достоверность пока не представляется возможным.

Познавательные возможности гипотез постепенно осознавались все большим кругом ученых, которые считали, что использование гипотез является важным условием прогресса науки. Анализируя состояние науки во второй половине XIX века, Ф.Энгельс отмечал, что «в физике и химии находишься среди гипотез, словно в центре пчелиного роя».[39] Отсюда он делал вывод, что гипотеза становится формой развития естествознания (заметим, что это в равной степени относится не только к естественным, но и к другим наукам – техническим и социально-гуманитарным).

Среди ученых Нового времени имело место и негативное отношение к указанной форме развития естествознания. «Гипотез я не измышляю», – заявлял И.Ньютон. Его «Оптика…» начинается следующими словами: «Мое намерение в этой книге – не объяснять свойства света гипотезами, но изложить и доказать их рассуждениями и опытами».[40] Вместе с тем, совершено, очевидно, что предположение о существовании ненаблюдаемого «мирового эфира», как, впрочем и другие (даже оказавшиеся впоследствии истинными) утверждения самого Ньютона, были гипотезами. Другими словами, в своей научной деятельности Ньютон фактически пользовался гипотезой как важной формой развития естествознания. Так в чем же тут дело?

Дело в том, что расхождения между научной практикой и её осознанием в данном случае, как и во многих других, является кажущимся и объясняется просто-напросто особым словоупотреблением. Под гипотезами Ньютон понимал необоснованные утверждения, предположения, выдвинутые без достаточного предварительного анализа эмпирического материала.

В науке главной целью выдвижения и разработки гипотез является решение научной проблемы. Как только ученые переходят от собирания эмпирически наблюдаемого материала к его классификации, к выделению научной проблемы, перед ними встает задача – строить обобщения, а вместе с ними и гипотезы. При этом научная проблема задает направление поиска гипотез.

Принято считать, что высказанная гипотеза не должна противоречить известным в науке фактам. Но в процессе научного исследования могут встречаться случаи, когда складывается совершенно новая проблемная ситуация и новые научные гипотезы, призванные её разрешить, не согласуются с общепринятыми теориями, противоречат установившимся взглядом.

Такого рода проблемная ситуация возникла, например, в связи с открытием радиоактивности на рубеже XIX-XX вв. Вначале для объяснения этого явления выдвигались гипотезы, основанные на теоретических представлениях классического естествознания XIX в. Пожалуй, наиболее важную роль играла гипотеза о том, что радиоактивность является следствием возбуждения тел лучами, которые испускает радий (гипотеза о так называемой индуцированной радиоактивности). Однако само свойство возбуждать активность других тел требовало объяснения.

В ходе дальнейших исследований эта гипотеза приобрела новый смысл. Всё большее число ученых стали склоняться к идее, что радиоактивность является особым внутренним свойством атомов радиоактивных элементов, благодаря чему они подвержены спонтанным видоизменениям – радиоактивному распаду и радиоактивным превращениям. Эта идея и легла в основу гипотезы, которую обосновывали, разрабатывали и использовали видные ученые того времени, прежде всего, – Мария Кюри-Склодовская, Резерфорд и Содди.

Данная гипотеза основывалась на следующих фактах: излучение происходит и при отсутствии света; радиоактивность не подвержена воздействию известных науке сил и явлений (давления, температура, электрических и магнитных сил, химических реакций и т.п.); соли урана самопроизвольно испускают невидимые излучения, обладающие большой проникающей силой (через металлическую фольгу и другие материалы) и т.д.

Введение новых теоретических понятий является важным условием плодотворности новой гипотезы. Такими понятиями в гипотезе М.Кюри-Склодовской, Резерфорда и Содди стали понятия «радиоактивность» (понимаемая как «особое внутреннее свойство атома»), «радиоактивный распад», «радиоактивные превращения» и т.д.

Всякую гипотезу можно использовать плодотворно при условии, если исследователь применяет ее точно так же, как и теории, уже принятые в науке, т.е. исходит из нее как из установленной системы знаний. Иначе ученый не сможет строго последовательно рассуждать, делать конкретные логические выводы и проверять их эмпирически. Никаким другим путем ему не удастся обнаружить, где именно и в чем выводы из гипотезы не согласуются с уже установленными фактами и мешают поискам новых фактов.

Научные гипотезы в процессе исследования подвергаются проверке, коренной переделке в зависимости от накапливающихся новых фактов. Гипотеза, получившая полное доказательство, проверенная практикой, становится теорией. При этом научная гипотеза остается принципиально близкой к теории, ибо является во всех отношениях идентичной теории, за исключением одного – доказанности ряда посылок, на которых она строится. В свое время сам Ч.Дарвин считал свою идею эволюции органического мира гипотезой, позволяющей объяснить большую группу фактов из области живой природы. Впоследствии, однако, эта гипотеза обрела статус научной теории.

Но хотя научная гипотеза может в ходе дальнейших исследований перерасти в теорию, она все же является специфической формой научного познания. «В гипотезе в силу ее незавершенности значительно больший элемент интуитивного по сравнению с теорией. В процессе выдвижения и построения гипотезы в наибольшей степени проявляется творческие потенции ученого, его талант, накопленный опыт. Поэтому логико-гносеологические аспекты гипотезы тесно связаны с проблемами психологии научного творчества, эвристики».[41] Зачастую бывает трудно объяснить, почему некий ученый выдвигает для объяснения каких-нибудь фактов именно такую гипотезу. Эта трудность проистекает из того, что создание гипотезы является во многом интуитивным актом, представляющим собой тайну научного творчества.

Научная гипотеза должна удовлетворять ряду специфических требований.

1. От гипотезы требуется, чтобы она давала объяснение сущности того множества новых фактов, на основе которых и ради которых она создана. И чем больше круг фактов, объясняемых данной гипотезой, тем более обоснованной она считается. Если же в имеющемся круге фактов появляется какой-либо факт, необъяснимый с точки зрения выдвинутой гипотезы, то такая ситуация служит стимулом: а) либо для поиска новой гипотезы; б) либо для совершенствования существующей гипотезы; в) либо для обнаружения (путем дополнительных проверок) ошибочности появившегося нового факта. Например, из истории формирования периодической системы химических элементов известно, что первоначально некоторые элементы «не вписывались» в эту систему. Тогда Д.И.Менделеев, будучи уверенным в правильности создаваемой им системы, предположил, что атомные веса этих элементов были определены неверно. Последующие экспериментальные исследования подтвердили его предположение.

2. Гипотеза должна быть принципиально проверяема. Это означает, что в процессе познавательной деятельности должно быть, рано или поздно, доказано (или опровергнуто) реальное существование предполагаемого в гипотезе. Способом проверки гипотез является получение (вывод) из них таких следствий («частных случаев»), которые могут быть проверены опытным путем. Если результаты экспериментов совпадают с логически выведенным из общей гипотезы частным случаем, то это свидетельствует о достоверности данной гипотезы.

В то же время следует иметь в виду, что не всякая гипотеза может быть проверена на том или ином этапе развития науки. Неосуществимость проверки гипотезы может быть обусловлена: а) неясностью конкретных путей такой проверки: б) математическими трудностями, препятствующими получению из гипотезы количественных следствий, допускающих однозначное сопоставление с опытом; в) недостаточным уровнем развития экспериментальной техники. В связи с этим вводится понятие фактически непроверяемой гипотезы которая, однако, по мере прогресса науки может со временем стать проверяемой.

Примером такой гипотезы является в настоящее время гипотеза кварков. Согласно этой гипотезе, все известные элементарные частицы могут быть построены из нескольких гипотетических субэлементарных частиц – кварков. Последние должны иметь дробный электрический заряд и должны быть устойчивы, т.е. не должны распадаться на другие частицы. По современным представлениям, кварки связаны посредством особых виртуальных частиц – глюонов. Внутри сложных частиц кварки относительно независимы друг от друга, обладают значительными «степенями свободы». Но при их удалении друг от друга взаимосвязь кварков становится столь большой, что выбить кварк из частицы оказывается практически невозможным (во всяком случае, при нынешнем уровне техники ядерных исследований).

3. Гипотеза должна обладать достаточной широтой, логической стройностью и прогнозирующими возможностями. Это означает способность гипотезы к охвату и объяснению более или менее широкого круга явлений, отсутствие в ней противоречий установленным научным фактам, а также ее способность предсказывать новые явления. Вышеупомянутая гипотеза кварков, например, сумела объяснить то, что оставалось загадочным для других гипотез. Она позволила, в частности, понять закономерности, связанные с магнитными моментами элементарных частиц (расчеты в этой области очень мало отличаются от экспериментальных данных), а также предсказать существование в природе некоторых (пока еще неоткрытых) частиц.

4. Важным требованием, предъявляемым к гипотезе, является ее простота. Под простотой гипотезы понимается такое ее логическое построение, которое не вызывает необходимости при объяснении определенного круга явлений прибегать к каким-либо произвольным допущениям, ко всякого рода дополнительным, искусственным построениям и т.д.

5. Чаще всего гипотеза выдвигается в тех случаях, когда трудно или даже невозможно выявить причину изучаемого явления в силу его недоступности непосредственному наблюдению. Невозможно, скажем, непосредственно наблюдать появление жизни на Земле, процессы образования небесных тел, явления, происходящие на молекулярном или атомном уровне и т.д. При изучении подобных процессов ученым неизбежно приходится прибегать к более или менее вероятным предположениям, объясняющим причину их возникновения, характер их протекания и т.п.

Даже использование сложных беспилотных космических аппаратов не дало пока возможности подтвердить или опровергнуть гипотезу о существовании прежде и в настоящее время каких-то форм жизни на планете Марс. До сих пор остаются гипотетическими научные идеи академика О.Ю.Шмидта о происхождении Земли и других планет, хотя они и хорошо объясняют многие явления, происходящие в Солнечной системе.

В ходе научного поиска может быть выдвинут ряд гипотез в отношении одной и той же группы явлений. Дальнейшее накопление эмпирических данных приводит к отбору гипотез: одни из них отбрасываются, устраняются из науки, как не нашедшие подтверждения, другие подвергаются исправлению, совершенствованию. На этом пути иногда может происходить синтез гипотез, объясняющих одно и то же явление с разных сторон (например, синтез волновой и корпускулярной гипотез света).

В заключение отметим большую роль так называемого гипотетико-дедуктивного метода в построении современного научного знания. Этот метод предполагает выполнение алгоритма, который состоит из четырех звеньев. Сначала обнаруживаются определенные факты, относящиеся к какой-то области действительности. Затем выдвигается первоначальная гипотеза, обычно называемая рабочей, которая на основе некоей регулярности, повторяемости найденных фактов конструирует наиболее простое их объяснение. Далее устанавливаются факты, которые «не вписываются» в это объяснение. И уже с учетом этих выпадающих из первоначального объяснения фактов создается новая, более разработанная научная гипотеза, которая согласует все имеющиеся эмпирические данные, а иногда позволяет предсказать и получение новых. Иначе говоря, из нее можно вывести (дедуцировать) все известные факты, а также указание на еще неизвестные (т.е. пока не открытые).

Крупный ученый, академик П.К.Анохин (один из пионеров отечественной кибернетики) так описывал научное творчество лауреата Нобелевской премии И.П.Павлова: «Павлов отличался редкой смелостью в любой момент отказаться от самой соблазнительной рабочей гипотезы, если только она переставала соответствовать фактическому материалу. Поражало в нем то, что он не мог ни минуты работать без законченной рабочей гипотезы. Как альпинист, потерявший одну точку опоры, сейчас же заменяет ее другой, так и Павлов при разрушении одной рабочей гипотезы старался сразу же на ее развалинах создать новую, более соответствующую последним фактам».[42]

В том случае, если гипотеза согласует («состыкует») между собой факты, свяжет их в единую картину и даже предвосхитит обнаружение новых, еще неизвестных фактов, то она превратится в теорию, которая на определенный исторический срок может занять господствующие позиции в том или ином разделе научного знания.

 

Научная теория

Термин «теория» употребляется в разных значениях. В наиболее широком смысле этот термин применяется как общая характеристика мышления. Обычно это имеет место при анализе соотношения теории и практики (когда теорией называют духовное, мысленное отражение реальной действительности, а под практикой понимают предметную, материально-преобразующую деятельность человека).

Другое, нередко употребляемое понимание теории как некоторой доктрины, учения также имеет довольно широкое значение (хотя в этом случае появляется признак известной систематичности, организованности знания). Но признак систематичности, организованности еще недостаточен для определения научной теории, ибо этот признак присущ и теологическим построениям и теориям современного естествознания.

Очевидно, для теории характерно наличие некоторого специфического отношения между образующими ее высказываниями. Таким специфическим отношением, упорядочивающим отдельные высказывания, является логическая выводимость. С этой точки зрения теория может быть охарактеризована как система высказываний, связанных отношением логической выводимости. Эта важная характеристика теории не позволяет, однако, дать исчерпывающего ее определения.

Научная теория опирается на некоторые исходные положения, из которых логически выводятся все остальные ее положения. К таким исходным положениям относятся: некоторые основополагающие понятия (например, «поле», «квант» и т.п.), фундаментальные законы и принципы, предварительные гипотезы и допущения. Все эти исходные положения являются основой для логического развертывания любой достаточно развитой научной теории и образуют как бы «ядро» ее структуры. Кроме того, в структуру естественнонаучных (например, физических) теорий зачастую входит абстрактный, идеализированный объект (или, как его еще называют, теоретический объект), который связывает теорию с ее эмпирическим основанием. Он выражает центральную идею теории, объединяющую различные абстракции в некоторую целостность.[43]

«Теория – форма достоверного научного знания о некоторой совокупности объектов, представляющая собой систему взаимосвязанных утверждений и доказательств и содержащая методы объяснения и предсказания явлений данной предметной области».[44]

Научные теории можно классифицировать по разным признакам. Например, существует классификация теорий по степени их общности. Такая классификация исходит из степени общности фундаментальных законов, которые входят в структуру теорий. Законы – важнейший элемент каждой теории. Теоретические системы отличаются друг от друга характером включенных в них законов. Основополагающие законы существуют в любой области научного знания. Например, в физике такими законами являются законы сохранения энергии, момента количества движения и др.

Существует следующая классификация научных теорий:

1. Эмпирические (описательные) теории.

2. Математизированные научные теории, использующие аппарат и модели математики.

3. Дедуктивные теории, строящиеся обычно в особых формальных языках.

Эмпирические теории содержат большое количество эмпирических данных. Основные их положения представляют более или менее прямые обобщения этих данных. Используемые для формулирования этих обобщений понятия – преимущественно «качественные», классификационные или сравнительные понятия. С таких теорий естествознание начинало свое развитие. И до сих они составляют значительную часть естественнонаучных теорий. К ним относятся, например, такие выдающиеся достижения человеческой мысли, как дарвиновская теория естественного отбора или павловская теория условных рефлексов.

В то же время в качественных теориях могут, в той или иной степени, использоваться количественные методы исследования: различные таблицы, графики и т.п. В них могут с успехом применяться те или иные математические методы, например, методы математической статистики и др.

Математизированные теории – это теории, широко использующие количественный формализованный язык и создающие математические модели для описания и объяснения соответствующего эмпирического материала. К такого рода теориям относятся теории в физических науках. В настоящее время эти теории широко представлены также во многих разделах химии, в технических науках, все больше проникают в биологию, в геологию, в экономические науки и т.д. Для этих теорий характерен, прежде всего, переход от качественных понятий к количественных понятиям (величинам) и построение математических моделей изучаемых явлений.

Исходя из соотношения опыта и дедукции в процессе построения научных теорий, последние подразделяются на дедуктивные и недедуктивные. Построение дедуктивных теорий предполагает исходные опытные данные, но протекает оно независимо от опыта, поскольку предварительно заданы исходные понятия и предложения. При создании недедуктивных теорий основное внимание сосредотачивается на обработке наблюдения и эксперимента, которая предполагает широкое использование индуктивных обобщений, выводов по аналогии и т.д. На основе такой обработки анализируется множество свойств и отношений некоторой предметной области, выделяются наиболее существенные и необходимые и обобщаются в виде определенных законов.

Математические теории является дедуктивными теориями, т.е. теориями, построенными с помощью дедуктивного метода. Основные черты дедуктивного метода (и теорий, построенных этим методом) могут быть представлены следующим образом.

Прежде всего, выделяются высказывания, принимаемые без доказательств. Это первичные высказывания, или аксиомы (постулаты). Как правило, они формулируются с помощью исходных терминов, но в принципе в них могут входить и производные термины. В определенном плане аксиомы могут рассматриваться как скрытые определения исходных терминов.

Все остальные высказывания должны быть получены из исходных по некоторым логическим правилам. Эта совокупность высказываний образует класс выводимых (доказуемых) предложений или теорем.

Для построенной таким образом дедуктивной теории чрезвычайно важным оказывается её исследование (исследование лежащих в её основе аксиом) на непротиворечивость, полноту и независимость. Такое исследование – одна из основных задач метаматематики – науки о строении и основных свойствах математических теорий.

В истории науки в зависимости от трактовки категорий необходимости и случайности в научном познании произошло разделение теоретических систем на теории жёсткой детерминации и статистические.

Для классического периода развития науки были характерны теории жесткой детерминации, признавались только динамические закономерности. По существу, вся классическая физика, особенно классическая механика, основывалась и развивалась в сфере этого стиля мышления: все выводы строились на строгом языке математики, изучаемые связи и закономерности, как правило, считалось строго однозначными. Неоднозначность, случайность исключались из теорий жёсткой детерминации. А если учёные и сталкивались с неопределённостью и неоднозначностью, то это считалось свидетельством некорректности самой постановки исследовательских задач.

Такая абсолютизация жёсткой детерминации (когда рассматривались только необходимые связи, а случайности не входили в содержание создаваемых теорий) впоследствии стала не только недостаточной, но при исследовании многих более сложных явлений (например, в области биологии, физики, особенно квантовой, социальных областей и т. п.) просто непригодной. Возникла настоятельная необходимость в формировании нового стиля научного мышления, который бы позволил изучать не только необходимые, жёсткие, однозначные связи, но и закономерности, которым подчиняются случайные связи и явления. Это и предопределило появление и быстрое распространение статистических теорий.

Первоначально идеи статистической теории стали складываться в физике в ходе познания природы тепловых явлений в газообразных веществах. Благодаря работам Р.Клаузиса и Дж.Максвелла в процессе разработки молекулярно-кинетической теории газов начался переход к теоретико-вероятностным представлениям. Свою относительно завершённую и целостную форму выражения статистическая физика получила в работах Л.Больцмана и У.Гиббса, сделавших её пригодной для исследования систем весьма различной физической природы.

Кульминационным пунктом развития статистических теорий в естествознании можно считать разработку квантовой механики в 20-х годах прошлого столетия. «Квантовая механика внесла наиболее радикальные изменения в наши представления о природе физической теории, и эти изменения непосредственным образом связаны с трактовкой вероятности в структуре новой физики… Если в случае классической физики вероятность ещё могла трактоваться как второстепенный, инородный элемент структуры физической теории, то в квантовой механике вероятность с самого начала рассматриваться как одно из важнейших оснований самой структуры физической теории».[45]

К числу важных гносеологических проблем относится проблема перехода от старых теорий к новым. При этом, как правило, наблюдается определённая преемственность в развитии теоретического знания. Новая теория не отбрасывает целиком старую, а сохраняет её положительное содержание(т.е. здесь имеет место диалектическое отрицание). Причем новая теория, не отрицая полностью старую, указывает границы её применимости. Так, специальная теория относительности А.Эйнштейна, предложившая следующую формулу для массы движущегося тела (m_v):

 

m₀

m_v=----------------

(где m_о – масса покоя, V – скорость движения тела, с – скорость света), не отбросила в то же время механику Ньютона. Она указала, что выводы классической механики справедливы лишь для случаев медленных движений, т.е. когда V много меньше С (или устремляя V к нулю), получается, что m_v= m_о. А это есть известное утверждение классической механики о независимости массы тел от их движения. Такое своеобразное включение старого знания в новое, старых теорий в новые представляет собой одну из закономерностей научного познания.

После того как теория построена, она вступает в полосу объяснения и предсказания новых явлений. На этой стадии происходит расширение эмпирического базиса теории. При этом новый эмпирический материал не просто осваивается теорией, а оказывает на нее активное обратное воздействие. В процессе своего приложения к новым ситуациям теория начинает меняться.

Важной причиной таких изменений становятся трудности, которые возникают при решении новых задач старыми методами. Чтобы выработать методы, обеспечивающие решение широкого круга новых задач, приходится менять математические средства и развивать новые теоретические модели исследуемой реальности. В результате происходит переформулировка сложившейся теории: создается новый математический аппарат и происходит развитие ее понятийной структуры.

История науки демонстрирует немало свидетельств такого развития уже сложившейся теории. Например, предсказание электромагнитных волн и дальнейшее применение теории Максвелла к объяснению оптических явлений привели к развитию понятийного аппарата электродинамики (появились понятия электромагнитной волны, электромагнитного излучения и т.д.). Вместе с тем, расширение сферы эмпирического приложения уравнений Максвелла потребовало совершенствования математической формы теории. Математический аппарат и понятийные структуры, которые развиваются в процессе приложения сложившейся теории к новым физическим ситуациям, могут оказаться как раз теми необходимыми средствами, применение которых в новой области теоретического поиска обеспечивает интенсивное развитие научных знаний.[46]

 

Научная картина мира

Человек издавна стремился создать для себя некоторое целостное представление об окружающем мире, «поднявшись» над теми фрагментарными знаниями, впечатлениями, которые он получает через свои ощущения в процессе повседневной жизни. Это хорошо выразил всемирно известный ученый А.Эйнштейн. «Человек, – писал он, – стремится каким-то адекватным способом создать себе простую и ясную картину мира для того, чтобы оторваться от мира ощущений, чтобы в известной степени попытаться заменить этот мир созданной таким образом картиной. Этим занимается художник, поэт, теоретизирующий философ и естествоиспытатель, каждый по-своему. На эту картину и ее оформление человек переносит центр тяжести своей духовной жизни, чтобы в ней обрести покой и уверенность, которые он не может найти в слишком тесном головокружительном круговороте собственной жизни».[47]

Синтез теоретического знания влечет за собой появление таких новых форм его систематизации как научная картина мира, естественнонаучная картина мира, локальные картина природы. Во второй половине ХХ века эти высшие формы систематизации научного знания стали предметом изучения в философской литературе, посвященной методологическим проблемам научного исследования.

Особый интерес исследователей вызывает предельная форма систематизации теоретического знания – научная картина мира. Заметим, что в иерархии форм систематизации научного знания существует известная закономерность: более высокая форма обобщения представляет собой нечто большее, чем сумма содержаний предшествующих форм знания (например, теория не является простым обобщением, суммированием эмпирического материала). Любая более общая форма знания есть целостная система наиболее существенных представлений, содержащихся в предшествующих ей формах систематизации. Она организуется на основе того или иного системообразующего принципа и всегда обладает определенным приращением знания.

Научная картина мира должна поэтому представлять собой диалектический синтез наиболее фундаментальных положений современной науки, быть органической целостной системой, отражающей важнейшие закономерности развивающегося мира.

Термин «картина мира» появился в рамках физической науки в конце XIXв. Одним из первых его использовал знаменитый физик Генрих Герц. Он понимал физическую картину мира как совокупность создаваемых исследователями представлений («внутренних образов») об объектах внешнего мира, из которых логическим путем, – как следствие указанных представлений, – можно получить сведения относительно поведения этих объектов.[48]

Вслед за Герцем термином «картина мира» широко пользовался не менее знаменитый физик Макс Планк. Под физической картиной мира он понимал «образ мира», формируемый в физической науке и отражающей реальные закономерности природы. Планк считал, что содержание этого «образа мира» непрерывно углубляется по мере развития физического знания. При этом он указывал на объективность и единство научной картины мира. Чувственные ощущения людей, – отмечал он, – вызываемые различными предметами, могут и не совпадать, но «картина мира», мира вещей для всех людей одинакова.[49]

Наиболее сжато научную картину мира можно определить как «систему общих представлений о мире, вырабатываемых на соответствующих стадиях исторического развития научного познания».[50]

Наряду с научной, существует и философская картина мира. Она представляет собой систему наиболее общих философских понятий (категорий), принципов, концепций, дающую на определенном историческом этапе представление о мире в целом. В зависимости от тех или иных решений определенных философских проблем могут строиться, например, материалистическая или идеалистическая картины мира, монистическая или дуалистическая картина мира, метафизические или диалектические представления о мире и т.д.

Философская и научная картины мира не существуют изолированно, в отрыве друг от друга. Философская картина мира опирается на достижения конкретных наук, подтверждающих и конкретизирующих ее положения и выводы. В свою очередь, научная картина мира обязательно связана с теми или иными философскими представлениями, свойственными той или иной эпохе, т.е. является своеобразным синтезом знаний о природе и обществе и философских, мировоззренческих установок.

Можно сказать, что научная картина мира – это «такой горизонт систематизации знаний, где как раз происходит теоретический синтез результатов исследования конкретных наук со знаниями мировоззренческого характера, представляющими собой целостное обобщение совокупного практического и познавательного опыта человечества».[51]

Научной картине мира предшествует (по степени обобщения) картина мира, которая складывается из существующих научных представлений о строении и развитии природы. Она называется естественнонаучной картиной мира. Кроме того, отдельные естественные науки могут создавать собственные картины исследуемой ими реальности. Их называют частнонаучными (или локальными) картинами природы. В этом смысле говорят о физической картине природы, о химической картине природы и т.д. Последние возникают на основе синтеза наиболее общих представлений той или иной конкретной науки и являются предельными формами систематизации научного знания в фундаментальных естественных науках. Локальная картина природы отражает определенный фрагмент природы, тот или иной структурный уровень ее организации. Она формируется – как и естественнонаучная картина мира в целом – путем теоретического осмысления наиболее фундаментальных представлений данной естественной науки и их синтеза (с учетом достижений философской мысли) в некоторую единую систему обобщенного знания.

Например, «химическая картина природы как высшая форма химического знания, как предельно обобщенный взгляд химика на окружающую его природу представляет собой структурно-организованную систему понятий, законов, проблем, гипотез, теорий, естественнонаучных и философских принципов, находящихся в сложных, противоречивых отношениях друг с другом. С помощью этих основных форм систематизации философского и естественнонаучного (в первую очередь химического) знания и создается наиболее концентрированный, сущностный «химический образ» природы на определенной стадии развития человеческого познания».[52]

М. Планк подчеркивал, что картина мира изменяется в процессе развития науки и имеет поэтому относительный характер. Создание такой картины мира, которая представляла бы собой нечто абсолютное, окончательно завершенное и не нуждалось бы в дальнейших улучшениях, Планк считал недостижимой задачей. Процесс развития науки всегда сопровождался формированием, утверждением (на какой-то исторический период) и последующей сменой картин мира.

Понятие научной картины мира, несмотря на довольно длительное употребление его в языке науки, до сих пор является предметом обсуждения. В частности, спорным остается вопрос о включении в состав научной картины мира методологии научного познания, что представляется вряд ли оправданным. Ведь существует грань между методом познания, характеризующим процессуальную сторону научного исследования, и формой научного знания, представляющей собой результативный момент этого процесса. С этой точки зрения, научная картина мира, как форма систематизации теоретического знания, должна включать лишь основные результаты научного познания, абстрагируясь от методов их получения (хотя это вовсе не означает, что такие результаты не могут сами выполнять методологическую функцию).