Научная эмпирия и ее основные элементы.

Термин «эмпирия» имеет древнегреческое происхождение (empeiria - опыт) и тождествен слову «опыт». Речь идет о таком способе познания, где предметом выступает внешняя для исследователя реальность – природа, человек, общество. Все индивиды взаимодействуют с единицами этой действительности и формируют обыденно-практический опыт. Хотя он безусловно необходим и ценен, но недостаточен в силу своей поверхностной узости и ограниченности. Вот почему наука развивает свою опытную деятельность. Главным результатом научного опыта выступает факт как первое свидетельство об изучаемой реальности. Высокая ценность научных фактов безусловна: «Факты – это воздух ученого» (И. П. Павлов).

Научное наблюдение. В готовом виде факты не существуют, они получаются в ходе специальной деятельности в двух формах – наблюдения и эксперимента. Отличие их в том, что в первой воздействие ученого на реальность минимальное, а во второй оно максимально. Соответственно научная эмпирия делится на описательную и преобразовательную, объединяет их использование приборов, которые расширяют зону действия органов чувств, благодаря чему скрытое становится явным. В качестве приборов ученые нередко используют естественные объекты, этим отличается физика, астрономия и космология. Так, в опытах с маятником (Ж. Фуко и др.) планета Земля выступает источником постоянной гравитации. В исследованиях радиоизлучения скоплений галактик Млечного пути наша планета использовалась как экран, перекрывающий это излучение. При определении угловых размеров квазаров космологи привлекли Луну. Дифракция их излучения на краях Луны позволила точно найти нужные координаты [1, с. 37 ].

И все же решающая роль в науке принадлежит техническим приборам. Их первые разработки появились еще в середине I тысячелетия до н. э., но настоящая техническая революция в науке началась в XVII веке. Тогда были сконструированы микроскоп и телескоп, первый открыл дорогу в мир малых объектов, второй дал возможность изучать крайне удаленные космические тела. В современной науке существуют не только приборы-усилители, но есть и приборы-анализаторы, преобразующие сигналы объектов в форму чувственных знаков. К таковым относятся лакмусовая бумага в химии, при воздействии на нее серной кислоты она краснеет и этот эффект виден. В физике спектроскоп переводит физико-химическую информацию в видимые знаки. Очень важную роль играют приборы-регистраторы, дающие фотоснимки, электрические и магнитные следы, осциллограммы и т.п. Когда француз Ж. Кулон (1736 - 1806) сконструировал крутильные весы, он сразу же смог зафиксировать такие данные, которые позволили ему сформулировать основной закон электростатики. До этого многие ученые пытались безуспешно вывести данный закон чисто теоретически [2, с. 176-179].

Наблюдение сложилось в науке исторически раньше эксперимента и на то были свои причины. Хотя его основу составило восприятие, им оно не ограничивалось. Научное наблюдение предполагает три обязательных процедуры: описание, сравнение и измерение. Фиксация чувственных данных, интерпретация в виде фактуального суждения, группировка и классификация фактов – все эти операции составляют описание. При сравнении разных, но родственных фактов выделяется общий признак и выявляются его степени (ближе-дальше, ярче-темнее и т.д.). Измерение регистрирует различия по степени и наполняет шкалу сходств и различий количественными характеристиками величин (определенные числа). Так, в древней астрономии для наблюдения за перемещениями планет были выделены линия горизонта и «метки» из созвездий на небесном своде. Сформировалось представление о небесном своде как проградуированной шкале, где неподвижные звезды стали играть роль системы отсчета. К VI в. до н.э. в Египте и Вавилоне возникла схема зодиака из 12 участков (созвездий), где на каждый приходилось примерно 30 градусов из 360. Налицо измерительная шкала для описания движений Солнца и планет.

Заслуживают интереса переходы от случайных наблюдений к регулярным и обратно. Главная отличительная черта наблюдений, ведущихся от случая к случаю, - это отсутствие четкой познавательной цели. Вместо ее присутствия самая общая и неопределенная установка типа «а вдруг?!», «может быть». Такое положение было привычным для ранних этапов становления науки и отдельных дисциплин. Если случайное наблюдение наталкивается на необычный факт и он оценивается как весьма вероятный в своей перспективности, то сразу же наблюдение становится систематическим. В 1976 г. аспирант английского радиоастронома Э. Хьюиша К. Белл неожиданно обнаружила на небе источник коротких радиоимпульсов. Это ее заинтересовало и она, проведя многократные измерения, получила строгую периодичность сигналов – 1,33 сек. Было выдвинуто несколько гипотез, включая версию космической цивилизации, но, в конце концов, оказалось, что обнаружен пульсар – небольшая вращающаяся нейтронная звезда как остаток взрыва сверхновой звезды, произошедшего более одной тысячи лет назад. Теория нейтронных звезд была уже разработана советским физиком Л. Ландау (1908 - 1968) и она получила первое фактическое подтверждение. Формой случайного наблюдения может выступать побочный эффект систематического исследования. Затем он оценивается как важный и становится ядром новой регулярной эмпирии. Так, К. Янский, выполняя задание одной фирмы, изучал влияние грозовых помех на межконтинентальные радиотелефонные переговоры. И вот случайно он обнаружил устойчивый радиошум, из побочного явления данный факт скоро стал центральным. Так было открыто радиоизлучение Млечного пути.

Исследовательский эксперимент. Он так же строится из описания, сравнения и измерения с той лишь разницей, что изучаемый объект преобразуется под контролем разума. Итальянский ученый Г. Галилей стал родоначальником научного эксперимента, предложив сделать исследуемые свойства контролируемыми переменными. Так, скорость падения тела можно контролировать, заменив его падение движением по наклонной плоскости. Если речь идет об опытах над природой, эксперимент должен иметь повторную воспроизводимость в другое время и в других местах. Это важно для исключения возможных ошибок. Фактор времени очень существенен для биологических опытов и особенно для генетических экспериментов, где высока ценность тех видов, у которых происходит быстрая смена поколений. Уже основатель генетики чешский монах Г. Мендель весьма удачно выбрал горох, отличающийся высокой скоростью гибридизации. Еще более быстрым «героем» стала плодовая мушка дрозофила, выбор американского генетика Т. Н. Моргана (1866-1945) пал на нее, ибо цикл от яйца до взрослой особи составляет всего 10 суток. Ценно и то, что в половых клетках этой мухи всего 4 хромосомы, что очень удобно для опытов. Трудностью для эксперимента могут быть пространственные характеристики объекта, то они чересчур велики, то слишком малы. Когда ученые приступили к исследованию нейронов мозга, то главной помехой стали их миниатюрные размеры. Выход был найден в виде аклизии из отряда моллюсков-кальмаров, у которой обнаружились гигантские нервные волокна (аксоны). Они легко выделяются и благодаря толщине в их нетрудно ввести электроды, что позволило успешно изучить передвижение ионов и электричества в нейронах.

За несколько веков эксперимент стал разнообразным: а) изолирующий (объект изолируется от внешних искажающих воздействий – «башни молчания» в лаборатории И. П. Павлова); б) аналитический (объект разлагается на элементы – из химического соединения выделяют компоненты); в) воспроизводящий как натурный, так и модельный (проверка гипотезы). Весьма выросли познавательные возможности современного эксперимента. Еще в XIX в. число переменных, как правило, не превышало двух. Но вот в 1925 г. английский агробиолог Р. Фишер (1890 – 1962) разработал схему многофакторного эксперимента. Здесь множество переменных сцеплено в единый комплекс и все они вместе варьируются. Вклад каждой переменной оценивается дисперсионным анализом (разновидность статистики). Здесь измеряемые признаки разлагаются на независимые слагаемые, каждое из которых характеризует влияние того или иного фактора (переменной), а также их комбинаций. Такая методика позволяет для подсчетов привлекать компьютерную вычислительную технику.

Основное достоинство эксперимента сводится к его способности связываться с теориями. Если теоретически вычисляется некий «факт» в виде возможного «точечного» фрагмента реальности, то эксперимент может его вычленить из сложного контекста связи. Наблюдение на такое не способно. За счет теории эксперимент является высоко управляемым процессом, ибо здесь реализуется программа, где есть: а) цель и задачи; б) рабочая гипотеза; б) проект опыта; г) методика реализации проекта. Ядром проекта выступает логическая схема, где выделены независимые переменные (управляемые изменения), зависимые переменные (изменения под влиянием независимых) и побочные факторы (помехи, требующие нейтрализации). В ходе многократных повторений и измерений переменные приобретают численные величины и их сравнивают с теоретическими вычислениями, то есть с фактуальным предсказанием. Приблизительное совпадение подтверждает гипотезу, значительное расхождение ставит на ней крест.

Для эксперимента исключительную важность имеет точность измерений. Усовершенствование приборной техники дает в этом отношении явный прогресс. Так, в современной физике элементарных частиц достигнут уровень очень высокой измерительной точности. На стэнфордском ускорителе (США) было измерено, что электроны с левой поляризацией спинов отклоняются протонами атомного ядра на 1/10000 долю сильнее, чем электроны с правой ориентацией спина. И все же у правила точности есть свои исключения. Иногда неточности измерений идут на благо научного поиска. Расшифровка этого парадокса произойдет там, где мы будем разбираться в сути научной идеализации.

Научный факт. Он является главной целью и узловым результатом исследовательского опыта. Это сложный феномен, в понимании которого сложилось три точки зрения: а) «объективизм» – фактом выступает некоторое единичное явление реальности. Так, ученые XVIII в., изучавшие молнию как явление природного электричества, считали ее фактом; б) «субъективизм» - научный факт есть феномен человеческого сознания. Такова позиция некоторых немецких историков XIX в., полагавших, что исторический факт вне сознания историка существовать не может; в) «единство объективного и субъективного» - научный факт производится учеными для отражения объекта, его содержание объективно и форма субъективна. Последняя трактовка присуща современному этапу развития науки.

Субъектно-объективная действительность факта выражается связью чувственного и рационального. Это соотношение хорошо выразил И. Кант: чувства сами по себе слепы, рассудок сам по себе пуст. Наша чувственность каждую секунду получает из внешней среды и от внутренних органов тела огромное количество импульсов. Из этого многообразия лишь 5-9 сигналов ежесекундно может попасть в зону внимания («воронка Шеррингтона»). Оказаться в этой зоне могут лишь те впечатления, которые выделяются интеллектом как существенные и значимые. Важность такой оценки возрастает для научной эмпирии. Только строго определенные рецепторные впечатления становятся здесь непосредственными свидетельствами изучаемой реальности. Но, оставаясь потенциальными знаковыми данными, сами по себе они демонстрируют свою «слепоту», т.е. указывают на что-то без точной определенности. Как раз ее и вносит интеллект ученого, придавая чувственным знакам рациональное значение. Ближайшим методом интерпретации чувственных данных выступают особые эмпирические обобщения, дальним же средством может быть теория среднего уровня. Главное, что установление факта совпадает с последовательностью актов ощущения и восприятия: а) ценностное выделение значимого впечатления; б) фиксация сиюминутных чувственных данных протокольным языком; в) интерпретация протокола должными когнициями; г) конституирование научного факта как целостного феномена, объединившего чувственную, языковую и рациональную сторону.

Специфической особенностью рецепторной чувствительности является ее неустойчивость. От одного и того же внешнего объекта у одного индивида образуются рецепции разной модальности. Эти колебания обусловлены своеобразием реагирования телесно-нервной системы человека (свежесть/усталость, подъем настроения/спад и т.п.). Вот почему правилом науки стало обеспечение устойчивого и постоянного содержания чувственных данных как главного условия их объективности. Эта цель достигается разными средствами: а) проводится не один наблюдательный опыт, а большая серия наблюдений, где выделяются только существенные данные; б) разработаны методики устранения возможных ошибок (контрольные испытания приборов, статистическая обработка данных с устранением погрешностей); в) в поведенческих науках 1 час полевого наблюдения требует около 15 часов сопутствующей подготовки и оформления; г) историки и культурологи стремятся сопоставлять несколько независимых исторических свидетельств.

И все же главная забота ученых заключается в обеспечении должного когнитивного содержания фактов. На фоне двух остальных компонентов (чувственного и языкового) он выделяется как главный. Если у факта еще нет рационального значения, ученые расценивают его как «сырой» и незаконченный материал. Английский логик и методолог науки Дж. Ст. Милль (1806-1873) полагал, что если 1/10 факта падает на чувственность, то его 9/10 составляет знание. Хотя здесь не учитывается язык, соотношение весьма показательно. Формулу Милля следует признать игровой метафорой, ибо связь чувственных модальностей и знаний несоизмерима, она не поддается числовой оценке. Однако по большому счету с исследователем нужно согласиться: в структуре факта знание имеет безусловный приоритет над другими элементами. Именно оно дает ученым более или менее точное свидетельство об исследуемой реальности. Все остальное лишь способствует такой связи.

Качество фактуальных знаний может быть разным. Очевидно, что на первом месте здесь стоит информативность. Если в своем лабораторном журнале исследователь записал фразу: «в такой-то момент времени стрелка прибора отклонилась на 10 единиц», то это будет обычный рядовой факт, который мало информативен. Хотя он и нагружен некоторыми образами («время», прибор как воплощение особой теории), протокольная запись близка к «голому» факту, т.е. к диаде: чувства + язык. Ученые стремятся увеличить информативное содержание получаемых фактов и эта установка дает свои плоды. Биологам уже давно было известно, что для обменных процессов позвоночным нужен кислород. Но как выходят из положения организмы, долгое время проводящие в воде? Сравнительно недавно ученые установили, что пресноводные черепахи в воде замедляют сердечный ритм, сокращая тем самым потребление кислорода. Карась может пребывать без кислорода из воздуха около пяти суток за счет преобразования молочной кислоты в этиловый спирт. Эти факты не только высокоинформативны, но и несут новые сведения.

Уровни обобщения фактов: идеальные объекты, модели и эмпирические законы. Научный факт и теория представляют собой некие крайности, между которыми выстраивается множество промежуточных уровней. Одиночный факт сам по себе не имеет особого научного значения, важна связь фактов. Такая ориентация действует на стадии сравнения, где факты соотносятся друг с другом через выделение сходства и различий. Конечно, надо признать существование в науке чисто суммативных коллекций, наборов и гербариев, но все это предварительные формы. Настоящая эмпирия начинается там, где факты объединяются общим признаком в некоторую шкалу. Только такая процедура вносит в группу фактов определенный порядок. По способу группировки шкалы делятся: а) ранговые, где общий признак увеличивается или уменьшается (шкала Мооса распределяет минералы по росту твердости от талька (1) до алмаза (10); б) пропорциональные, где детально прослеживаются сходство и различие признаков. Так построены таксономические группы в биологии.

Более высокой формой упорядочивания фактов является классификационная модель. Главная цель эмпирической модели – свести конкретную сложность реального объекта к абстрактной схеме, которая вместе с тем могла бы объединить наличные факты. «Кирпичиками», из которых строится модель, выступают «идеальные объекты». Вот за счет них и происходит разумное упрощение объекта и замена его моделью. Все идеальные объекты суть односторонние «портреты» реальных вещей и явлений, сконструированные в научной практике. Они развиваются от эмпирических абстракций к теоретическим идеализациям.

Наиболее показательны идеальные объекты физики, имеющей один из самых почтенных возрастов. Когда на рубеже XVIII-XIX вв. ученые принялись обобщать накопленные факты по электричеству и магнетизму, и ставить новые опыты, им пришлось конструировать целый ряд научных представлений. Одним из них стал «провод с током» со следующими признаками: а) быть прямолинейным; б) проводить электрический ток; в) находиться на некотором расстоянии от магнитной стрелки. Реальный провод обладает еще множеством других свойств (цвет, вес и т.д.), но ученые сознательно их не взяли в расчет. Более того, они пошли на деформирование некоторых характеристик. Так, Фарадей разработал абстракцию «точечный пробный заряд», где заряд сосредоточен в точке и не оказывает обратного воздействия на электромагнитное поле. Хотя ученому было известно, что все физические тела имеют пространственные размеры и объем, а поле и тела взаимодействуют. Такое конструктивное абстрагирование и наделяет эмпирический объект познавательными достоинствами. Конечно, данная процедура требует от ученого высокого напряжения творческих сил. Казалось бы, опыт с металлическими опилками прямо указал Фарадею на такой идеальный объект, как «силовая линия». Но чтобы провести этот опыт, ученому надо было предварительно создать его проект, что стало совсем неочевидным делом.

В ряде ситуаций необходимость создания идеального объекта может войти в противоречие с идеалом измерительной точности. Последний ориентирует на учет всех тонких количественных деталей, а выработка новой абстракции требует разумного отвлечения от них. Вот почему иногда получается так, что фактуальные неточности как раз и обеспечивают должную степень упрощения и идеализации. Они создают эффект решета, отсеивающего ненужные частности и выявляющего общую суть. Нечто подобное случилось в астрономии. Датский астроном Тихо Браге славился точностью своих наблюдений, но приборная техника его времени была несовершенна, что определило естественный уровень ошибок. Как ученик Браге немец И. Кеплер продолжил его дело и стал использовать его данные о движении Марса. В них также оказалось много неточностей, но как раз это обстоятельство помогло Кеплеру отказаться от традиционного для астрономии идеального объекта – круговой орбиты. Ошибки в наблюдениях больше свидетельствовали в пользу эллипса. Некоторые современные астрономы заявляют, что если бы Кеплер имел в своем распоряжении более точные данные, его открытие вряд ли бы состоялось. Это сделали бы позднее другие ученые. Вот уж, действительно, иногда недостатки оборачиваются благом.

Идеальные объекты объединяются в эмпирическую модель. Связующим скрепом здесь выступает эмпирический закон, отражающий некую объективную, общую и регулярную связь. Конструкция из такого закона и абстрактных объектов соединяет группу соответствующих фактов в нечто целое. Модель выглядит как редкий скелет, но как раз благодаря этой бедности и схематичности она связывает фактическое разнообразие. Так, к 1865 г. было известно 71 химических элементов, но все это было мозаикой из разрозненных фактов. И вот Д. И. Менделеев открывает периодический закон («свойства всех химических элементов определяются их атомным весом») и на его основе строит таблицу, т.е. модель. За счет необходимой (периодически повторяющейся) связи двух основных идеальных объектов – «химический элемент» и «атомный вес» - и вспомогательных абстракций («металлы»/«металлоиды» и т.п.) эта схема не только связала наличные химические факты, но и стала предсказывать новые.