Методологические и эвристические принципы построения теории

Ознакомившись с методами анализа структуры теорий, перейдем к рассмотрению наиболее сложного и трудного вопроса о принципах и методах их построения. Такие принципы по необходимости должны иметь скорее весьма общий и рекомендательный, чем обязательный характер в силу творческой природы процесса научного исследования вообще и построения теории в особенности.

Среди методологических принципов можно выделить, во-первых, логические и интуитивные факторы, во-вторых, эмпирические и рациональные.

Логические факторы, несомненно, играют важную роль в построении теории, так как именно они служат для установле-ния связи, во-первых, между ее основными и неосновными по-нятиями посредством определений, во-вторых, для вывода (дедукции) из исходных посылок теории (аксиом, фундамен-тальных законов и принципов) следствий (теорем и неоснов-ных законов), в-третьих, для индуктивного подтверждения эмпирически проверяемых следствий теории. На первом этапе научного познания, когда возникающая наука, в частности естествознание, была занята накоплением и систематизацией эмпирической информации, логике придавалось решающее зна-чение в открытии новых научных истин, в том числе и созда-нии теорий. Как уже отмечалось в предыдущих Лекциях, сторон-ники рационализма XVII—XVIII вв. главным инструментом открытия новых истин считали дедукцию, посредством которой эти истины выводятся из заключений интеллектуальной интуи-ции, считавшихся самоочевидными. Защитники эмпиризма в качестве средства открытия законов и новых истин в науке признавали созданные еще Ф. Бэконом и модернизированные и усовершенствованные Д. С. Миллем каноны индук-тивной логики. Несостоятельность таких попыток стала очевидной именно после того, когда в науке начали создавать теории, содержащие абстрактные понятия и неэмпирические законы. «Чисто логическое мышление, — указывает Эйнштейн, — не могло принести нам никакого знания эмпирического ми-ра. Все познание реальности исходит из опыта и возвращается

ему»¹. По его мнению, большинство физиков XVIII—XIX вв. врило, что основные понятия и законы физики могли быть выведены из экспериментов посредством «абстракции», т.е логическими средствами. Ясное осознание неправильности такого представления, на его взгляд, «принесла по существу олько общая теория относительности, которая показала, что этветствующий опытный материал можно объяснить на снове совершенно других принципов, и притом гораздо более цовлетворительным путем»².

Интуитивные факторы в создании новых научных идей и орий получили широкое признание после того, когда была установлена несостоятельность попыток построения логик от-рытия. Конкретные механизмы и типы интуиции изучаются равным образом в психологии творчества, хотя многое здесь кажется неясным и спорным. Когда говорят об интуитивном познании в науке, то обычно имеют в виду не чувственное созерцание, а интеллектуальную интуицию, т.е. дискурсивно не контролируемую жесткими правилами логики, а опирающуюся на аналогии, сравнения, образы, эвристические соображения и т.п. Нередко интуицию рассматривают как озарение, инсайт, внезапное открытие, и на этом основании противопоставляют логическому рассуждению, а иногда и систематическому исследованию. Часто при этом ссылаются на воспоминания и рассказы известных ученых, которые действительно свидетельствуют, что к некоторым важным своим открытиям они пришли после того, как перестали размышлять над интересующей проблемой, находясь на отдыхе, во сне, перейдя к изучению других вопросов и т.д. Загадочным такое внезапное открытие, по-видимому, выглядит потому, что игнорируется вся предшествующая деятельность мышления, а по мнению известного французского математика А. Пуанкаре, также и подсознания. Юнг считал, что большинство комбинаций идей возникают в подсознании, а сознание лишь отбирает те из них, которые являются красивыми и вследствие этого оказываются наиболее полезными³. Выдвигались и другие гипотезы о внутренних механизмах интуиции⁴, но ни одна из них даже в области математического творчества не была достаточно обоснована и поэтому

¹ Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 4.— С 182. *Гам же. - С. 183.

'³ Пуанкаре А. Математическое творчество// О науке.—М.: Наука, 1983.—С. 309—320.

⁴ Адамар Ж. Исследования психологии изобретения в области математики.—М.: Сов. радио, 1970.

не получила признания. Положение осложняется тем фактом, что к интуиции нередко относят «все интеллектуальные механизмы, о которых не знаем, как их проанализировать, или даже точно назвать»¹.

Эмпирические и рациональные факторы связаны с оценкой их роли и отношения в построении теории. Естественно, что речь в данном случае идет об эмпирических или фактуальных теориях, которые дают всю систематизированную и целостную информацию о реальном мире.

Эмпирические факторы теории составляют ее наблюдаемый и экспериментальный базис, т. е. ту первичную информацию, на которой основываются все ее абстрактные понятия и утвер-ждения. С точки зрения различных направлений философии эмпиризма (позитивисты, феноменалисты, бихевиористы, инструменталисты и другие) единственно надежным и прочным в теории является именно ее эмпирический базис, прежде всего ее факты, которые можно непосредственно наблюдать и проверить. Все же остальное представляет собой рациональную, умозрительную конструкцию, которая служит для обобщения, систематизации, более компактного и удобного представления большого массива эмпирической информации.

Такой подход к построению теории был намечен еще Ф. Бэконом, который считал, что ее формирование сводится к постепенному и осторожному обобщению путем индукции точно установленных эмпирических фактов, пока не будут найдены такие общие законы, с помощью которых можно объяснить все известные факты. Поскольку с помощью индуктивных методов могут быть найдены лишь простейшие эмпирические законы о регулярных связях между наблюда-емыми свойствами явлений, то они не могут стать посылками для подлинно научных теорий, призванных объяснить не только факты, но и эмпирические законы. В связи с возникновением в науке более общих и глубоких теорий, опирающихся на ненаблюдаемые объекты и абстрактные понятия, во второй половине XIX в. в методологии науки вновь происходит возврат к эмпиризму, который сводится к превращению теории в простую дескрипцию, или описание, фактов.

Сторонники дескриптивизма утверждают, что построение теории сводится к наиболее точному и непредвзятому описа-

яю фактов, а поскольку факты обнаруживаются на эмпириче-ской стадии исследования, то защитников таких взглядов акже можно отнести к эмпиристам. Но они занимают более дикальную позицию, считая, что факты сами по себе достаточны для научного познания, а поэтому они рассматривают теорию просто как логическую систематизацию фактов, как косвенное их описание. Такие взгляды в конце прошлого века настойчиво пропагандировали известный австрийский физик и философ Э. Мах и немецкий физико-химик В. Оствальд.

Мах, например, утверждал, что то, что мы называем эрией, или теоретической идеей, относится к категории кос-гнного описания, которое придает ей количественное преимущество перед простым наблюдением, тогда как качественно лежду ними нет никакой существенной разницы¹. Выход за пределы наблюдаемого, введение атомов Демокритом и Дальтоном, возрождение вихрей Декарта в электромагнитной теории и т. п. теоретические представления, по его мнению, со-гавляют «почтенный шабаш ведьм». Появившуюся в тогдашней физике атомно-молекулярную теорию вещества он назвал «мифологией природы».

Защитники рационализма напротив утверждают, что только абстрактные понятия и утверждения (аксиомы, законы и прин-шы), составляющие концептуальное ядро теории, могут объ-яснить эмпирические факты и законы. Поэтому исходным нсгом построения теории должно стать выдвижение абстрактных понятий и фундаментальных гипотез, из которых по эавилам дедукции может быть получена остальная часть теории, т.е. другие ее теоретические и эмпирические утверждения факты и эмпирические законы). Рационалисты правы, когда заявляют, что теоретические понятия и законы не могут быть получены непосредственно из наблюдений и опыта, но они ошибаются, когда утверждают, что процесс генерирования понятий и законов не поддается никакому контролю. Поэтому К. Поппер, например, сводит такой процесс к непрерывным догадкам и опровержениям, Т. Кун — к отказу от старой пара-дигмы и принятию новой парадигмы на чисто субъективных основаниях. Сторонники гипотетико-дедуктивного подхода во-обще отказываются, как мы видели, от исследования генезиса

¹ Бунге М. Интуиция и наука.— М.; Прогрес, 1967.—С.93.

Мах Э. Познание и заблуждение.— М.: Скримунт, 190S.

научных гипотез и теорий. Хотя процесс построения теории нельзя регламентировать какими-либо жесткими правилами и схемами, тем не менее его можно контролировать, с одной стороны, посредством логики, а с другой — опыта.

Что касается общих методологических принципов построения любой научной теории, то здесь следует обратить внимание прежде всего на необходимость схематизации и идеализации изучаемой области действительности. Поскольку теория представляет собой определенную концептуальную систему, или модель, реальности, постольку для ее создания необходимо прежде всего выделить наиболее общие и существенные свойства элементов реальных систем. А, для этого необходимо абстрагироваться от всех второстепенных и несущественных для данного исследования черт, особенностей и свойств элементов реальных систем. От того, какие свойства или характеристики при этом выделяются как существенные (эта процедура отнюдь не сводится к механической, а является подлинно творческой задачей) зависит успех всего дальнейшего исследования.

В качестве исторического примера можно указать на разные подходы Декарта и Ньютона к образованию понятия коли-чества движения в механике. Оба они считали, что количество движения тела зависит от его скорости, однако Ньютон в качестве другой важной его характеристики выбрал массу тела, а Декарт — его объем. Но для определения динамических свойств тела эта геометрическая характеристика оказалась несущее-ственной. Вот почему механика Декарта оказалась на уровне умозрительной концепции, в то время как динамика Ньютона стала основой всей классической физики. Отсюда видно, что процесс абстрагирования представляет отнюдь не такую простую операцию, как это представлялось сторонникам эмпи-рической концепции, например, Д. Локку. «Если из сложных идей, означаемых именами "человек" и "лошадь", — писал он, — устранить те особенности, которыми они различаются, удержать только то, в чем они сходятся, образовать из этого новую, особую сложную идею и дать ей имя "животное", то получается более общий термин, обнимающий вместе с челове­ком различные другие существа»¹. Такой чисто формальный подход в лучшем случае годится для образования самых эле-

мнтарных эмпирических понятий, но он явно не подходит, пример, для образования простейших математических понятий. Ведь к понятию геометрической точки или прямой линии нельзя прийти путем отбрасывания эмпирически наблюдаемых сйств предметов и сохранения некоторого общего их свойства, все подобные понятия образуются путем процесса идеализации, т.е. создания таких воображаемых объектов, свойства которых от-сутствуют у реальных предметов. В физике такими понятиями яв-ляются «идеальный газ», «несжимаемая жидкость», «абсолютно врное тело» и т. п. В социологии М. Вебера к ним приближаются определенные конструкции, которые он называет «идеальными типами». По его словам, они «быть может так же мало встречаются в реальности, как физические реакции, которые вычислены только ри допущении абсолютно пустого пространства»¹.

Идеализация чаще всего связана с мысленным эксперимен-эм, в ходе которого ученый теоретически осуществляет неко-торые операции, которые нельзя проделать эмпирически ни в каком реальном опыте. О том, какое значение мысленный экс-перимент играет в формировании теорий, свидетельствует ис-тория формирования классической механики. Повседневный опыт показывает, что тело будет двигаться тем быстрее, чем сильнее воздействие на него. Отсюда можно заключить, что движущееся тело сразу же остановится, как только перестанет действовать на него сила. Этот вывод, сделанный Аристотелем, в течение двух с половиной тысячелетий считался непреложной истиной. Чтобы опровергнуть его, Галилей обратился к такому мысленному эксперименту. Допустим, что сила, заставлявшая тело двигаться, вдруг перестала действовать. После этого тело пройдет еще некоторое расстояние, причем оно будет тем больше, чем меньше на него будут воздействовать силы трения, сопротивления воздуха и т. п. Если теперь мысленно предстаить, что все эти силы перестанут действовать, тогда тело либо будет двигаться с постоянной скоростью, либо останется в покое. Следовательно, скорость тела не показывает, действуют ли на него внешние силы. «Открытие, сделанное Галилеем, и применение им метода научного рассуждения, — пишут Эйнштейн и Инфельд, — было одним из самых важных достижений в ис-

¹ ЛоккД. Опыт о человеческом разуме—М., 1898.—С. 406,407.

В Weber U. Wirtschaft und Gesellschaft, 2—Koln»- Вейш,1964.— S.10.

тории человеческой мысли, и это отмечает действительное начало физики»¹.

Дальнейший шаг в построении теории связан с поиском тех исходных посылок, из которых чисто логически могут быть выведены все другие утверждения теории. Обычно такие утверж-дения в виде фактов или эмпирических законов бывают известны до построения теории. Выявить факты и сделать на их основе простейшие обобщения сравнительно нетрудно. Сложнее открыть эмпирические законы, установление которых в развитых науках связано с измерениями и часто предполагает обращение к простейшим абстракциям и идеализациям. Напомним, что известные из школьного курса физики законы Бойля— Мариотта и Гей-Люссака относятся не к реальным, а идеальным газам. Кроме того, они выражают регулярные связи между определенными наблюдаемыми их свойствами, а именно объемом и давлением в первом случае, и объемом, и температурой — во втором.

Чтобы сделать дальнейший шаг на трудном пути создания теории, необходимо, прежде всего, установить логическую связь между этими эмпирическими законами. Это было осуществлено с помощью известного уравнения Менделеева — Клапейрона, описывающего параметры состояния идеального газа:

pV=RT,

где р — давление, V — объем,

Г—абсолютная температура, R — универсальная газовая постоянная.

Это уравнение можно рассматривать как предпосылку примитивной эмпирической теории, из которой логически выводятся законы Бойля — Мариотта и Шарля — Гей-Люссака.

Попытка обобщения универсального эмпирического закона Клапейрона наталкивается, однако, на непреодолимые труд-ности, поскольку требует обращения к ненаблюдаемым объек-там и теоретическим понятиям. Как известно, такие понятия и принципы были введены с построением атомно-молекулярной теории вещества, с помощью которой удалось раскрыть внут-ренний механизм протекающих при этом процессов и тем са-мым объяснить все известные эмпирические законы. Приве-

¹ Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики//Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. IV.-C. 363.

внный пример является типичным для точного естествозна-ния: по такой же схеме были построены теории астрономии, механики, оптики, электромагнетизма, химии и др. В таких опытных и фактуальных науках, как психология, социология, биология, география, археология и им подобных, главная трудность состоит в наличии большого числа изолированных друг от друга эмпирических обобщений и отсутствии надежных теоретических принципов, с помощью которых можно было бы установить логическую связь между ними.

В ходе формирования теории ученым часто приходится обращаться к эвристическим (от греч. heurisko — ищу) приемам и летодам, под которыми подразумеваются все те способы поис-кового мышления, которые не могут быть точно описаны аналитическими средствами. Их главное назначение состоит в том, гобы способствовать поиску истины, достижению цели или решению проблемы, когда для этого Не существует обще-эизнанных методов и приемов.

Лучше всего особенности эвристики можно проиллюстри-Цровать на примере искусственного интеллекта, где есть немало дач, которые могут быть решены путем перебора всех вариантов и выбора из них оптимального. Но даже если Число таких вариантов конечно, оно может быть настолько большим, что справиться с этой задачей будет трудно и быстродействующему компьютеру. Для того чтобы существенно уменьшить число «слепых» переборов, необходимо найти такой прием, который бы исключил заведомо неправдоподобные варианты, этим примером является эвристическое программирование, рприменяемое для решения задач, не допускающих точного алгоритмического описания. В более широком смысле к эвристическим методам могут быть отнесены все способы и приемы исследования, опирающиеся на наблюдения, аналогии, мысленные образы и модели, которые облегчают поиск истины, но, конечно, не доказывают ее. Такие методы и приемы поиска начали использоваться еще в античной науке. Наиболее эффективно их применял Архимед, который назвал их эвристическими, чтобы отличить от доказательных рассуждений. С помощью изобретенного им метода исчерпывания, ему удалось найти объемы многих геометрических тел. Однако, придерживаясь традиций греческой математической строгости, Архимед не от-носил свои результаты к доказательствам. «Факт, к которому

мы пришли, — подчеркивал он, — в действительности изложенным рассуждением не доказан, но это рассуждение дало своего рода указание, что вывод верен»¹.

Эвристические методы исследования теории находят наибольшее применение в развитых эмпирических науках. По ходу изложения мы уже касались целого ряда примеров их плодотворного использования в качестве специфических средств поиска истины в конкретных науках. Так, принцип соответствия в физике дал возможность построить математический аппарат квантовой механики, опираясь на соответствующим образом модифицированные уравнения классической механики. Принцип дополнительности способствовал раскрытию глубокой диалектической взаимосвязи между корпускулярными и волновыми свойствами микрочастиц материи. Соотношение неопределенностей В. Гейзенберга установило границы точности при измерении взаимосопряженных величин подобных частиц, таких, как их координата и импульс.

Значительно большую роль в процессе построения теории играют мысленный эксперимент и модельные представления. Отвлечение от ряда ограничений реальных экспериментов, по-зволяющее значительно упрощать и идеализировать изучаемые явления, обеспечило мысленному эксперименту такое широкое применение в точном естествознании, на которое вряд ли мо-жет рассчитывать любой другой эвристический метод. Нелишне будет отметить, что еще Галилей в своих исследованиях меха-нических процессов наряду с реальными экспериментами иногда обращался и «к воображаемым», по его терминологии, экспериментам, позволявшим ему представить эти процессы «в чистом виде». В самом деле, принцип инерции классической механики, известный теперь как первый закон Ньютона, мог появиться лишь в результате воображаемого эксперимента, по-скольку ни в каком реальном эксперименте невозможно пол-ностью изолировать тело от внешних воздействий. Мысленный эксперимент справедливо рассматривают как продолжение и теоретическое обобщение эксперимента реального, так как именно последний дает наводящие указания, как можно было мысленно продолжить процесс и осуществить предельный пе-реход от реальной ситуации к идеальной. Действительно, ре-альный эксперимент наводит на мысль, что по мере уменыне-

¹ Пойа Д. Математика и правдоподобные рассуждения.— М., 1957.

ция воздействия внешних сил на движущееся тело, пройденный им путь увеличивается. Исходя из этого, можно предположигь, что при отсутствии внешних сил тело будет двигаться равномерно и прямолинейно, или оставаться в покое, что и нашло свое выражение в первом законе Ньютона.

В ходе исследования часто возникает также необходимость рпостроения разнообразных моделей изучаемых процессов, на_: шая от вещественных и кончая концептуальными и матема-ческими моделями. Такие модели опираются на аналогии свойств и отношений между оригиналом и моделью. Изучив заимосвязи, существующие между величинами, описывающими модель, их затем переносят на оригинал и таким образом делают правдоподобное заключение об особенностях поведения последнего. В концептуальных моделях отображаются логические связи между элементами моделируемых систем, а в мате-матических моделях исследованию подвергаются системы уравнений, описывающих такие системы. Изменяя параметры этих руравнений, можно получить различные варианты моделей, вычислить их результаты на компьютере и сравнить с данными натурных экспериментов. Такой вычислительный, или машин-ный, эксперимент в последние годы стал применяться для ре-шения многих научных, народно-хозяйственных, экологиче-ских и других проблем.

Более привычными в процессе формирования теории явля-ются мысленные наглядные модели, когда удачный образ помо-ргает представить особенности чувственно невоспринимаемых свойств и механизмов явлений. Прежде чем построить модель, сначала тщательно анализируется вся доступная информация, затем выдвигается определенная гипотеза о структуре исследу-емого объекта или процесса и только потом подыскивается подходящий мысленный образ или модель. В ходе дальнейшего исследования в эту модель могут вноситься дополнения и уточ-нения, обусловленные получением новой эмпирической ин-формации. Так, когда физики начали изучать испускание и поглощение света атомами, то в качестве мысленной модели они приняли модель Дж. Дж. Томсона, согласно которой поло-жительно заряженные частицы равномерно распределены по всему объему атома, а электроны вкраплены в него подобно изюму в пудинге. Однако эксперименты с а-частицами показы-вали, что некоторые из них не проходят свободно через атом, а резко отклоняются от первоначального направления. Это заста-вило ученых отказаться от первоначальной модели и принять

модель Э. Резерфорда, в которой атом уподобляется миниа-тюрной Солнечной системе, где вокруг центрального положи-тельно заряженного ядра вращаются электроны. Но и эту мо-дель пришлось модифицировать, ибо в соответствии с принци-пами электромагнетизма вращающиеся вокруг ядра электроны в конце концов должны были бы упасть на ядро, а атом—разрушиться. Ничего подобного в реальности не наблюдается, так как в нор-мальных условиях атомы являются весьма устойчивыми образо-ваниями, и требуются огромные силы, чтобы разрушить их. Чтобы устранить противоречие между моделью и опытом, Н. Бору пришлоеь постулировать, что вращаясь по стационар-ной орбите, электрон не излучает энергии. Такое излучение происходит только тогда, когда электрон переходит с одной стационарной орбиты на другую. В дальнейшем и эта модель подверглась модификации, в частности, пришлось отказаться от механической аналогии движения электрона по орбите на-подобие движения материальной частицы в поле сил. Приве-денный пример показывает, что «мысленные модели» являются важным эвристическим средством познания структуры чув-ственно невоспринимаемых объектов и построения их теории.