ЭЛЕМЕНТЫ МЕТОДОЛОГИИ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
ПЛАН
1 В поисках новых законов
2 Экспериментальный метод
3 Аксиоматический метод
4 Гипотеко-дедуктивный метод
Литература
1 В ПОИСКАХ НОВЫХЗАКОНОВ
Законы, которые наука уже имеет в своемраспоряжении, используются для объяснения и предсказания. Стремясь объяснить ипредсказать как можно больше, наука находится в постоянном поиске новыхзаконов. Начиная с Нового времени Ф.Бэкон и Р.Декарт, а затем и другиестремились построить логику научных открытий, которую они противопоставлялиаристотелевской логике, считая ее логикой доказательства. По мнению Ф.Бэконазаконы открываются из наблюдения некоторых событий или экспериментов, отысканиирегулярности и последующим описанием этой регулярности с помощью индуктивныхобобщений. Р.Декарт в качестве главного средства научного открытия выдвигаетинтеллектуальную интуицию – догадку, внутреннее озарение, просветление мысли,как бы внезапно открывающую суть изучаемого вопроса. Но все попытки Р.Декартапостроить логику интуитивного познания не пошли дальше формулировки четырехвесьма простых, чрезвычайно абстрактных, а потому мало эффективных правил.
Современная методология и философия науки вобъяснении способов открытия законов является своеобразным синтезом идей этихдвух великих мыслителей. Все законы она делит на эмпирические и теоретические.В формулировке эмпирических законов содержатся либо непосредственно наблюдаемыетермины, либо термины, измеряемые с помощью простой техники. Сюда относятся нетолько простые качественные законы (такие, как «все вороны черные»), но такжеколичественные законы, возникающие из простых измерений. Законы, связывающиедавление, объем и температуру газа, масса которого постоянна, принадлежат кэтому типу. Закон, связывающий разность электрических потенциалов,сопротивление и силу тока, является другим знакомым примером. Ученый делаетповторные измерения, находит некоторые регулярности и выражает их в законах.
Теоретические законы отличаются от эмпирическихтем, что относятся к ненаблюдаемым величинам. Так законы о поведении отдельныхмолекул являются теоретическими. Они не могут основываться на простыхнепосредственных наблюдениях и измерениях. Для обоснования теоретическихзаконов и их выведения строится теория. Ее самое важное значение заключается ввозможности предсказать новые эмпирические законы. Если бы А.Эйнштейн сделал небольше, чем выдвинул свою теорию относительности как изящную новую теорию вфизике, которая охватила бы некоторые известные законы (возможно, и упростилабы их до некоторой степени), тогда его теория не имела такого революционногодействия. Но теория относительности привела к новым эмпирическим законам,которые впервые объяснили такие явления, как движение перигелия Меркурия иотклонение светового луча вблизи Солнца. Эти предсказания показали, что теорияотносительности представляет собой нечто большее, чем только новый способвыражения законов.
Итак, может показаться, что эмпирические законыоткрываются посредством наблюдения и эксперимента, а о теоретических законахсначала догадываются, после из догадки, сформулированной в виде гипотезы(предположения), выводятся следствия и уже потом эти следствия проверяютсяпосредством наблюдения и эксперимента. Если они подтверждают догадку, то онавходит в науку в виде теоретического закона. Если – нет, то строится новаядогадка. Однако открытие любого эмпирического закона не представляет собойнанизываний наблюдений или экспериментов в направлении, выбранном наугад. Вэмпирических исследованиях всегда присутствует определенная или интуитивнаяпланомерность действий. На каком-то этапе исследования наблюдения и экспериментыничего нового не дают, и приходится, опираясь на их результаты, формулироватьэмпирический закон в виде догадки. Из этой догадки делаются следствия, апоследующие наблюдения и эксперименты преследуют цель подтверждения илиопровержения этой догадки.
Наконец, следует запомнить, что было бы большимупрощением представлять дело так, будто при открытии законов все время строятсядогадки, а наблюдению и эксперименту отводится подчиненная роль. Частоэксперименты ставятся независимо от теоретических исканий. Экспериментаторылюбят экспериментировать до того, как кто-нибудь что-нибудь придумает, и оченьчасто работают в таких областях, в которых теоретики заведомо не делалиникаких догадок. Эксперименты часто приводят к неожиданным результатам, что побуждаеттеоретиков выдвигать новые догадки. В качестве одного из примеров неожиданногоэкспериментального результата можно указать на открытие m-мезонаи нейтрино, о существовании которых никто не предполагал, пока они не былиоткрыты, и даже теперь никто не знает, как можно было бы догадаться осуществовании этих частиц.
Итак, открытие любого закона не может бытьдостигнуто посредством чисто логической процедуры. Вот почему многиесовременные индуктивные логики совершенно исключают вопрос об открытии новыхнаучных истин из области исследования логики и большей частью относят его кпсихологии научного творчества.
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙМЕТОД
Эмпирическое познание, в конечном счете,основывается на наблюдениях. Но эти наблюдения могут быть получены двумясущественно отличными способами. В не экспериментальной ситуации мы играемпассивную роль. Мы изучаем предметы и явления внешнего мира или явления нашейдушевной деятельности в том виде, в каком они существуют и происходят, не имеявозможности или даже не пытаясь изменить ход явлений. От простого восприятиядействительности наблюдение отличается целенаправленным поиском регулярностей,на основе которых могут быть составлены обобщающие выводы и сформулированызаконы.
С развитие науки и техники в процесс наблюдениявключается все большее количество искусственных приборов. Но от этого сутьнаблюдения не меняется. Исследователь играет в процессе наблюдения пассивнуюроль. Он ждет, когда природа обеспечит ситуацию для наблюдения. Астрономнаблюдает звезды, не имея возможности вмешаться в ход космических явлений.Метеоролог наблюдает изменения погоды, но пока не имеет возможности управлятьявлениями, из которых складывается погода. Зоолог наблюдает жизнь какого-товида животных в естественных условиях, сознательно исключая свое возможноевторжение в эту жизнь.
В экспериментальной ситуации роль исследователяменяется коренным образом. Вместо того, чтобы быть пассивным зрителем, ончто-то делает для получения лучших результатов, чем тех, которые он мог быполучать путем простого наблюдения. Вместо того чтобы ждать, когда природаобеспечит ему ситуацию для наблюдения, он стремится создать такую ситуацию.
Трудно описать общую природу эксперимента,поскольку существует так много его разновидностей, что можно указать тольконемногие их общие черты.
Прежде всего экспериментатор стремитсявоссоздать изучаемое явление из его условий столько раз, сколько понадобитсядля обобщающих выводов. Затем некоторые факты, не слишком многие, должны бытьоставлены в стороне как несущественные. Например, в экспериментах в областимеханики, где встречаются колеса, рычаги и тому подобное, экспериментатор можетне рассматривать трение. Он конечно знает, что трение существует, но полагает,что его влияние слишком мало, чтобы оправдать усложненный эксперимент, которыйучитывал бы трение. Подобным же образом не учитывается сопротивление воздуха вэкспериментах с медленно движущимися телами. Напротив, когда он имеет дело сбольшими скоростями, скажем с движением самолета, эксперименты с его макетомставятся в аэродинамической трубе. Короче говоря, ученый не принимает вовнимание только те факторы, влияние которых, как он полагает, будетнезначительным. Иногда, чтобы избежать слишком сложного эксперимента, он дажеможет игнорировать факторы, которые, как он полагает, могут иметь эффект.
После того как будут установлены существенныефакторы, строится эксперимент, в котором некоторые из этих факторовсохраняются постоянными, а другим позволяют изменяться или побуждают делатьэто. Конечная цель эксперимента состоит в том, чтобы найти законы, связующиевсе относящиеся к нему величины. Если имеется К величин, то самый простой шагсостоит в том, чтобы поставить эксперимент таким образом, чтобы К-2 величиныдержать постоянными. Тогда возникают две величины М1 и М2,которые можно изменять. Экспериментатор изменяет одну величину и наблюдает, какведет себя другая величина. Эту процедуру экспериментатор повторяет до тех пор,пока не удается выяснить, что имеется определенная зависимость междусовместными изменениями этих величин. Эта зависимость, выраженная илисловесным описанием, или в виде функции, графика, уравнения и будет составлятьнекий ограниченный закон. Затем экспериментатор, сохраняя другие множества изК-2 факторов, стремится найти, как функционально связаны другие пары величин.После тем же способом производят эксперимент с тройками величин. Держапостоянными все величины кроме трех, и ищут законы связывающие эти тройкивеличин. Далее наступает очередь экспериментов с четырьмя величинами и т.д.Конечная цель эксперимента – найти наиболее общий, иногда весьма сложный закон,охватывающий все относящиеся к исследованию факторы. Все обобщения результатовнаблюдения эксперимента покоятся на априорной уверенности в постоянстве законовприроды.
В качестве простого примера рассмотрим, какбыли открыты газовые законы. Простые наблюдения показали, что температура,давления и объем газа, масса которого постоянна, меняются одновременно. Р.Бойль и Э. Мариот, фиксируя температуру и наблюдая в экспериментах совместноеизменение давления и объема газа, установили закон, носящий их имя и гласящий,что рv=const. В опытах с газами, проделанными Гей-Люссаком, фиксировалосьдавление и наблюдалось совместное изменение объема и температуры газа, что даловозможность установить закон Vt=V0(1+αt). В опытахШарля сохранялся постоянным объем газа и изучалось изменение давление газа взависимости от температуры. В итоге был установлен закон Рt=Р0(1+αt).Наконец, множество экспериментов с газом различного состава, заключенными всосуды самой различной формы показали, что состав газа и конфигурация всосудах, в которой он заключен, являются существенными факторами, а совместноеизменение температуры, давления и объемов газа подчиняется закону Менделеева-Клайперона/>.
3АКСИОМАТИЧЕСКИЙ МЕТОД
Аксиоматический метод дает возможность делатьзаключения и открывать законы без опоры на наблюдения и эксперименты, апосредствам логического вывода.
Пожалуй, одним из первых успешных примененийаксиоматического метода стала геометрия древнегреческого математика Евклида(она появилась где-то в 330-320 гг. до н.э.). Евклидову аксиоматическую системув общих словах можно охарактеризовать следующим образом. Изучение окружающегонас пространства дало возможность описать некоторые свойства объектов, которыеполучили название точка, прямая, плоскость, треугольник, круг и т.д. Несколькоутверждений об этих объектах Евклид выбрал в качестве аксиом или постулатов. Ихистинность, по его мнению, не нуждалось в доказательстве из-за их очевидности илегкого понимания. К числу аксиом он отнес суждения: «Через две точки можнопровести только одну прямую», «Через прямую и точку вне ее может проходить лишьодна плоскость» и др. Из этих аксиом чисто логическим путем Евклиду удалосьвывести все нужные геометрические утверждения и законы, которые обычноназываются теоремами.
Справедливости ради нужно сказать, чтодоказательства Евклида (как и доказательства школьной геометрии, которую все мыизучили) сопровождаются многочисленными чертежами. И понадобилось немаловремени, чтобы прийти к очевидной мысли, что чертежи не должны бытьсущественной частью самого процесса доказательства. Они должны либо облегчатьпроцесс доказательства, либо помогать следить за ходом доказательства, либо,наконец, способствовать запоминанию доказательства. Этот недостаток геометрииЕвклида исправил Д. Гильберт в своей книге «Основания геометрии» (1999).
То обстоятельство, что аксиоматическипостроенная геометрия давала чрезвычайно, простой, удобный и экономный способустановления истинности геометрических рассуждений, производило сильноевпечатление. Аксиоматический метод стали пытаться применять не только в математическихтеориях, но даже в философии (Спиноза). Представители очень многих наукнадеялись, что в конце концов многие теории с помощью аксиоматики можно довестидо такого же изящества и совершенства как евклидовую геометрию. Аксиоматическийметод подвергся тщательному изучению. Первые наиболее важные результаты былиполучены опять таки в геометрии.
Пятый постулат Евклида (его можносформулировать так: две параллельные прямые не пересекаются, сколько бы мы ихне продолжали) казался математикам менее очевидным, чем остальные. Былопредпринято множество попыток доказать этот постулат, посредством вывода его изостальных постулатов евклидовой системы. Но все эти попытки потерпели неудачу.В 1923 году Н.Н. Лобачевский и в 1933 г. Бойаи построили геометрию, в которойв качестве постулата фигурировало отрицание пятого постулата Евклида, т.е. вкачестве аксиомы было взято суждение о том, что через точку вне прямой можнопровести бесконечно много прямых, параллельных данной прямой. Первоначальномногие математики встретили неевклидовую геометрию в штыки из-за ее явногопротиворечия воспринимаемому физическому пространству. Однако, в 1950 г. Фр.Клейн нашел очень удачную интерпретацию (разъяснение) этой геометрии. Если под«плоскостью» понимать внутренность какого-то круга евклидовой плоскости, под«точкой» — точку этого круга, а под «прямой» — хорду его окружности, то внутрикруга будут выполняться все аксиомы и теоремы геометрии Лобачевского-Бойаи. Изэтих открытий были сделаны важные заключения о любой аксиоматической системе:аксиомы этой системы должны удовлетворять требованиям независимости, полноты,непротиворечивости и она не должна быть вырожденной.
Требование независимости означает, что не однаиз аксиом не должна выводиться в качестве теоремы из остальных. Полнотааксиоматики какой-то теории означает, что из аксиом по правилам логики должнывыводиться все утверждения этой теории. Система аксиом должна бытьнепротиворечивой. Из них не должно выводиться какое-то утверждение вместе сосвоим отрицанием. Если это случается, то по закону исключенного третьего одноиз суждений обязательно ложно. Какое, установить нельзя, потому что и то идругое будет выводиться по законам логики. Наконец, система аксиом будетневырожденной, если удается найти какие-то объекты (физические илитеоретические), которые описывает теория, выведенная из этих аксиом.
Но еще больше вопросов, связанных саксиоматическим методом, возникло с открытием в XX1 веке парадоксов теориимножеств. Они представляли собой рассуждения совершенно справедливые синтуитивной (содержательной) точки зрения, но тем не менее приводящие кпротиворечиям. Некоторые из них, например, парадокс «Лжец» были известны сдревности. Напомним, что суть этого парадокса в следующем: некто говорит: «Ялгу». Если при этом он лжет, то сказанное им ложь, и, следовательно, он нелжет. Если же при этом он не лжет, то сказанное им истина, и, следовательно,он лжет. Так что в любом случае он лжет и не лжет одновременно. Однако связьпарадокса «Лжец» с теорией множеств не была осознанной. Это случилось тогда,когда из аксиоматической теорией множеств, предложенной Г.Кантором и др. сталивыводиться аналогичные парадоксы. Самый простой из них – парадокс Берри (2006).Суть его такова: множество всех натуральных чисел, которые могут быть названыпо-русски посредством числа слогов (или букв), меньше некоторого конечногонатурального числа, безусловно, конечно, следовательно, должно существоватьнаименьшее из чисел, которые не могут быть так названы. Но «наименьшее целоечисло, которое не может быть названо по-русски меньше, чем в пятьдесят слогов»(подсчитайте число слогов) есть выражение русского языка, содержащие менеепятидесяти слогов. Известны различные модификации этого парадокса. Приисследовании систем аксиом арифметики, теории множеств и другихаксиоматических теорий обнаружилось, что не существует полной системы аксиом,из которых можно было бы вывести такую простую теорию как арифметика(К.Гедель). Оказалось так же, что проблемы непротиворечивости систем аксиомтеории множеств и других теорий чрезвычайно трудны. При попытках их решенияматематики и логики раскололись на враждующие между собой группировки. Помнению Гильберта и его формалистской школы, чтобы избавить математику отпарадоксов нужно сформулировать ее в виде аксиоматической теории, после чегоследует доказать непротиворечивость этой теории. По мнению интуиционистов,возглавляемых Бауэром, чтобы избавить математику от парадоксов, надоотказаться от признания универсального характера некоторых законов логики, в частностизакона исключенного третьего.
Итак, суть аксиоматического метода в следующем.В теорию вводятся без определения некие объекты, природа которых неопределена. Затем посредством аксиом задают определенные отношения междуобъектами. Построить аксиоматическую теорию – это значит вывести логическиеследствия из аксиом, отказавшись от каких-либо других предложений относительноприроды рассматриваемых объектов. Для построенной таким образом теориистремятся доказать полноту, непротиворечивость, независимость иневырожденность системы её аксиом.
4 ГИПОТЕКО-ДЕДУКТИВНЫЙ МЕТОД
Гипотетико-дедуктивный метод являетсясвоеобразным синтезом аксиоматического и экспериментального методов. Припостроении теории этим методом сначала несколько гипотез или догадокобъединяются в систему аксиом. Затем из этой содержательной аксиоматикилогическими средствами извлекаются следствия. И после всего этого ищутподтверждения этих следствий посредствам наблюдений или экспериментов.
Итак, отличие гипотетико-дедуктивного метода отаксиоматического метода заключается в исследовательской ситуации. Приаксиоматическом методе вывод положений из аксиом является свидетельствомистинности этих положений. Что же касается гипотетико-дедуктивного методаистинность положений, выведенных из допущений, является свидетельствомистинности этих допущений.
Гипотетико-дедуктивный метод применяетсябольшей частью в тех науках, которые широко используют математические методы и,прежде всего в теоретической механике, физике, астрономии и др. В науках, недостигших теоретической зрелости, таких как ботаника, медицина и др.,преобладают описательные методы. В этих науках приходится довольствоватьсяпростыми индуктивными обобщениями.
Литература
1. Логика.К. — Хатнюк В.С. 2005 г.
2. Логика– исскуство мышления. Тимирязев А.К.– К. 2000 г.
3. Философияи жизнь – журнал- К. 2004 г.
4. Историялогики и мышления – Касинов В.И. 1999.
5. Логикаи человек – М. 2000.
6. Философияжизни. Матюшенко В.М. – Москва – 2003 г.
7. Философиябытия. Марикова А.В. – К. 2000 г.