Основной курс. Тема 12. Эмпирическое познание и осмысление опыта

         12.1. МЕТОДЫ ЭМПИРИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

В науке различают два вида или уровня познания: эмпирическое и теоретическое. Теоретическим (от греч. teoreo – рассматриваю) называется познание путем размышления, при опоре на данные опыта. Эмпирическим (от греч. empeiria – опыт) называется познание в чувственном контакте с предметом, при вспомогательной роли мышления. К методам эмпирического исследования обычно относят наблюдение, эксперимент, измерение и описание. При этом измерение и описание часто трактуют как стороны двух первых методов – наблюдения и эксперимента. Далее мы рассмотрим их вкратце.

Наблюдением называется целенаправленное восприятие изучаемых явлений посредством органов чувств, с помощью приборов или без них. Научное наблюдение требует систематичности, последовательности и соблюдения специальных, для каждой области, методических предписаний. Для его успеха важны четкость замысла и психологическая устойчивость наблюдателя. Наблюдение может быть или внешним, или включенным – когда наблюдатель задействован в изучаемых явлениях. Вид включенного наблюдения – интроспекция, т. е. самонаблюдение. Оно применяется главным образом в психологии и в социальных науках.

При длительном наблюдении, усталость и обедненность ощущений могут привести к искажению восприятия действительности, а порой и к галлюцинациям. На основе «сенсорного голодания» нередко появляются неосновательные сообщения об аномальных явлениях, а у верующих людей – мистические видения. Порой сказываются также внушение и самовнушение. Примечательный в этом отношении случай произошел в 1903 году. Французский ученый Р. Блондо, увлеченный примером В. Рентгена, объявил об открытии т. н. N-лучей. Ему даже присудили за это открытие медаль и премию Парижской Академии наук. Но американский физик Р. Вуд, находясь в лаборатории Блондо, незаметно убрал главную деталь экспериментальной установки; при этом Блондо продолжал «наблюдать» тот же эффект. После разоблачения Блондо сошел с ума и покончил с собой.

При обсуждении проблемы скрытых параметров в квантовой механике Н. Бор ввел принцип наблюдаемости: что недоступно наблюдению, того не существует. Применительно к данной области Бор прав: в силу неполной сепарабельности квантового мира, в нем нет «скрытых параметров». То есть, не измеряемые в настоящий момент характеристики движения элементарной частицы действительно не обладают объективной определенностью. Но это лишь специфический эффект области становящихся объектов.

В более общем смысле, принцип наблюдаемости справедлив, только если принять, что наблюдаемость не совпадает с чувственной воспринимаемостью посредством ощущений или приборов. Например, физический вакуум не воспринимается непосредственно в опыте, но наблюдается через активность порождаемых им виртуальных частиц (эффект Казимира, лэмбовский сдвиг и др.) Поэтому нет сомнений, что он реально существует. Возможно, правильней было бы говорить (в общем плане) не о принципе наблюдаемости, а о принципе проявляемости: что не проявляется, того не существует.

Особенности познания микромира породили в XX в. еще одну экзотическую доктрину – т. н. приборный идеализм. Согласно этому учению, наблюдаемая реальность определяется типом используемого прибора, а в конечном счете – замыслом исследователя, который выбирает прибор. Ведь именно от прибора зависит, какая из двух сторон природы данной квантовой частицы, корпускулярная или волновая, проявится в данном опыте. Это тоже эффект неполной определенности и неустойчивости явлений в фазе становления предмета. Он имеет объективный характер, и объясняется без мистификации прибора. Сейчас показано, что как прибор, так и любой предмет может сыграть «магическую» роль относительно любой системы, находящейся в состоянии неустойчивого равновесия (в т. н. точках бифуркации, см. п. 7.1). А механическое состояние отдельного квантового объекта всегда неустойчиво, в силу его причастности к становлению.

Активный вид эмпирического познания – эксперимент. Это слово происходит от лат. experimentum – проба, опыт, а понимается как искусственное воспроизведение явлений с целью их познания. Эксперименты делят на вещественные, знаковые и мысленные. Две последние формы являются видами знакового моделирования, и будут рассмотрены в связи с ним. А вещественный эксперимент есть особая форма практики и, как таковая, может служить критерием истины. Этим объясняется его фундаментальная роль в научном познании. Наука становится зрелой, только когда в ней систематически применяется эксперимент.

Вообще говоря, эксперименты в науке употребляются издавна, но широкое распространение получили только с XVII столетия, в промышленную эпоху. Это не случайно. С одной стороны, промышленная деятельность представляет собой практическое преобразование природы, а потому требует изучения явлений в искусственно созданных условиях. С другой стороны, именно промышленность создает технику эксперимента, как вид средств преобразования природы, необходимый для исследований. Порой это весьма сложная и дорогостоящая техника, напр. в опытах по ускорению элементарных частиц. Таков, в частности, Большой адронный коллайдер, построенный на территории Швейцарии и Франции усилиями большой группы развитых стран, и введенный в действие в 2010 году.

Основы теории эксперимента заложил Ф. Бэкон, в знаменитой книге «Новый Органон» (1620). Современные авторы подчеркивают принцип надежной воспроизводимости эксперимента по его описанию. Порой его формулируют в виде афоризма «Эксперимент не должен быть гениальным». Для иллюстрации сравним историю концепции «холодного термояда» и низкотемпературной сверхпроводимости. Обе идеи возникли одновременно, причем первой из них больше «повезло» с публикацией. Но вторая быстро достигла общего признания, т. к. надежно доказывается в экспериментах. А первая поныне отвергается большинством физиков, т. к. далеко не всем удается воспроизвести термоядерную реакцию при низких температурах.

При всей значимости эксперимента, его возможности не беспредельны. Известно, что теоретические обобщения нельзя свести к формальным операциям с протокольными суждениями об опыте. Это означает, что не всегда возможен т. н. эксперимент креста (лат. experimentum crucis), т. е. решающий опыт, который позволил бы произвести однозначный выбор между конкурирующими теориями. Название это ввел Ф. Бэкон, позаимствовав от тех крестов, которые ставятся на перекрестках и указывают разделение путей. А в социальных науках вообще нельзя поставить масштабные эксперименты отдельно от самого процесса общественного бытия. К тому же, тут возникают нравственные проблемы: ведь люди – не подопытные кролики. Как отмечалось выше (п. 11.3), опора на опыт в таких случаях осуществляется в форме соединения логического подхода с историческим.

Следующий метод эмпирического познания – измерение. В основе его лежит сравнение наблюдаемых величин с их эталонами. Измерения в науке совершаются, как правило, многократно, с использованием разных методик и инструментов, с вычислением средних значений, пределов и вероятных разбросов значения измеряемой величины, и с количественной оценкой возможных ошибок измерения.

Различают прямое и косвенное измерение. Например, перепад напряжения и сила тока в электрической цепи могут быть измерены прямо, с помощью вольтметра и амперметра, а сопротивление цепи – косвенно, путем расчетов. Но в квантовой области косвенное измерение не всегда возможно, поскольку сами параметры микрочастицы получают определенное значение только в процессе их измерения, в контакте с прибором. Это одна из особенностей познания сферы становления вещества. Особый вид представляет собой статистическое измерение, т. е. замер частотности событий. Особенно велика его роль на «полюсах» познания: с одной стороны, в области микромира, с другой стороны – в гуманитарной и социальной сферах.

В 30–40-е гг. XX в. среди западных методологов был популярен т. н. принцип операционализма, введенный в 1927 г. американским физиком и философом П. Бриджменом. Сторонники его встречаются и поныне. Согласно этому учению, каждое научное понятие синонимично по смыслу какому-то множеству измерительных операций. Но такое утверждение оправдано только в отношении свойств, выражаемых абстрактными понятиями, таких как скорость, альбедо, твердость, спин и т. д. Ни одно конкретное понятие – электрон, атом, соль, планета и т. д., – не поддается сведению к совокупности измерений, т. к. включает не только количественные, но и качественные аспекты.

Описание – необходимая сторона, сквозной и завершающий момент всякого эмпирического исследования. Оно может выступать в разных видах: по содержанию – качественное или количественное, по форме – словесное, символическое или графическое описание. Еще Ф. Бэкон требовал, чтобы эксперимент был «письменным»: методика, техника, применяемые инструменты, условия проведения, результаты опытов на каждом этапе должны четко фиксироваться, желательно – в табличной форме. То же относится и к наблюдению, и к измерению в науке.

К описанию предъявляются требования системности и полноты. Это предполагает не только учет всех явлений, наблюдение которых было целью работы, но также отражение внешних обстоятельств, которые в принципе могли бы сказаться на этих явлениях. Ведь надо иметь в виду, что природа таких связей может оказаться неожиданной. Мало кто мог предположить, что циклическая солнечная активность влияет на социальные процессы, но А.Л. Чижевский это убедительно показал.

Описание результатов исследования отвечает на вопрос: что и как происходит? В силу этого, оно становится основой объяснения изучаемых явлений, и в данном смысле выступает как переход к теоретическому познанию. А первый шаг такого познания заключается в обобщающем осмыслении опыта. Его методы мы и рассмотрим далее.

 

12.2. ИНДУКТИВНЫЕ УМОЗАКЛЮЧЕНИЯ

В современной символической логике, англоязычной по происхождению, различают два типа умозаключений: дедуктивные и индуктивные, от лат. deductio – выведение, inductio – наведение. При этом дедукцией называют всякое достоверное умозаключение, а индукцией – всякое недостоверное, вероятностное умозаключение. Однако в традиционной логике, восходящей к античности, дедукцией называется умозаключение от общего знания к частному, а индукцией – умозаключение от частного знания к общему. При этом дополнительно выделяются умозаключения по аналогии (в символической логике их считают видом индуктивных умозаключений).

В философской методологии удобнее придерживаться традиционного деления умозаключений. Мы начинаем с индукции, т. к. умозаключение от частного знания к общему является естественной формой научного осмысления опыта. В этой же главе будут рассмотрены аналогия и родственное с ней моделирование. А дедуктивный вывод рассматривается в следующей главе, как основа систематического построения знаний в науке.

В основе индуктивного вывода лежит перечисление нескольких предметов со сходными свойствами, и перенесение этих свойств на все предметы того же вида. Так, из опытного знания о свойствах железа, меди, серебра, золота, натрия, никеля и ряда других металлов можно сделать вывод «все металлы при комнатной температуре твердые». Понятно, что такой вывод, основанный на неполном перечислении, не достоверен и может привести к ошибке. Ведь ртуть – тоже металл, а при комнатной температуре она жидкая.

Но индуктивный вывод бывает и достоверным, в двух особенных случаях. Во-первых, это полная индукция, когда в посылках перечислены все объекты данной области. Очевидно, такой прием применим только к обозримым множествам. Например, просмотрев анкеты всех студентов данного факультета, делаем вывод, что все они (допустим) младше 25 лет. Во-вторых, достоверный характер имеет т. н. математическая индукция. Она опирается на единообразие свойств чисел натурального ряда, что позволяет распространить заключение на бесконечность. Но ее применение ограниченно, главным образом, самой математикой и другими формальными дисциплинами.

В содержательных науках обычно применяется неполная индукция; но и ее формы имеют градацию по степени достоверности. Самая простая форма называется популярной индукцией, или – «индукцией через неполное перечисление при отсутствии контрпримера». Эта форма дает наименее достоверный результат. Ее типичной ошибкой является поспешное обобщение. Это мы видели уже в приведенном выше примере с ртутью. Когда-то по той же схеме был сделан хрестоматийный вывод «Все лебеди белые»; но в 1606 г., после открытия Австралии, обнаружились черные лебеди.

Поспешное обобщение часто становится основанием житейских суеверий и научных заблуждений. Поэтому уже Ф. Бэкон требовал целенаправленно искать контрпримеры – исключения из правил, полученных путем неполной индукции. Проверив на всхожесть несколько семян из одной крупной пачки, и не найдя среди них невсхожих, мы можем сделать вывод, что все семена из этой пачки всхожие. Но здесь велик риск поспешного обобщения. Полезно было бы отдельно проверить подозрительные на вид семена – поврежденные, мелкие, со следами плесени и т. д., т. е. – целенаправленно поискать контрпримеры. И после этого мы рискуем ошибиться, но этот риск, и возможные потери от него, будут существенно меньше.

Таким образом, для повышение достоверности индукции требуется анализ и отбор фактов. В научной статистике это действие является необходимым условием представительной выборки. Идя дальше в нашем примере, семена из пачки надо бы рассортировать по величине, влажности, размеру, поврежденности, заплесневению и по другим значимым признакам, и взять на проверку пропорциональное число семян из каждой группы.

Росту достоверности индуктивного вывода способствует также обоснование тезиса с разных позиций. Так, известные биологи Э. Геккель и А.Н. Северцов использовали метод тройной индукции, приходя к сходным обобщениям с позиций сравнительной анатомии, эволюционной эмбриологии и палеонтологии. Кроме того, имеется специфическая форма умозаключения, называемая научной индукцией. Это такая неполная индукция, в которой перечисление сходных случаев дополняется соображениями о неслучайности их сходства.

Например, вывод об электропроводности всех металлических сплавов может быть отчасти основан на опытном знакомстве со свойствами ряда таких сплавов. Но возможное число сплавов бесконечно. Однако упомянутый вывод подкрепляется соображением, что сплавление металлов не изменяет отношений между ядрами атомов и электронами, т. е. электроны по-прежнему обобществляются в объеме сплавленных металлов. Таким образом, достоверность вывода по индукции повышается путем включения в него элементов дедукции.

Активная разработка индуктивного метода в научном познании начинается в Новое время, вместе с бурным развитием эмпирического познания. В XVII в. большое внимание уделял ему Ф. Бэкон. В XIX в. индуктивная логика развивалась усилиями также английских ученых – астронома Д. Гершеля и философа Д.Ст. Милля. В частности, Милль выделил пять индуктивных методов установления причинной связи: 1) метод единственного сходства, 2) метод единственного различия, 3) объединенный метод сходства и различия, 4) метод сопутствующих изменений и 5) метод остатков. Их рассмотрение дается в курсах формальной логики и в спецкурсах по методологии науки. Можно познакомиться с ними и по энциклопедиям.

Еще в XVIII в. английский экономист, историк и философ Д. Юм выступил с критикой наивного индуктивизма, выводящего закономерности из повторения наблюдений. Действительно: индукция способна открывать не законы, а только правила, из которых почти всегда находятся исключения. Но во второй половине XIX в., в связи с бурным развитием эмпирических обобщений, в естествознании распространился т. н. всеиндуктивизм. Его представлял, в частности, известный физиолог Э. Геккель. Однако уже в следующем столетии развилась обратная тенденция. Позицию крайнего антииндуктивизма занял, напр., видный философ К. Поппер. Но с этой позиции невозможно обосновать устойчивость и преемственность теоретических концепций в науке, основанной на опыте. Диалектическая философия всегда выступала за сочетание и взаимное дополнение индукции и дедукции.

 

12.3. УМОЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО АНАЛОГИИ

Греч. analogia означает соответствие, сходство, а в науке так обозначают умозаключение путем переноса свойств с более познанного предмета на менее познанный. Такое умозаключение не требует изменения степени общности знания; поэтому его порой называют «традуктивным», от лат. traduco – передавать, перенаправлять. Но данное обозначение не является общепринятым.

Аналогия бывает достоверной лишь в специальных случаях, когда к ней фактически примешивается дедукция. Например, – когда заранее установлено изоморфное (одно-однозначное) отношение между свойствами сравниваемых предметов. Допустим, известно, что в каждом взводе данного полка (до начала боевых действий) имеется равное количество солдат, и что в третьем взводе первой роты 15 солдат; отсюда выводим, что в первом взводе третьей роты числится тоже 15 солдат. Есть еще т. н. строгая аналогия, где переносимый признак необходимо следует из основания. Если по ряду признаков внешности человека уверенно диагностируется проказа, то заключение о том же заболевании у другого человека при таких же признаках можно сделать как по аналогии с обликом заведомо больного, так и чисто дедуктивно.

Помимо этих случаев, аналогия еще менее достоверна, чем индуктивный вывод. Недаром говорят «всякое сравнение хромает», а в логике и в методологии познания утвердилось положение «аналогия не аргумент». В науке она применяется, обычно, не как средство доказательства, а лишь как источник плодотворных гипотез. Многие открытия и изобретения сделаны по аналогии, в частности – по аналогии с живой природой. Так, особая структура кожи дельфина натолкнула ученых и конструкторов на создание обтекаемой обшивки судов и самолетов.

Тем не менее, существуют требования к научной аналогии, точнее говоря – к употреблению аналогии в науке. Здесь аналогия должна строиться на основе неслучайных и существенных сходств, желательно – между явлениями одного рода. Число таких признаков (оснований аналогии) должно быть как можно больше, и они должны охватывать разные стороны сравниваемых предметов. А переносимый признак должен принадлежать к тому же типу, что и основания аналогии. Если мы от сходства в росте и цвете глаз заключаем к сходству академических успехов, это плохая аналогия. Тут надо бы сравнить черты характера, уровни способностей и подготовки.

Различают два вида умозаключений по аналогии: аналогия свойств и аналогия отношений. Аналогия свойств имеет следующую структуру: если предметы А и В обладают общими для них свойствами a, b, c, ..., m, и при этом А обладает также свойством n, то В тоже обладает свойством n. Например, если некоторая местность на Африканском континенте прошла некий ряд геологических превращений и богата определенными ископаемыми, и другая местность на Австралийском континенте прошла сходный ряд геологических превращений, то можно предполагать, что и она богата теми же ископаемыми. Подобные соображения сыграли важную роль при открытии в середине 50-х гг. XX в. месторождений алмазов в Якутии (кимберлитовые трубки «Зарница» и «Мир»).

Разновидностями умозаключения по аналогии свойств можно считать часто применяемые в науке и в инженерных расчетах приемы экстраполяции и интерполяции (от лат. extra – сверх, inter – между, и polio – приглаживаю). Например, установлено, что ребенок к 7 годам от рождения вырос с 50 до 110 см. Интерполируя, получим его рост в возрасте 3,5 лет около 80 см; экстраполируя на год вперед, получим рост около 118 см. Понятно, что данные результаты приблизительны, вероятностны и не очень надежны, ибо такова природа аналогии.

Кроме того, экстраполяция и интерполяция принципиально неприменимы к нелинейным процессам, в которых возможны скачкообразные изменения параметров. Так, объем воды при нагревании вплоть до температуры кипения растет очень слабо, а при температуре кипения – очень сильно. Вообще, количественные изменения могут выглядеть в разные моменты как линейными, так и нелинейными; а в качественной эволюции всегда преобладает нелинейность. «Приглаживание» тут всегда неуместно.

Структура умозаключения по аналогии отношений такова: если А подобно С, В подобно D, и при этом между А и В есть отношение R, то между С и D также есть отношение R. Например, буржуазная форма собственности подобна т. н. германской, а социалистическая – подобна т. н. азиатской форме собственности. Исторически азиатская форма пришла на смену германской; естественно ожидать, что на смену буржуазному обществу придет социалистическое общество. Что и свершилось, хотя с существенным своеобразием относительно исторического аналога.

Несмотря на этот сравнительно удачный пример, аналогия отношений еще слабее связана с природой сравниваемых предметов, и оттого еще менее надежна, чем аналогия свойств. Чаще всего она используется как основа метафоры в искусстве. Например, в ряде произведений Г. Гессе и других писателей буржуазной эпохи человек в его отношении к обществу уподобляется одинокому волку. А с победой капитализма в России такая тенденция появилась и в отечественной культуре.

Кроме рациональной, логической аналогии, мышление использует разные типы чувственной, образной аналогии. Это, напр., фигуральная аналогия, в которой сопоставляются качественно различные предметы. Таково, напр., шуточное сравнение от Козьмы Пруткова: «Специалист подобен флюсу – полнота его одностороння». Это также личностная аналогия или эмпатия (греч. «вчувствование»), – когда человек отождествляется с исследуемым объектом; символическая аналогия – представление объекта в поэтических образах (пряжка как цветок, раствор – взвешенная неразбериха, и т. п.)

На рациональной аналогии основано моделирование, но его принято рассматривать как особый метод познания.

 

12.4. МОДЕЛИРОВАНИЕ В НАУКЕ

Моделирование – это искусственное создание аналогов познаваемого объекта с целью его изучения. Такой аналог принято называть моделью (лат. modulus означает мера, образец). Сам изучаемый предмет называют прототипом этой модели, а в технических науках – натурой (понятия типа и прототипа еще будут пояснены). Различают предметное (вещественное) и знаковое моделирование; в последнем случае прототип называют интерпретацией, от лат. interpretatio – посредничество. Знаковое моделирование может осуществляться, в частности, в форме теорий и в форме компьютерных программ.

Моделирование требует не полного, но (только) существенного сходства модели и прототипа в интересующем нас аспекте. В остальном модель может быть проще прототипа, чем облегчается процесс изучения. Известно, что любая предметная область может иметь разные модели, и наоборот – всякая модель имеет разные прототипы или интерпретации. Например, согласно корейской медицинской теории су-джок, на кистях рук и на стопах ног человека «записано» несколько перекрещивающихся «программ», которые позволяют воздействовать на один и тот же орган тела разными способами. Окружающая нас действительность описывается на множестве естественных языков, а одни и те же дифференциальные уравнения могут (что мы уже отмечали в другой связи) представлять процессы разной природы.

Предметное моделирование зачастую связано с воспроизведением изучаемого объекта в ином масштабе, обычно – с уменьшением (т. н. модельный эксперимент, в отличие от натурного эксперимента). Например, для изучения возможного поведения речной плотины создаются уменьшенные копии самой плотины, берегов, русла и водного потока. Но соблюдение метрических пропорций еще не гарантирует переносимости результатов с модели на объект. Существует специальная теория физического подобия, которая вырабатывает правила предметного моделирования с соблюдением качественной и количественной аналогии.

Одно из основных требований этой теории – одинаковость характерных безразмерных параметров объекта и его модели. Так, при моделировании жидкостных и газовых потоков важно сохранить в модели то же число Рейнольдса, которое характеризует уровень турбулентности потока. Существенное значение имеют также одинаковость групп симметрии, вообще – все безразмерные комбинации определяющих параметров; эти комбинации называются критериями подобия. Если вы намерены создавать физические модели, изучите теорию подобия.

Компьютерное знаковое моделирование становится в наши дни ведущим методом познания, потесняя эксперимент, как натурный, так и модельный. Причины этого, с одной стороны, в быстром развитии компьютерной техники, и в дешевизне такого метода сравнительно с вещественным экспериментом; а с другой стороны – в интересе современной науки к конкретным процессам. Мы уже упоминали, что существует широкий класс реальных процессов – т. н. динамический хаос. В этих процессах время действия известных причин превышает время сохранения общих корреляций, поэтому такие процессы нельзя описать аналитически, с ограниченным набором формул; но зачастую можно изучать с помощью компьютерного моделирования.

Особым видом знакового моделирования является мысленный эксперимент (иногда его именуют также виртуальным экспериментом). Он применяется в случаях, когда трудно физически воспроизвести и наблюдать закономерные явления. Хрестоматийный пример – мысленные эксперименты, с помощью которых А. Эйнштейн обсуждал согласование хода часов в разных системах отсчета, эффекты в ускоряющемся лифте, связь состояний квантовых объектов на любом расстоянии, и др.

К видам знакового моделирования можно причислить и способы образования научных понятий. Но по традиции они трактуются как способы построения научных знаний, и рассматриваются нами в следующей теме.