Принцип співвідношення невизначеностей у пізнанні

Методологічні принципи побудови наукових теорій

Принципи та методи побудови теорій носять досить загальний і рекомендаційний характер, що зумовлено творчою природою самого процесу наукового і не тільки наукового(психологічного, соціумного, досвідного, тощо) пізнання.

У числі методологічних принципів можна виділити як логічні і інтуїтивні фактори, так і фактори емпіричні і раціональні.

Логічні фактори служать:

- По-перше, для встановлення зв'язку між основними і неосновними поняттями конкретної теорії допомогою визначень;

- По-друге, для дедуктивного виводу з вихідних посилок теорії (в якості таких посилок виступають аксіоми, фундаментальні закони і принципи) наслідків - теорем і неосновних законів;

- По-третє, для індуктивного підтвердження наслідків теорії, які можуть бути піддані емпіричну перевірці.

На етапі становлення класичної науки XVII-XVIII ст. вирішальне значення у відкритті нових наукових істин, в тому числі і в процесі створення теорій, надавалося логіці.

Прихильники раціоналізму в умовах накопичення і систематизації емпіричної інформації головним інструментом відкриття нових істин вважали дедукцію. Вони вважали, що з висновків інтелектуальної інтуїції, які вважалися самоочевидними, за допомогою дедукції можна "автоматично" вивести наукові істини.

Послідовники емпіризму найважливішим засобом відкриття законів і нових істин в науці вважали закони індуктивної логіки, сформульовані Ф. Беконом і вдосконалені Дж. Ст. Міллем. Виходячи саме з такого розуміння, більшість фізиків XVIII-XIX ст. були впевнені, що основні поняття і закони фізики могли бути дані з експериментів за допомогою "абстракції", тобто логічними засобами.

Неспроможність таких спроб стала очевидною саме після того, як у науці почали створювати теорії, що містять абстрактні поняття і закони. На думку А. Ейнштейна, ясне усвідомлення неправильності такого подання "принесла по суті тільки загальна теорія відносності, яка показала, що відповідний досвідчений матеріал можна пояснити на основі зовсім інших принципів, і притому набагато більш задовільним шляхом".

Інтуїтивні фактори стали активно досліджуватися у філософії науки і розглядатися в якості найважливіших умов створення нових наукових ідей і теорій після того, як була виявлена неспроможність спроб побудови логіки відкриття.

Дослідження цих факторів здійснюється насамперед у психології творчості. Під інтуїтивними факторами дослідники мають на увазі передусім інтелектуальну інтуїцію, яка розуміється як міркування, що спирається на аналогії між подібними групами, порівняння рівнів взаємодії з простих об'єктів з складними комплексами, уявні образи, інстальовані у виявлених зв'язках, евристичні міркування і т .д. Нерідко інтуїцію розглядають як раптове (загадкове) осяяння, інсайт (від англ. Insight - проникливість, проникнення в суть, розуміння, осяяння, раптова здогадка), несподіване відкриття і протиставляють її систематичній раціональній роботі дослідника, його логічним міркуванням.

Однак трактувати таке "раптове" відкриття як "загадкове" можна лише у випадку, коли ігнорується вся попередня діяльність пізнання, наукового мислення. Так, Анрі Пуанкаре вважав, що більшість комбінацій ідей виникають в підсвідомості, а свідомість лише відбирає ті з них, які є "красивими" і внаслідок цього найбільш корисними. При цьому саме підсвідоме "я" "може за невеликий проміжок часу створити більше різних комбінацій, ніж може охопити свідома істота за ціле життя".

Виділення і поділ емпіричних і раціональних чинників випливає з оцінки їх ролі в процесі створення наукової теорії. У першу чергу мова йде про теорії фактуальних наук, що мають широку емпіричну (фактуальную) базу.

Під емпіричними факторами теорії прийнято розуміти її спостережний і експериментальний базис, тобто ту первинну інформацію, на якій ґрунтуються її поняття і твердження.

Прихильники філософського емпіризму: позитивізму, Феноменалізм, біхевіоризму й ін. - Вважають, що єдино надійною підставою теорії є її емпіричний базис, а саме ті факти, які можна безпосередньо спостерігати і перевіряти. Решта структурні компоненти науки являють собою не що інше, як умоглядну конструкцію, що служить для узагальнення та систематизації великого масиву емпіричної інформації.

Мислення  емпірістів виходить  із ідеї Ф. Бекона про те, що формування теорії зводиться до узагальнення шляхом індукції точно встановлених емпіричних фактів, поки не будуть знайдені такі загальні закони, за допомогою яких можна пояснити всі відомі факти. Однак таким шляхом можуть бути знайдені лише найпростіші емпіричні закони, які не можуть стати посилками для справді наукових теорій, що пояснюють не тільки факти, а й емпіричні закони.

Прихильники дескриптивизма (від позднелат. Descriptivus - описовий) стверджують, що побудова теорії - це процес найбільш точного і неупередженого опису фактів. Оскільки факти самі по собі достатні для наукового пізнання, дескриптивистами розглядають теорію саме як логічну систематизацію фактів і непряме їх описання. Витоки такої концепції містяться в роботах австрійського фізика і філософа Е. Маха і німецького фізико-хіміка В. Оствальда.

Так, Е. Мах характеризував теорію як категорію непрямого опису, який надає їй кількісну перевагу перед простим спостереженням. Однак якісної різниці між теорією і простим спостереженням, з його точки зору, не існує. Поняття, які не мають змісту, підтвердженого безпосереднім досвідом, на його думку, - "поважний шабаш відьом". До такого "шабашу" Е. Мах відносив атоми Демокріта, електромагнітну теорію, яка з'явилася в його час, атомно-молекулярну теорію речовини він назвав "міфологією природи".

Суть позиції Е. Маха: світ складається з елементів, які являють собою сполуки фізичного і психічного: "... весь внутрішній і зовнішній світ складається з невеликого числа однорідних елементів". Оскільки всі елементи світу абсолютно рівні, то і в пізнанні не слід використовувати такі поняття, як "причина", "сутність", "річ в собі" та ін. Їх слід замінити на поняття "функції". Таким чином, функція науки і пізнання зводиться лише до становлення "основних змінних і різних відносин залежності".

Фактично Е. Махом заявлена програма дескриптивизма (описовості): закони в науці - не більше ніж описи, а теорія - найгірший вид опису, оскільки вона найбільше відстоїть від об'єкта. Однак у використанні теорії з'являється принцип економії мислення, і його Е. Мах вважає фундаментальним, регулюючим розвиток людського пізнання: теорія необхідна, оскільки в ній в стислому (економному) вигляді акумулюються величезні безлічі окремих описів, які без них неможливо було б запам'ятати і відтворити.

Захисники раціоналізму стоять на протилежних позиціях: тільки абстрактні поняття і твердження (аксіоми, закони і принципи), які складають концептуальне ядро теорії, можуть стати основою пояснення емпіричних фактів і законів. Відповідно з цією позицією вихідним пунктом побудови теорії є висунення абстрактних понять і фундаментальних гіпотез. З цих понять і гіпотез за правилами дедукції можуть бути отримані інші твердження теорії.

Безумовно, раціоналісти праві в своїй заяві щодо того, що теоретичні поняття і закони не можуть бути отримані безпосередньо з спостережень і досвіду. Разом з тим навряд чи можна погодитися з їх заявою про повну непідконтрольність раціонального мислення, свідомості процесу генерування нових ідей і наукових гіпотез:

- К. Поппер зводить процес виникнення наукових ідей до безперервного ланцюга здогадок і спростувань;

- Т. Кун вважає виникнення нових ідей є результатом відмови від старої парадигми і прийняття нової парадигми на чисто суб'єктивних підставах;

- Прихильники гіпотетико-дедуктивного підходу відмовляються від дослідження генезису нового знання.

Вірно, що процес створення наукових теорій не вкладається в прокрустове ложе жорстких правил і схем. Разом з тим цей процес може контролюватися як за допомогою логіки, так і за допомогою досвіду. Контроль логіки може здійснюватися на основі деяких найбільш загальних принципів.

По-перше, це необхідність схематизації і ідеалізації досліджуваної предметної області дійсності за допомогою концептуальної системи, або теоретичної моделі реальності.

Для побудови такої моделі необхідно виділити найбільш загальні і суттєві властивості елементів реальних систем. Таке виділення вимагає, у свою чергу, абстрагування від тих рис, особливостей і властивостей елементів реальних систем, що для даного дослідження є другорядними і неістотними. Дана процедура є справді творчої завданням, оскільки виявлення і поділ істотних і несуттєвих рис не піддається жорстким алгоритмам.

Так, і Р. Декарт, та І. Ньютон вважали, що кількість руху тіла залежить від його швидкості. Однак, за І. Ньютону, інша важлива характеристика кількості руху - маса тіла, а з точки зору Р. Декарта - об'єм  цього тіла.

Як виявилося, цю характеристику Р. Декарт помилково відніс до істотних ознак даного явища, оскільки для визначення динамічних властивостей тіла ця геометрична характеристика виявилася несуттєвою. Такий невірний поділ істотних і несуттєвих властивостей і характеристик призвело до того, що механіка Р. Декарта залишилася умоглядною концепцією. На противагу цьому вірне виділення істотних ознак досліджуваного явища дозволило І. Ньютону зробити розроблену ним динаміку основою всієї класичної фізики.

Таким чином, процес абстрагування є набагато більш складна операція, ніж це уявлялося прихильникам емпіризму, які вважали, що всі терміни науки виходять відкиданням відмінностей між більш простими ідеями і утриманням того, що в цих простих ідеях становить спільне.

Однак теоретичні поняття утворюються шляхом процесу ідеалізації - створення таких уявних об'єктів, властивості яких відсутні у реальних предметів: "ідеальний газ", "нестисливої рідина", "абсолютно чорне тіло" у фізиці, "ідеальний тип" в соціології та ін.

Як підкреслює Г. І. Рузавин, "ідеалізація найчастіше пов'язана з уявним експериментом, в ході якого вчений теоретично здійснює деякі операції, які не можна виконати емпірично ні в якому реальному досвіді".

Так, Аристотель на основі узагальнення повсякденного досвіду зробив висновок: тіло рухається тим швидше, чим більше впливає на нього зовнішня сила; рух припиниться, як тільки сила перестане діяти.

Щоб спростувати цю тезу, що вважався непорушною істиною, Г. Галілей звернувся до уявного експерименту: при припиненні дії зовнішньої сили тіло пройде ще деяку відстань. Це відстань тим більше, чим менше вплив сили тертя, опору повітря і т.п. Якщо подумки уявити, що всі ці та їм подібні сили перестануть діяти, то тіло буде рухатися з постійною швидкістю рівномірно і прямолінійно.

Таким чином, швидкість тіла сама по собі не показує, чи діють на нього зовнішні сили. Про дію останніх можна судити лише по прискоренню або уповільненню руху тіла. А. Ейнштейн і Л. Інфельд підкреслюють: "Відкриття, зроблене Галілеєм, і застосування їм методу наукового міркування (курсив мій. - Г. О.), було однією з найважливіших досягнень в історії людської думки, і це відзначає дійсний початок фізики" .

Виявити факти і зробити на їх основі найпростіші узагальнення відносно просто, набагато складніше виявити і сформулювати емпіричні закони. У розвинених науках встановлення таких законів пов'язано з вимірюваннями і вимагає звернення до найпростіших абстракцій і ідеалізації.

Г. І. Рузавин реконструює типовий процес побудови природничо-наукової теорії на прикладі газових законів.

Він зазначає, що емпіричні газові закони Бойля - Маріотта і Гей-Люссака характеризують взаємозв'язок властивостей ідеального, а не реального газу. Вони висловлюють регулярні зв'язку між об'ємом і тиском в першому випадку, між  об'ємом і температурою - у другому випадку. Для подальшої дослідницької роботи було необхідно встановити логічний зв'язок між цими емпіричними законами. Такий зв'язок висловлює рівняння Менделєєва - Клапейрона, яке описує параметри стану ідеального газу:

PV = RT,

де Р - тиск; V - об'єм; R - універсальна газова постійна; Т - абсолютна температура.

Це рівняння виступає як передумову найпростішої емпіричної теорії, з якої можна логічно вивести закони Бойля - Маріотта і Гей-Люссака.

Проте спроба подальшого узагальнення цього емпіричного закону тим же методом, який привів до рівняння Менделєєва - Клапейрона, виявляється неможливою. Такого роду узагальнення вимагає звернення до неспостережуваних об'єктів і теоретичним поняттям. Такі поняття були введені тільки у зв'язку з побудовою атомно-молекулярної теорії речовини. Саме ця теорія і розкрила внутрішній механізм, за яким протікають термодинамічні процеси. У свою чергу, розкриття такого механізму дозволило пояснити всі відомі емпіричні закони.

Розглянута схема виявилася типовою для побудови багатьох теорій астрономії, механіки, оптики, електромагнетизму, хімії та ін.

Що стосується фактуальних соціально-гуманітарних наук: психології, соціології, політології та ін., То тут головна трудність - наявність великого числа ізольованих емпіричних узагальнень, а також відсутність надійних евристичних принципів, які дозволили б встановити логічний зв'язок між такими емпіричними узагальненнями.

Поряд з логічними факторами дослідникам часто доводиться звертатися до евристичних(від грец. Heurisko - шукаю) прийомів і методів. За такими методами ховаються способи пошукового мислення, які не можуть бути точно описані логічними засобами. Евристичні методи ще в античній науці сприяли пошуку істини в тому випадку, якщо для цього не існувало адекватних і загальновизнаних методів. Так, Архімеда за допомогою винайденого ним методу вичерпання вдалося знайти об'єми багатьох геометричних круглих тіл.

Евристичні методи дослідження знаходять найбільше застосування в розвинених досвідчених науках. Так, використання принципу додатковості сприяло розкриттю взаємозв'язку між корпускулярними і хвильовими властивостями мікрочастинок матерії, принцип співвідношення невизначеностей В. Гейзенберга дозволив встановити межі точності при вимірюванні сполучених (корпускулярних і хвильових) величин елементарних частинок, наприклад таких, як координата і імпульс частинки.

Безсумнівна евристична роль уявного експерименту і модельних уявлень. Ще Г. Галілей у дослідженнях механічних процесів поряд з реальними експериментами іноді звертався і до "уявних" (термін самого Г. Галілея) експериментів, які дозволяли йому уявити досліджувані процеси "в чистому вигляді". Так, тільки в уявному експерименті міг з'явитися принцип інерції класичної механіки. Жоден реальний експеримент не дозволив би повністю ізолювати тіло від зовнішніх впливів.

У концептуальних моделях відображаються логічні зв'язки між компонентами модельованих об'єктів, в математичних моделях досліджуються системи рівнянь, за допомогою яких описуються досліджувані об'єкти. Змінюючи параметри цих рівнянь, отримують різні варіанти моделей. Обчислювальні експерименти стали найширшим чином застосовуватися в науці з розвитком комп'ютерної техніки.

Вдалий наочний образ, використаний в уявній моделі, нерідко допомагає уявити особливості таких властивостей явищ, які не можуть сприйматися чуттєвим чином.

Так, для пояснення факту випускання і поглинання квантів світла атомами фізики в якості уявної моделі прийняли концепцію Дж. Дж. Томсона, названу "моделлю пудингу" (в російськомовній літературі - "булкою з родзинками"), оскільки в ній додатно заряджені частинки рівномірно розподілені по всьому об'єму атома, а електрони вкраплені в нього подібно ізюму.

Після експериментів Е. Резерфорда з α-частинками виявилося, що деякі з цих частинок вільно проходять через атоми, а їх невелике число різко відхиляється від первинного напряму, що суперечило моделі Томсона. Дані цього експерименту змусили змінити уявну модель і прийняти планетарну модель Е. Резерфорда, побудовану за аналогією зі структурою Сонячної системи. У центрі такої моделі розташоване позитивно заряджене ядро, а навколо нього обертаються електрони.

Аналіз Н. Бора показав неспроможність і цієї моделі, оскільки відповідно до принципів електромагнетизму обертаються навколо ядра електрони мали б впасти на ядро, чого не відбувається насправді. Для усунення цього протиріччя між моделлю і реальним досвідом Н. Бору довелося модифікувати модель Е. Резерфорда за допомогою введення постулатів про те, що, обертаючись по стаціонарних орбітах, електрони не випромінюють енергії. Таке випромінювання відбувається тільки тоді, коли електрони переходять з однієї стаціонарної орбіти на іншу.

Надалі і ця модель була модифікована.

Таким чином, евристична роль уявних моделей полягає в їх активному впливі на процес розвитку науки. У свою чергу, нова ступінь розвитку науки призводить до перегляду відповідних уявних моделей.