Гипотеза как форма развития научного знания
Гипотеза – это предположение о существовании связей и отношений между какими-либо явлениями или фактами. В опытных науках – в первую очередь в естествознании – предпосылкой формулировки гипотезы выступают результаты наблюдений, экспериментов и измерений. Однако гипотеза ни в коем случае не может быть сведена к простой регистрации и суммированию опытных данных, так как в ее основе лежит предположение о существовании таких связей и отношений, которые не даны непосредственно, как результат чувственного опыта.
Гипотеза – это всегда мысль о каких-либо существенных связях и отношениях, которые скрыты за изначальной данностью многообразия эмпирически воспринимаемого мира. Смысл гипотезы состоит в том, чтобы сделать предположение о некоторых, существенных связях и при этом отвлечься от других. Целью формулировки гипотезы является поиск истинных причин явлений и на основании этого объяснение, почему происходят те или иные явления или события. Выдвижению гипотезы всегда предшествует наличие какой-либо проблемной ситуации, в основе которой лежит вопрос о том, почему происходит нечто. Следует заметить, что гипотеза всегда глубже и шире непосредственно наблюдаемого. Она глубже его в том смысле, что в отличие от случайного и несущественного как того, что может «быть и наблюдаться», так и «быть и не наблюдаться» гипотеза предполагает открытие того, что является необходимым и существенным. Идея научной гипотезы предполагает установление того от чего зависит действительное существование того или иного явления или процесса. Гипотез шире непосредственно наблюдаемого в том смысле, что то отношение, существование которого предполагается в рамках той или иной гипотезы, как правило, относится не только к данным конкретным фактам, но также является справедливым для любых аналогичных фактов и положений.
Если речь идет о развитой области научного познания, опытные данные хотя и являются необходимой предпосылкой для выдвижения гипотез, однако одни они отнюдь не достаточны для этого. Существующий массив теоретических знаний в виде других, уже подтвержденных гипотез, обоснованных законов и теорий, достоверность которых не вызывает сомнения является другой важнейшей необходимой предпосылкой для выдвижения новых гипотез.
Наличие этих двух предпосылок, т.е. того, что:
- во-первых, гипотеза основывается на полученном эмпирическом материале и формулируется для того, чтобы объяснить непонятное;
- во-вторых, согласованность вновь выдвигаемой гипотезы с другими теоретическими обобщениями, в особенности более общего порядка, является тем, что отличает научную гипотез от догадок и предположений всякого рода дилетантов, которые почему-либо высказываются относительно причин соответствующих явлений.
Только на самой ранней стадии развития какой-либо области знания более или менее вероятны случаи, когда непрофессионалы, которые не обладают необходимым массивом теоретических знаний – просто потому, что их еще нет вообще – способны внести вклад в начальный этап развития той или иной науки. Если же говорить о науке, которая уже имеет свою историю и свои достижения в виде разработанных методов эмпирического познания и соответствующих теоретических представлений, то в таких условиях способностью выдвигать гипотез фактически обладают лишь специалисты в данной области знания.
Произвольные «догадки» дилетантов, сколь интересными для них самих они не казались, в действительности, как правило, представляют собой либо хотя и истинные, но вполне тривиальные с точки зрения специалистов суждения, либо вообще находятся вне рамок научного дискурса соответствующей области знания.
Наглядным примером того, какова роль и место научной гипотезы в специализированном познании, является предположения, которые были выдвинуты независимо друг от друга математиками Джоном Адамсом и Урбеном Леверье в связи с наблюдениями за траекторией движения планеты Уран. Дело в том, что на основании знания закона всемирного тяготения можно достаточно точно рассчитать особенности движения планет Солнечной системы, если знать массу и расстояние, на котором эти объекты находятся друг относительно друга. В частности, на скорость и траекторию движения планеты влияет ее расстояние от Солнца, а также расстояние до других планет.
Используя эти данные относительно планеты Уран, была рассчитана предполагаемая траектория ее движения. Однако оказалось, что произведенный теоретический расчет не совпадал с наблюдаемым движением данного небесного тела. Естественно, возник вопрос, как можно объяснить это несовпадение? Исходя из расчета, как должен был двигаться Уран, находясь на соответствующем расстоянии от Солнца, и соотнеся его результат с данными наблюдений, Адамас и Леверье предположили, что есть еще одно ненаблюдаемое тело, которое влияет на наблюдаемые особенности движения Урана. Основываясь на этих данных, они смогли рассчитать координаты объекта, который должен был быть причиной отклонения Урана от изначально рассчитанной траектории. Астроном И. Галле направил телескоп на область неба, соответствующую этим координатам, и там среди других относительно слабо светящихся объектов был обнаружен один, который впоследствии получил название планета «Нептун». На основании одних только эмпирических наблюдений неба астрономы не обнаруживали эту планету, так как она, расположенная далеко, светится достаточно слабо и поэтому плохо различима на фоне звездного неба.
Анализ этого примера позволяет понять ту роль, какую имели предшествующие наблюдения и теоретические знания для формулировки гипотезы о существовании ненаблюдаемого небесного тела. Противоречие между ними привело к возникновению проблемной ситуации, в целях разрешения которой и была сформулирована гипотеза о новом, ранее ненаблюдаемом небесном теле. Выполненное Галле новое наблюдение подтвердило справедливость гипотезы Адамса и Леверье.
Гипотезы имеют огромное значение для научного познания, так как именно посредством их выдвижения, проверки или опровержения происходит развитие науки как специфического вида деятельности, целью которого является познание истины.
Эмпирическое подтверждение выдвинутой в рамках соответствующей науки гипотезы является необходимым и достаточным критерием для того чтобы признать ее научный статус. Пример с открытием Нептуна – это относительно простой случай, когда имевшихся теоретических представлений и возможностей проводить эмпирическое исследования уже было достаточно для того, чтобы сделать новое открытие. Однако во многих случаях вновь открытый феномен не удается удовлетворительно объяснить в рамках существующих теоретических представлений. Например, прецессия орбиты планеты Меркурий (прецессия – это поворот оси вращающегося объекта) была достаточно давно известна астрономам, однако этот факт долго не могли объяснить. Дело в том, что на основании законов классической механики Ньютона можно объяснить, почему планеты двигаются по эллиптическим орбитам, но нельзя объяснить, почему эти эллипсы еще и поворачиваются (это и есть прецессия). В настоящее время принято считать, что феномен прецессии может быть объяснен на основании общей теории относительности и его рассматривают в качестве одного из подтверждений этой теории. Положения общей теории относительности выступают в качестве гипотезы, на основании которой объясняется прецессия.
Возможны и еще более сложные случаи, когда наблюдаемое явление может вызываться целым комплексом причин разного рода. Причем иногда непонятно, какие именно причины являются необходимым и достаточным основанием для наступления соответствующего явления. Примером такой сложной, но достаточно характерной для современного уровня развития научного знания ситуации является попытка объяснения в медицине причины возникновения такой болезни, как язва желудка. Язва желудка, т.е. наблюдаемый дефект его слизистой оболочки, может быть вызван целым рядом причин. Достаточно долго принято было считать, что причина данного заболевания связана с неправильным питанием, а также что оно может быть следствием перенесенных стрессов. Кроме этого, в рамках биологии еще с конца XIX в. знали о существовании бактерии Helicobacter pylori, которую обнаруживали в слизистой оболочке желудка. Однако возможность патогенного (болезнетворного) воздействия этого микроорганизма долгое время даже не предполагалась вследствие распространенного убеждения, что никакой микроорганизм не способен сколько-нибудь долго жить в желудке в силу присутствия там кислоты (желудочный сок).
Признание роли этой бактерии в развитии заболеваний желудка произошло только в конце XX в. В частности, благодаря эксперименту, который поставил Барри Маршалл, австралийский врач, считающийся одним из сооткрывателей патогенной функции Helicobacter pylori. Маршалл сознательно выпил содержимое с культурой данной бактерии, после чего у него развился гастрит. Затем он продемонстрировал, что в состоянии излечить приобретенный гастрит с помощью препаратов-антибиотиков. В настоящее время признано, что не менее 80 % язвенных поражений желудка связаны с инфицированием микроорганизмом H. рylori. При этом известно, что только примерно пятая часть носителей, инфицированных микроорганизмом H. pylori, заболевают клинически выраженной язвенной болезнью желудка либо других органов пищеварения. Причины того, почему заболевает меньшая часть инфицированных, в настоящее время ясны еще не полностью.
Что касается вопроса о том, что необходимо знать и какими методами познания необходимо пользоваться для того, чтобы сформулировать гипотезу, то по поводу этого можно заметить следующее. В начальный период формирования экспериментальной науки возник и получил достаточно широкое распространение взгляд, согласно которому научные гипотезы формулируются на основе индуктивного обобщения эмпирических данных. В частности, такой точки зрения придерживался Френсис Бэкон (XVI в.) и Джон Стюарт Милль (XIX в.). Методы индуктивных умозаключений действительно имеют определенную эвристическую ценность и их можно рассматривать в качестве общенаучных приемов познания, которые используются во всех эмпирических науках. Рассмотрим подробнее эти методы, среди которых принято выделять следующие:
1. Метод сходства;
2. Метод различия;
3. Метод сопутствующих изменений;
4. Метод остатков.
Метод сходства: если два или более случаев подлежащего исследованию явления имеют общим лишь одно предшествующее обстоятельство, то это обстоятельство, – в котором только и согласуются все рассматриваемые эти случаи, – есть причина данного явления. Специфику метода сходства можно проиллюстрировать следующим примером. Допустим, в течение одних суток было зарегистрировано несколько случаев пищевых отравлений. Выяснилось, что меню пострадавших было хотя и разным, но в каждом из них присутствовал творог. Он, по-видимому, и послужил причиной отравления.
Метод различия: если случай, в котором исследуемое явление наступает, и случай, в котором, оно не наступает, сходны во всех обстоятельствах, кроме одного, то это обстоятельство и есть причина наблюдаемого явления. Специфику метода иллюстрирует следующий пример: после попытки включить компьютер последний начал было работать, однако на его экране появилось сообщение, что обнаружен дефект оперативной памяти. Зная, что на материнскую плату установлены два отдельных модуля памяти, пользователь извлек один модуль и попытался опять включить компьютер, после чего машина вообще перестала работать. Тогда пользователь поставил на место извлеченный модуль памяти, но убрал другой. После этого компьютер включился как обычно. Из этого пользователь сделал вывод, что причина нерабочего состояния компьютера – дефект того модуля памяти, который он извлек последним.
Метод сопутствующих изменений: если какое-либо явление изменяется определенным образом всякий раз, когда изменяется предшествующее ему явление, то эти явления, вероятно, находятся в причинной связи друг с другом. Например, без примеси углерода железо легче куётся. При добавлении небольшого количества углерода, железо куётся труднее. При большом количестве добавленного углерода, железо вообще не куётся. Значит, присутствие углерода является причиной ухудшения ковкости железа.
Метод остатков: если известно, что причиной исследуемого явления не служат необходимые для него обстоятельства, кроме одного, то это обстоятельство, вероятно, и есть причина данного явления. Например, после электрификации железной дороги стали возникать искажения в показаниях приборов близко расположенной обсерватории. Все рассмотренные обстоятельства не вызывали искажений, кроме одного: магнитного поля, возникающего вблизи контактной сети. Вероятно, причиной искажения приборов явилось магнитное поле вблизи контактной сети.
Естественно, в реальном исследовании для установления причины явления может использоваться не только какой-либо один из этих методов, но и их сочетания. Впрочем, более интересным с точки зрения проблем методологии научного познания является ответ на вопрос о том, можно ли считать, как предполагали Бэкон и Милль, что методы научной индукции являются не только необходимыми, но и достаточными способами получения новых знаний?
Если речь идет о сколько-нибудь сложном и специализированном знании, в том числе научном, то ответ на этот вопрос будет отрицательным. Методы научной индукции, будучи определенными предпосылками поиска причин тех или иных явлений, широко используются в самых разных областях знания. Однако опираясь только на них, ничего нового в действительности установить невозможно, так как кроме этого необходимо обладать обширным набором конкретных специализированных знаний, которые составляют содержание той или иной науки или иной специализированной области знания. Причина этого в том, что прежде, чем будут использованы названные индуктивные методы, необходимо достаточно хорошо знать, что в целом из себя представляет исследуемая область. Только имея представление о том, какого типа факторы вообще могут быть существенными с точки зрения их рассмотрения как причин тех или иных явлений, можно приступать к их осмысленному поиску. Используя, в частности, и индуктивные методы познания.
В некоторых случаях знание, которое соответствует устоявшимся представлениям и поэтому воспринимается как что-то очевидное и несомненное, может даже препятствовать плодотворному научному поиску. В частности, открытию патогенной функции H. pylori долгое время препятствовало убеждение о том, что никакой микроорганизм не способен долго жить в кислотной среде желудка.
Гипотеза – это всегда предположение о том, что дело обстоит тем или иным образом, что существует та или иная связь между рассматриваемыми явлениями. В силу того, что гипотеза – это именно предположение, ее следует относить к суждениям вероятностного, а не истинностного характера. Поэтому с точки зрения классификации видов суждений в формальной логике, гипотезе будут соответствовать проблематические суждения вида «Возможно, что…». Кроме этого, любая гипотеза может быть выражена в виде условного суждения вида «Если А, то В».
Следствием проблематического характера знания выраженного в форме гипотезы является то, что в рамках решения той или иной научной проблемы могут существовать разные и даже альтернативные гипотезы. В особенности это характерно для стадии начальных попыток решения научных проблем.
Что касается дальнейших перспектив знания, выраженного с помощью гипотез, то по этому поводу можно заметить следующее. Гипотезы содержащие логически не совместимые допущения или те, из которых можно вывести следствия, которые также взаимоисключают друг друга, будут отброшены только на основании обнаружения одного этого факта. Так потому, что, будучи тождественно-ложными сложными суждениями, такие гипотезы позволяют получать в качестве своих следствий как истинные, так и ложные выводы. Подобные гипотезы не обладают никакой эвристической ценностью, так как нельзя понять, что же именно из них следует.
В качестве примера подобной гипотезы можно представить себе известное натурфилософское представление древности, согласно которому скорость падения тела на землю зависит от присущей ему естественной «тяжести» или «легкости» (согласно этому представлению, тяжелые тела падают быстрее, а легкие – медленнее). На первый взгляд, в этом представлении нет противоречия, однако это не так. Что будет, с точки зрения данной гипотезы, если мы скрепим в единое целое «легкое» и «тяжелое» тело и затем бросим его? Ответ первый, который следует из данной гипотезы: составное тело упадет быстрее, чем одна только его «тяжелая» часть, потому что составное тело имеет большую массу, чем «тяжелая» часть. Ответ второй, который также можно вывести из этой гипотезы: составное тело будет падать медленнее, чем одна только его «тяжелая» часть, потому что добавление «легкого» тела передаст составному телу присущее ему свойство «легкости» и это замедлит падение.
Гипотезы ad hoc, т.е. такие, которые используются для объяснения определенного случая, решения какой-либо конкретной задачи, но которые не следуют из некоторой более общей теории, могут иметь разную судьбу. В некоторых случаях, когда выдвигают такие гипотезы, предполагают, что в дальнейшем будут найдены способы согласования их с основной общей теорией. В этом случае гипотеза ad hoc выступает в качестве временного средства спасения теории, так как она хотя явно и не следует из последней, но также явно и не противоречит ей. Например, в XIV в. для спасения теории движения Аристотеля, в рамках которой было невозможно объяснить бесконтактное движение (почему, например, летит камень, если его во время полета никто ни толкает) Жан Буридан выдвинул т.н. «теорию импетуса», согласно которой импетус (импульс, толчок) движителя как бы запечатлевается на движимом, обеспечивая тем самым его бесконтактное движение в течение некоторого времени. Гипотезой Буридана некоторое время пользовались для объяснения движения, однако в дальнейшем от нее, как и от теории движения Аристотеля, отказались.
Может быть и так, что гипотеза ad hoc не только объяснит данный конкретный случай, но позднее обнаружится, что знание, содержащееся в этой гипотезе, может быть использовано для объяснения и других случаев и проблем и что, в конце концов, из этой гипотезы может даже возникнуть новая теория, которая заменит существовавшую ранее. Например, в начале XX в. Макс Планк выдвинул гипотезу о том, что энергия может испускаться не непрерывно, а дискретно, в виде квантов. Планк использовал представление о квантах для того, чтобы разрешить совершенно конкретную задачу – объяснить особенности излучения в рамках модели т.н. «абсолютно черного тела». В силу того, что представление о дискретной передаче энергии противоречило классическим представлениям о непрерывности этого процесса, Планк рассматривал гипотезу о квантах как рабочее предположение, которое не имеет никакого реального физического смысла, но с которым как с теоретическим предположением все же можно работать в силу отсутствия какого-либо другого подходящего теоретического обоснования. Позднее Альберт Эйнштейн использовал гипотезу о квантах для объяснения закономерностей фотоэффекта, а потом Нильс Бор с ее помощью построил теорию атома водорода. В настоящее время гипотеза о квантах стала теорией, которая лежит в основании современной физики микромира.
Следует заметить, что на развитой стадии научного знания большинство научных предположений не возникают как гипотезы ad hoc, а формулируются в контексте и в качестве следствий уже существующих теоретических знаний. Такова, например, рассмотренная ранее гипотеза Леверье и Адамаса, а также гипотеза, на основании которой была объяснена прецессия Меркурия.
Если обобщить те требования, которые предъявляются к гипотезе как форме развития научного знания, то они могут быть представлены следующим образом:
1. Преемственность. Новые гипотезы должны вырастать из предшествующего научного знания, быть его дальнейшим развитием и продолжением. Это требование касается, прежде всего, естественных наук на современном этапе их развития;
2. Логическая непротиворечивость. Из гипотезы, которая, которая содержит в себе логическое противоречие, можно вывести как истинное, так и ложное знание. Поэтому логически противоречивые гипотезы неинформативны;
3. Принципиальная проверяемость. Из гипотезы должны вытекать следствия, доступные опытной проверке (верификации);
4. Предсказательная сила. Гипотеза должна не только объяснять известные факты, но и предсказывать новые. Чем больше неизвестных явлений предсказывает гипотеза и чем менее вероятными представляются ее предсказания, тем выше ее предсказательная сила и тем больший прирост знания она способна дать;
5. Фальсифицируемость,т.е. принципиальная возможность опровержения. Если любые опытные данные способны только подтверждать гипотезу и не предполагается существование таких данных, которые не совместимы с гипотезой и могут ее опровергнуть, показав тем самым ограниченных характер знания содержащегося в ней, то такая гипотеза есть скорее почему-либо принятая абсолютная догма, а не форма научного знания, которое все время развивается.
Научные законы
3.5.1. Логико-эпистемологический анализ понятия «научный закон»
Гипотеза – это форма развития научного теоретического знания, однако последнее может существовать не только в виде гипотез, но также и как отдельные законы и теорий. Теории – это предметно и логически связанные между собой системы каких-либо законов. Например, классическая механика как физическая теория включает в себя три закона. Кроме этого к теоретической форме научного знания относятся понятия и категории разной степени общности, используемые в рамках соответствующих наук.
Закон как форма теоретического знания не отделен непроходимой пропастью от гипотезы. Законы – это те гипотезы, которые прошли проверку и достоверность которых уже не вызывает сомнения. Впрочем, не всякую гипотезу, которая прошла проверку, следует называть законом.
Особенностью использования термина «закон» является то, что когда говорят так, всегда стараются подчеркнуть, что то отношение, о котором идет речь в случае «закона», имеет обязательный и всеобщий характер.
Различие между гипотезой и законом состоит в том, что гипотеза – это всегда предположение о существовании определенных связей и отношений. Когда же говорят о законе, то предполагается, что определенные связи и отношения уже выявлены, установлены и их существование больше не вызывает сомнения. Гипотеза – это форма развития научного знания, а закон – это результат этого развития. Гипотеза – это вероятное знание, а закон – это знание достоверное.
В связи с отмеченными различиями с точки зрения степени истинности тех знаний, которые выражены в виде гипотез и законов, гипотезам и законам будут соответствовать разные типы модальных суждений. С точки зрения классификации видов суждений в формальной логике, закону как форме знания о необходимо существующей связи между явлениями будут соответствовать модальные аподиктические суждения вида «Необходимо, что…». Гипотезе же как предположению об определенной связи и отношении будут соответствовать модальные проблематические суждения вида «Возможно, что…».
Процесс перехода научных теоретических знаний от уровня гипотез к стадии, когда их принято считать законами, с формально-логической стороны удобно представить как движение мысли от модальных проблематических суждений вида «Возможно, что…» к модальным аподиктическим суждениям вида «Необходимо, что…».
Напомним, что в рамках алетической (от греч. «алетейя» – истина) системы модальности с точки зрения степени истинности принято выделять три вида суждений:
1. Аподиктические суждения вида «Необходимо, что…»;
2. Ассерторические суждения вида «Действительно, что…»;
3. Проблематические суждения вида «Возможно, что…».
Особенностью аподиктических суждений вида «необходимо, что…» является то, что предполагается, что знание, выраженное в виде этих суждений, имеет действительно необходимый и всеобщий характер. Другими словами, знание, выраженное в виде аподиктических суждений, – это абсолютно истинное знание, которое справедливо для любого момента времени (настоящего, прошлого, будущего).
Особенностью ассерторических суждений вида «действительно, что…» является то, что предполагается, что знание, выраженное в виде этих суждений, соответствует действительности, но не имеет всеобщего характера. Другими словами, знание, выраженное в виде ассерторических суждений – это факт, который имеет место в данный момент времени, но при этом неизвестно почему именно этот факт есть в наличии сейчас и будет ли он существовать в будущем.
Особенностью проблематических суждений вида «возможно, что…» является то, что предполагается, что знание, выраженное в виде этих суждений, может соответствовать событиям прошлого и будущего, но не настоящего.
Между этими тремя видами суждений существуют формальные смысловые отношения, согласно которым самыми «сильными» (содержащими истинностное знание, которое справедливо для любого момента времени) являются аподиктические суждения, а самыми «слабыми» (содержащими только вероятностное знание, которое относят к будущему или прошлому) являются проблематические суждения.
Следствием различия по степени истинности названных суждений является то, что:
a) из истинности аподиктических суждений следует истинность ассерторических и проблематических суждений;
b) из истинности ассерторических суждений следует истинность проблематических суждений и неопределенность аподиктических;
c) из истинности проблематических суждений следует неопределенность аподиктических и ассерторических суждений.
Например, пусть аподиктическое суждение – это закон всемирного тяготения, который утверждает, сила притяжения между любыми двумя телами пропорциональна их массе и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Пусть ассерторическое суждение – это суждение, в котором констатируется, допустим, наблюдаемый в данный момент факт падения карандаша на пол. Спрашивается: карандаш падает на пол случайно или с необходимостью? Не может ли он повиснуть в воздухе или, скатившись со стола, полететь не вниз, на пол, а вверх, к потолку? Если ассерторическое суждение той же материи, что и предыдущее аподиктическое, то ответ состоит в том, что он упал так, как упал, а иначе быть и не могло, ибо это частный случай общего закона. Наконец, пусть проблематическое суждение – это суждение, в котором утверждается, что карандаш при сходных условиях опять упадет на пол. Верно ли оно? Если проблематическое суждение той же материи, что и предыдущие аподиктическое и ассерторическое, то ответ может состоять в том, что карандаш опять упадет. Так произойдет потому, что это, во-первых, частный случай общего закона и, во-вторых, (этот аргумент в данном случае избыточен) мы только что видели, как он упал, поэтому он, вероятно, будет и в дальнейшем падать.
Приведенные рассуждения являются почти тривиальными и они приведены только для того, чтобы показать насколько более сложной становится ситуация, когда начинают рассуждать в обратном порядке, от частного к общему. Дело в том, что если нечто является действительным, то из этого вовсе не следует, что оно и необходимо. Так потому, что во многих случаях наблюдая то или иное явление, мы можем не знать его причины. Например, из того, что какое-либо здание на Невском проспекте Петербурга окрашено в зеленый цвет вовсе не следует, что этот факт существует с необходимостью. В принципе нет никаких препятствий для того, чтобы его цвет не мог оказаться, допустим, синим. То же самое происходит в случае, если мы в наших рассуждениях будем исходить только из суждений возможности. Например, из того, что мы можем представить себе присутствие человека на Марсе, вовсе не следует, что это будет и в действительности. И тем более не следует, что это произойдет с необходимостью.
Исследуя систему алетической модальности в рамках формальной логики, обычно начинают с аподиктических истинных суждений и показывают зависимость от них ассерторических и проблематических суждений. В реальном же процессе познания дело часто обстоит наоборот. Как мы уже говорили, развитие научного знания от стадии выдвижения гипотез до уровня законов и теорий можно представить как переход от проблематических суждений к ассерторическим, а от них – к аподиктическим. Если гипотезам на стадии их выдвижения и начальных попыток проверки можно поставить в соответствие проблематические суждения вида «Возможно, что…», то тем из гипотез, которые были подтверждены эмпирически, можно поставить в соответствие ассерторические суждения вида «Действительно, что…». Законам и их системам (теориям) будут соответствовать аподиктические суждения вида «Необходимо, что…».
Следует обратить внимание, что рассуждая чисто формально, от проблематических и ассерторических суждений (за исключением случая полной индукции) вообще невозможно перейти к суждениям аподиктическим. Поэтому, любое знание, которое получено в результате обобщения частных случаев, на самом деле всегда носит вероятностный характер и с точки зрениях его истинности никогда не выходит за пределы суждений вида «Возможно, что…», «Действительно, что…». Это, в частности, справедливо для любых законов, которые получены эмпирическим путем. Дело в том, что сколь бы хорошо тот или иной закон, полученный таким способом, не был бы подтвержден, всегда может оказаться, что есть какие-либо случаи, на которые его действие не будет распространяться.
Анализ понятия «научный закон» в рамках системы классификации видов суждений формальной логики ценен тем, что он позволяет увидеть различие между, с одной стороны, логическим и математическим знанием и, с другой стороны, естественнонаучным знанием. Это различие состоит в том, что только логическому и математическому знанию соответствуют аподиктические суждения вида «Необходимо, что…». Физическое и любое другое естественнонаучное знание с точки зрения его степени истинности не выходит за пределы ассерторических суждений вида «Действительно, что…» и проблематических суждений вида «Возможно, что..». Например, математические высказывания «7 + 5 = 12», «через точку на плоскости можно провести только одну прямую, параллельную данной» будут случаями аподиктических суждений, в которых невозможно усомниться. В этих суждениях невозможно усомниться потому, что даже нельзя себе представить, что в результате, например, складывания «7» и «5» результат вдруг окажется не «12», а, допустим, «11» или «13». В отличие от этого, в достоверности любого физического закона усомниться все-таки можно. Допустим, можно предположить, что закон всемирного тяготения не выполняется в какой-либо точке пространства. Хотя это и маловероятно, но полностью исключать такую возможность все-таки нельзя.
Следует заметить, что далеко не все философы придерживаются представления о том, что между логико-математическим и естественнонаучным знанием с точки зрения их степени истинности существует принципиальная разница. К сторонникам такого представления можно отнести таких мыслителей идеалистической ориентации, как, например, И. Кант и Г. Фреге. По мнению же представителей эволюционной эпистемологии – например, К. Лоренца, Ж. Пиаже и Г. Фоллмера – любое знание в конечном итоге имеет опытное происхождение и априорности в подлинном смысле не существует вообще.
Виды научных законов
При классификации теоретических научных знаний вообще и, в том числе, при классификации научных законов принято выделять их отдельные виды. При этом в качестве оснований классификации могут использоваться достаточно разные признаки. В частности, одним из способов классификации знания в рамках естественных наук является его подразделение в соответствии с основными видами движения материи, когда выделят т.н. «физическую», «химическую» и «биологическую» формы движения последней. Что касается классификации видов научных законов, то последние также можно делить разными способами.
Одним из видов классификации является подразделение научных законов на:
1. «Эмпирические»;
2. «Фундаментальные».
В силу того, что на примере этой классификации можно наглядно увидеть, как происходит процесс перехода знания, которое изначально существующего в виде гипотез, к законам и теориям рассмотрим этот тип классификации научных законов подробнее.
Основанием для деления законов на эмпирические и фундаментальные является уровень абстрактности используемых в них понятий и степень общности области определения, которая соответствует этим законам.
Эмпирические законы – это такие законы, в которых на основе наблюдений, экспериментов и измерений, которые всегда связаны с какой-либо ограниченной областью реальности, устанавливается какая-либо определенная функциональная связь. В разных областях научного знания существует огромное количество законов подобного рода, которые более или менее точно описывают соответствующие связи и отношения. В качестве примеров эмпирических законов можно указать на три закона движения планет И. Кеплера, на уравнение упругости Р. Гука, согласно которому при небольших деформациях тел возникают силы, примерно пропорциональные величине деформации, на частный закон наследственности, согласно которому сибирские коты с голубыми глазами, как правило, от природы глухие.
Фундаментальные законы – это законы, которые описывают функциональные зависимости, действующие в рамках всего объема соответствующей им сферы реальности. Фундаментальных законов сравнительно немного. В частности, классическая механика включает в себя только три таких закона. Сфера реальности, которая им соответствует – это мега- и макромир.
В качестве наглядного примера специфики эмпирических и фундаментальных законов можно рассмотреть отношением между законами Кеплера и законом всемирного тяготения. Иоганн Кеплер в результате анализа материалов наблюдения за движением планет, которые собрал Тихо Браге, установил следующие зависимости:
- планеты двигаются по эллиптическим орбитам вокруг Солнца (первый закон Кеплера);
- планеты двигаются неравномерно: чем дальше планета находится от Солнца, тем она двигается медленнее, и наоборот: чем она ближе к Солнцу, тем двигается быстрее (второй закон Кеплера);
- периоды обращения планет вокруг Солнца зависят от их удаленности от него: более удаленные планеты двигаются медленнее, чем те, которые расположены ближе к Солнцу (третий закон Кеплера).
После констатации этих зависимостей, вполне естественен вопрос: почему так происходит? Существует ли какая-либо причина, которая заставляет планеты двигаться именно так, а не иначе? Будут ли справедливы найденные зависимости и для других небесных систем, или это относится только к Солнечной системе? Более того, даже если бы вдруг оказалось, что есть система подобная Солнечной, где движение подчиняется тем же принципам, все равно неясно: случайность ли это или за всем этим стоит что-то общее? Может быть, чье-то скрытое стремление сделать мир красивым и гармоничным? К такому выводу, например, может подталкивать анализ третьего закона Кеплера, который действительно выражает определенную гармонию, так как здесь период обращения планы вокруг Солнца зависит от величины ее орбиты.
Следует заметить, что законы Кеплера только описывают наблюдаемое движение планет, но не указывают на причину, которая приводит к такому движению. В отличие о них закон гравитации Ньютона указывает причину и особенности движение космических тел по законам Кеплера. И. Ньютон нашел правильное выражение для гравитационной силы, возникающей при взаимодействии тел, сформулировав закон всемирного тяготения: между любыми двумя телами возникает сила притяжения, пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Из этого закона в качестве следствий можно вывести причины того, почему планеты двигаются неравномерно и почему более далеко отстоящие от Солнца планеты движутся медленнее, чем те, которые расположены ближе к нему.
Конкретно-эмпирический характер законов Кеплера проявляется также и в том, что эти законы выполняются точно только в случае движения одного тела вблизи другого, которое обладает значительно большей массой. Если же массы тел соизмеримы, будет наблюдаться их устойчивое совместное движение вокруг общего центра масс. В случае движения планет вокруг Солнца указанный эффект малозаметен, однако в космосе существуют системы, которые совершают такое движение – это т.н. «двойные звезды».
Фундаментальный характер закона всемирного тяготения проявляется и в том, что на его основе можно объяснить не только достаточно разные траектории движения космических тел, но он также играет большую роль при объяснении механизмов образования и эволюции звезд и планетных систем, а также моделей эволюции Вселенной. Кроме этого, это закон объясняет причины особенностей свободного падения тел у поверхности Земли.
На примере сравнения законов Кеплера и закона всемирного тяготения достаточно хорошо видны особенности эмпирических и фундаментальных законов, а также их роль и место в процессе познания. Сущность эмпирических законов состоит в том, что в них всегда описываются отношения и зависимости, которые были установлены в результате исследования какой-либо ограниченной сферы реальности. Именно поэтому таких законов может быть сколь угодно много.
Последнее обстоятельство может быть серьезным препятствием в деле познания. В том случае, когда процесс познания не выходит за пределы формулировки эмпирических зависимостей, значительных усилия будут затрачиваться на множество однообразных эмпирических исследований, в результате которых будут открываться все новые и новые отношения и зависимости, однако, их познавательная ценность будет существенно ограничена. Возможно, лишь рамками отдельных случаев. Другими словами, эвристическая ценность таких исследований фактически не будет выходить за границы формулировки ассерторических суждений вида «Действительно, что…». Уровень познания, который может быть достигнут подобным путем, не будет выходить за рамки констатации того, что найдена очередная уникальная или справедливая для очень ограниченного числа случаев зависимость, которая почему-то именно такая, а не иная.
В случае же формулировки фундаментальных законов ситуация будет совершенно другой. Сущностью фундаментальных законов является то, что они устанавливают зависимости, которые справедливы для любых объектов и процессов, относящихся к соответствующей области реальности. Поэтому, зная фундаментальные законы, аналитическим путем из них можно выводить множество конкретных зависимостей, которые будут справедливы для тех или иных конкретных случаев или каких-либо определенных видов объектов. Исходя из этой особенности фундаментальных законов, суждения, формулируемые в них, можно представить в форме аподиктических суждений «Необходимо, что…», а отношение между этим видом законов и выводимыми из них частными закономерностями (эмпирическими законами) по своему смыслу будут соответствовать отношениям между аподиктическими и ассерторическими суждениями. В возможности выведения из фундаментальных законов эмпирических в виде их частных следствий и проявляется основная эвристическая (познавательная) ценность фундаментальных законов. Наглядным примером эвристической функции фундаментальных законов является, в частности, гипотеза Леверье и Адамаса по поводу причин отклонения Урана от расчетной траектории.
Эвристическая ценность фундаментальных законов проявляется также и в том, что на основании знания их можно проводить селекцию разнообразных предположений и гипотез. Например, с конца XVIII в. в научном мире не принято рассматривать заявки на изобретения вечного двигателя, так как принцип его действия (КПД больше 100%) противоречит законам сохранения, которые являются фундаментальными основоположениями современного естествознания.
Необходимо отметить, что содержание любого научного закона может быть выражено посредством общеутвердительного суждения вида «Все S есть P», однако не все истинные общеутвердительные суждения являются законами. Например, еще в XVIII веке была предложена формула для радиусов орбит планет (т.н. правило Тициуса – Боде), которая может быть выражена следующим образом: Rn = (0, 4 + 0, 3 × 2n) × Ro, где Ro – радиус орбиты Земли, n – номера планет Солнечной системы по порядку. Если в данную формулу последовательно подставлять аргументы n = 0, 1, 2, 3, …, то в результате будут получаться значения (радиусы) орбит всех известных планет Солнечной системы (исключение составляет лишь значение n = 3, для которого на рассчитанной орбите нет планеты, однако вместо нее есть пояс астероидов). Таким образом, можно сказать, что правило Тициуса – Боде достаточно точно описывает координаты орбит планет Солнечной системы. Однако является ли оно хотя бы эмпирическим законом, например, подобным законам Кеплера? Видимо, нет, так как в отличие от законов Кеплера, правило Тициуса – Боде никак не следует из закона всемирного тяготения и оно до сих пор не получило никакого теоретического объяснения. Отсутствие компонента необходимости, т.е. того, что объясняет почему дело обстоит так, а не иначе, не позволяет считать научным законом как данное правило, так и аналогичные ему высказывания, которые можно представить в виде «Все S есть P».
Далеко не во всех науках достигнут тот уровень теоретического знания, который позволяет из фундаментальных законов аналитически выводить эвристически значимые следствия для частных и уникальных случаев. Из естественных наук, фактически, только физика и химия достигли этого уровня. Что касается биологии, то хотя в отношении этой науки тоже можно говорить об определенных закономерностях фундаментального характера – например, о законах наследственности – однако в целом в рамках этой науки эвристическая функция фундаментальных законов гораздо более скромная.
Кроме деления на «эмпирические» и «фундаментальны», научные законы можно также разделить на:
1. Динамические;
2. Статистические.
Основанием для классификации последнего типа является характер предсказаний, вытекающий из этих законов.
Особенностью динамических законов является то, что предсказания, которые вытекают из них, носят точный и однозначно определенный характер. Примером законов такого вида являются три закона классической механики. Первый из этих законов утверждает, что всякое тело в отсутствии действия на него сил или при взаимном уравновешивании последних находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Второй закон говорит о том, что ускорение тела пропорционально приложенной силе. Из этого следует, что скорость изменения скорости или ускорение зависит от величины прилагаемой к телу силы и его массы. Согласно третьему закону, при взаимодействии двух объектов они оба испытывают действия сил, причем эти силы равны по величине и противоположны по направлению. На основании этих законов можно сделать вывод, что все взаимодействия физических тел – это цепь однозначно предопределенных причинно-следственных связей, которую эти законы и описывают. В частности, в соответствии с этими законами, зная начальные условия (масса тела, величина прилагаемой к нему силы и величина сил сопротивления, угол наклона по отношению к поверхности Земли) можно произвести точный расчет будущей траектории движения какого-либо тела, например, пули, снаряда или ракеты.
Статистические законы – это такие законы, которые предсказывают развитие событий лишь с определенной долей вероятности. В таких законах исследуемое свойство или признак относится не к каждому объекту изучаемой области, а ко всему классу или популяции. Например, когда говорят, что в партии из 1000 изделий 80 % отвечает требованиям стандартов, то это означает, что примерно 800 изделий являются качественными, но какие именно это изделия (по номерам) не уточняется.
Динамические закономерности привлекательны тем, что на их основе предполагается возможность абсолютно точного или однозначного предсказания. Мир, описанный на основе динамических закономерностей, – это абсолютно детерминированный мир. Практически динамический подход может быть использован для вычисления траектории движения объектов макромира, например, траекторий движения планет.
Однако динамический подход не может использоваться для расчета состояния систем, которые включают в себя большое количество элементов. Например, в 1 кг водорода содержится 
молекул, то есть настолько много, что только одна проблема записи результатов расчета координат всех этих молекул оказывается заведомо невыполнима. В силу этого при создании молекулярно-кинетической теории, то есть теории описывающей состояние макроскопических порций вещества был избран не динамический, а статистический подход. Согласно этой теории, состояние вещества может быть определено с помощью таких усредненных термодинамических характеристик, как «давление» и «температура».
В рамках молекулярно-кинетической теории не рассматривается состояние каждой отдельной молекулы вещества, а учитываются средние, наиболее вероятные состояния групп молекул. Давление, например, возникает из-за того, что молекулы вещества обладают определенным импульсом. Но что бы определить давление, нет необходимости (да это и невозможно) знать импульс каждой отдельной молекулы. Для этого достаточно знания значений температуры, массы и объема вещества. Температура как мера средней кинетической энергии множества молекул это тоже усредненный, статистический показатель. Примером статистических законов физики являются законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля, которые устанавливают зависимость между давлением, объемом и температурой газов; в биологии – это законы Менделя, которые описывают принципы передачи наследуемых признаков от родительских организмов к их потомкам.
Статистический подход – это вероятностный метод описания сложных систем. Поведение отдельной частицы или другого объекта при статистическом описании считается несущественным. Поэтому изучение свойств системы в данном случае сводится к отысканию средних значений величин, характеризующих состояние системы как целого. В силу того, что статистический закон – это знание о средних, наиболее вероятных значениях, она способна описать и предсказать состояние и развитие какой-либо системы только с определенной вероятностью.
Главная функция любого научного закона состоит в том, чтобы по заданному состоянию рассматриваемой системы предсказать ее будущее или восстановить прошлое состояние. Поэтому естественен вопрос, какие законы, динамические или статистические описывают мир на более глубоком уровне? До XX века считалось, что более фундаментальны динамические закономерности. Так было потому, что ученые полагали, что природа строго детерминирована и поэтому любая система в принципе может быть рассчитана с абсолютной точностью. Считалось также, что статистический метод, дающий приближенные результаты, может использоваться тогда, когда точностью расчетов можно пренебречь. Однако в связи с созданием квантовой механики ситуация изменилась.
Согласно квантовомеханическим представлениям микромир может быть описан лишь вероятностно в силу действия «принципа неопределенности». Согласно этому принципу, невозможно одновременно точно определить местоположение частицы и ее импульс. Чем точнее определяется координата частицы, тем более неопределенным становится импульс и наоборот. Из этого, в частности, следует, что динамические законы классической механики не могут быть использованы для описания микромира. Однако недетерминированность микромира в лапласовом смысле вовсе не означает, что в отношении него вообще невозможно предсказание событий, а только то, что закономерности микромира не динамические, а статистические. Статистический подход используется не только в физике и биологии, но также в технических и социальных науках (классический пример последнего – социологические опросы).