Общенаучные методы теоретического познания

Абстрагирование. Восхождение от абстрактного к конкретному.

Процесс познания всегда начинается с рассмотрения конкретных, чувственно воспринимаемых предметов и явлений, их внешних признаков, свойств, связей. Только в результате изучения чувственно-конкретного человек приходит к каким-то обобщенным представлениям, понятиям, к тем или иным теоретическим положениям, т. е. научным абстракциям. Получение этих абстракций связано со сложной абстрагирующей деятельностью мыш­ления.

В процессе абстрагирования происходит отход (восхождение) от чув­ственно воспринимаемых конкретных объектов (со всеми их свойствами, сторонами и т. д.) к воспроизводимым в мышлении абстрактным представле­ниям о них. При этом чувственно-конкретное восприятие как бы «...испаряется до степени абстрактного определения». Абстрагирование, таким образом, заключается в мысленном отвлечении от каких-то — менее существенных — свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновре­менным выделением, формированием одной или нескольких существенных сторон, свойств, признаков этого объекта. Результат, получаемый в процессе абстрагирования, именуют абстракцией (или используют термин «абстракт­ное» — в отличие от конкретного).

В научном познании широко применяются, например, абстракции ото­ждествления и изолирующие абстракции. Абстракция отождествления представляет собой понятие, которое получается в результате отождествле­ния некоторого множества предметов (при этом отвлекаются от целого ряда индивидуальных свойств, признаков данных предметов) и объединения их в особую группу. Примером может служить группировка всего множества рас­тений и животных, обитающих на нашей планете, в особые виды, роды, от­ряды и т. д. Изолирующая абстракция получается путем выделения некото­рых свойств, отношений, неразрывно связанных с предметами материального мира, в самостоятельные сущности («устойчивость», «растворимость», «электропроводность» и т. д.).

Переход от чувственно-конкретного к абстрактному всегда связан с из­вестным упрощением действительности. Вместе с тем, восходя от чувствен­но-конкретного к абстрактному, теоретическому, исследователь получает возможность глубже понять изучаемый объект, раскрыть его сущность. При этом исследователь вначале находит главную связь (отношение) изучаемого объекта, а затем, шаг за шагом прослеживая, как она видоизменяется в раз­личных условиях, открывает новые связи, устанавливает их взаимодействия и таким путем отображает во всей полноте сущность изучаемого объекта.

Процесс перехода от чувственно-эмпирических, наглядных представ­лений об изучаемых явлениях к формированию определенных абстрактных, теоретических конструкций, отражающих сущность этих явлений, лежит в основе развития любой науки.

Поскольку конкретное (т.е. реальные объекты, процессы ма­териального мира) есть совокупность множества свойств, сторон, внутренних и внешних связей и отношений, его невозможно познать во всем его много­образии, оставаясь на этапе чувственного познания, ограничиваясь им. По­этому и возникает потребность в теоретическом осмыслении конкретного, т. е. восхождении от чувственно-конкретного к абстрактному.

Но формирование научных абстракций, общих теоретических положе­ний не является конечной целью познания, а представляет собой только средство более глубокого, разностороннего познания конкретного. Поэтому необходимо дальнейшее движение (восхождение) познания от достигнутого абстрактного вновь к конкретному. Получаемое на этом этапе исследования знание о конкретном будет качественно иным по сравнению с тем, которое имелось на этапе чувственного познания. Другими словами, конкретное в на­чале процесса познания (чувственно-конкретное, являющееся его исходным моментом) и конкретное, постигаемое в конце познавательного процесса (его называют логически-конкретным, подчеркивая роль абстрактного мышления в его постижении), коренным образом отличаются друг от друга.

Логически-конкретное есть теоретически воспроизведенное в мышле­нии исследователя конкретное во всем богатстве его содержания. Оно содержит в себе уже не только чувственно воспринимаемое, но и нечто скрытое, недоступное чувственному восприятию, нечто существенное, закономерное, постигнутое лишь с помощью теоретического мышления, с помощью определенных абстракций.

Метод восхождения от абстрактного к конкретному применяется при построении различных научных теорий и может использоваться как в об­щественных, так и в естественных науках. Например, в теории газов, выделив основные законы идеального газа — уравнения Клапейрона, закон Авогадро и т. д., исследователь идет к конкретным взаимодействиям и свойствам реальных газов, характеризуя их существенные стороны и свойства. По мере углубления в конкретное вводятся все новые абстракции, которые выступают в качестве более глубокого отображения сущности объекта. Так, в процессе развития теории газов было выяснено, что законы идеального газа характеризуют поведение реальных газов только при небольших давлениях. Это было вызвано тем, что абстракция идеального газа пренебрегает силами притяжения молекул. Учет этих сил привел к формулировке закона Ван-дер-Ваальса. По сравнению с законом Клапейрона этот закон выразил сущность поведения газов более конкретно и глубоко.

Идеализация. Мысленный эксперимент. Мыслительная деятельность исследователя в процессе научного познания включает в себя особый вид абстрагирования, который называют идеализацией. Идеализация представляет собой мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований.

В результате таких изменений могут быть, например, исключены из рассмотрения какие-то свойства, стороны, признаки объектов. Так, широко распространенная в механике идеализация, именуемая материальной точкой, подразумевает тело, лишенное всяких размеров. Такой абстрактный объект, размерами которого пренебрегают, удобен при описании движения, самых разнообразных материальных объектов от атомов и молекул и до планет Солнечной системы.

Изменения объекта, достигаемые в процессе идеализации, могут про­изводиться также и путем наделения его какими-то особыми свойствами, в реальной действительности неосуществимыми. Примером может служить введенная путем идеализации в физику абстракция, известная под названием абсолютно черного тела (такое тело наделяется несуществующим в природе свойством поглощать абсолютно всю попадающую на него лучистую энергию, ничего не отражая и ничего не пропуская сквозь себя).

Целесообразность использования идеализации определяется следую­щими обстоятельствами: Во-первых, «идеализация целесообразна тогда, когда подлежащие исследованию реальные объекты достаточно сложны для имеющихся средств теоретического, в частности математического, анализа, а по отношению к идеализированному случаю можно, приложив эти средства, построить и развить теорию, в определенных условиях и целях эффективную для описания свойств и поведения этих реальных объектов. Последнее, в сущности, и удостоверяет плодотворность идеализации, отличает ее от бесплодной фантазии».

Во-вторых, идеализацию целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо исключить некоторые свойства, связи исследуемого объ­екта, без которых он существовать не может, но которые затемняют существо протекающих в нем процессов. Сложный объект представляется как бы в «очищенном» виде, что облегчает его изучение.

В-третьих, применение идеализации целесообразно тогда, когда ис­ключаемые из рассмотрения свойства, стороны, связи изучаемого объекта не влияют в рамках данного исследования на его сущность. При этом пра­вильный выбор допустимости подобной идеализации играет очень большую роль.

Следует отметить, что характер идеализации может быть весьма раз­личным, если существуют разные теоретические подходы к изучению како­го-то явления. В качестве примера можно указать на три разных понятия «идеального газа», сформировавшихся под влиянием различных теоретико-физических представлений: Максвелла-Больцмана, Бозе-Эйнштейна и Фер­ми-Дирака. Однако полученные при этом все три варианта идеализации ока­зались плодотворными при изучении газовых состояний различной природы: идеальный газ Максвелла-Больцмана стал основой исследований обычных молекулярных разреженных газов, находящихся при достаточно высоких температурах; идеальный газ Бозе-Эйнштейна был применен для изучения фотонного газа, а идеальный газ Ферми-Дирака помог решить ряд проблем электронного газа.

Будучи разновидностью абстрагирования, идеализация допускает эле­мент чувственной наглядности (обычный процесс абстрагирования ведет к образованию мысленных абстракций, не обладающих никакой наглядностью). Эта особенность идеализации очень важна для реализации такого спе­цифического метода теоретического познания, каковым является мысленный эксперимент (его также называют умственным, субъективным, воображае­мым, идеализированным).

Мысленный эксперимент предполагает оперирование идеа­лизированным объектом (замещающим в абстракции объект реальный), ко­торое заключается в мысленном подборе тех или иных положений, ситуаций, позволяющих обнаружить какие-то важные особенности исследуемого объекта. В этом проявляется определенное сходство мысленного (идеализи­рованного) эксперимента с реальным. Более того, всякий реальный экспе­римент, прежде чем быть осуществленным на практике, сначала «проигрыва­ется» исследователем мысленно в процессе обдумывания, планирования. В этом случае мысленный эксперимент выступает в роли предварительного идеального плана реального эксперимента.

Вместе с тем мысленный эксперимент играет и самостоятельную роль в науке. При этом, сохраняя сходство с реальным экспериментом, он в то же время существенно отличается от него.

В научном познании могут быть случаи, когда при исследовании неко­торых явлений, ситуаций, проведение реальных экспериментов оказывается вообще невозможным. Этот пробел в познании может восполнить только мысленный эксперимент.

Научная деятельность Галилея, Ньютона, Максвелла, Карно, Эйнштейна и других ученых, заложивших основы современного естествознания, свидетельствует о существенной роли мысленного эксперимента в формировании теоретических идей. История развития физики богата фактами использования мысленных экспериментов. Примером могут служить мысленные эксперименты Галилея, приведшие к открытию закона инерции. «...Закон инерции, — писали А. Эйнштейн и Л. Инфельд, — нельзя вывести непосредственно из эксперимента, его можно вывести умозрительно — мышлением, связанным с наблюдением. Этот эксперимент никогда нельзя выполнить в действительности, хотя он ведет к глубокому пониманию действительных экспериментов».

Мысленный эксперимент может иметь большую эвристическую ценность, помогая интерпретировать новое знание, полученное чисто математическим путем. Это подтверждается многими примерами из истории науки.

Метод идеализации, оказывающийся весьма плодотворным во многих случаях, имеет в то же время определенные ограничения. Кроме того, любая идеализация ограничена конкретной областью явлений и служит для реше­ния только определенных проблем. Это хорошо видно хотя бы на примере вышеуказанной идеализации «абсолютно черное тело».

Основное положительное значение идеализации как метода научного познания заключается в том, что получаемые на ее основе теоретические по­строения позволяют затем эффективно исследовать реальные объекты и яв­ления. Упрощения, достигаемые с помощью идеализации, облегчают созда­ние теории, вскрывающей законы исследуемой области явлений материаль­ного мира. Если теория в целом правильно описывает реальные явления, то правомерны и положенные в ее основу идеализации.

Формализация.Под формализацией понимается особый подход в научном познании, который заключается в использовании специальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов, от содержания описывающих их теоретических положений и оперировать вместо этого некоторым множеством символов (знаков).

Этот прием заключается в построении абстрактно-математических мо­делей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности. При формализации рассуждения об объектах переносятся в плоскость опери­рования со знаками (формулами). Отношения знаков заменяют собой выска­зывания о свойствах и отношениях предметов. Таким путем создается обоб­щенная знаковая модель некоторой предметной области, позволяющая обна­ружить структуру различных явлений и процессов при отвлечении от качест­венных характеристик последних. Вывод одних формул из других по строгим правилам логики и математики представляет формальное исследование основных характеристик структуры различных, порой весьма далеких по своей природе, явлений.

Ярким примером формализации являются широко используемые в нау­ке математические описания различных объектов, явлений, основывающиеся на соответствующих содержательных теориях. При этом используемая мате­матическая символика не только помогает закрепить уже имеющиеся знания об исследуемых объектах, явлениях, но и выступает своего рода инстру­ментом в процессе дальнейшего их познания.

Для построения любой формальной системы необходимо: а) задание алфавита, т. е. определенного набора знаков; б) задание правил, по которым из исходных знаков этого алфавита могут быть получены «слова», «форму­лы»; в) задание правил, по которым от одних слов, формул данной системы можно переходить к другим словам и формулам (так называемые правила вывода).

В результате создается формальная знаковая система в виде опреде­ленного искусственного языка. Важным достоинством этой системы является возможность проведения в ее рамках исследования какого-либо объекта чис­то формальным путем (оперирование знаками) без непосредственного обра­щения к этому объекту.

Другое достоинство формализации состоит в обеспечении краткости и четкости записи научной информации, что открывает большие возможности для оперирования ею.

Разумеется, формализованные искусственные языки не обладают гиб­костью и богатством языка естественного. Зато в них отсутствует многознач­ность терминов (полисемия), свойственная естественным языкам. Они харак­теризуются точно построенным синтаксисом (устанавливающим правила связи между знаками безотносительно их содержания) и однозначной семан­тикой (семантические правила формализованного языка вполне однозначно определяют соотнесенность знаковой системы с определенной предметной областью). Таким образом, формализованный язык обладает свойством моносемичности.

Возможность представить те или иные теоретические положения науки в виде формализованной знаковой системы имеет большое значение для по­знания. Но при этом следует иметь в виду, что формализация той или иной теории возможна только при учете ее содержательной стороны. «Голое ма­тематическое уравнение еще не представляет физической теории, чтобы по­лучить физическую теорию, необходимо придать математическим символам конкретное эмпирическое содержание».

Расширяющееся использование формализации как метода теоретиче­ского познания связано не только с развитием математики. В химии, напри­мер, соответствующая химическая символика, вместе с правилами опериро­вания ею явилась одним из вариантов формализованного искусственного языка. Все более важное место метод формализации занимал в логике по ме­ре ее развития. Труды Лейбница положили начало созданию метода логиче­ских исчислений. Последний привел к формированию в середине XIX в. ма­тематической логики, которая во второй половине нашего столетия сыграла важную роль в развитии кибернетики, в появлении электронных вычисли­тельных машин, в решении задач автоматизации производства и т. д.

Язык современной науки существенно отличается от естественного че­ловеческого языка. Он содержит много специальных терминов, выражений, в нем широко используются средства формализации, среди которых централь­ное место принадлежит математической формализации. Исходя из потреб­ностей науки, создаются различные искусственные языки, предназначенные для решения тех или иных задач. Все множество созданных и создаваемых искусственных формализованных языков входит в язык науки, образуя мощ­ное средство научного познания.

Аксиоматический метод. При аксиоматическом построении теоретического знания сначала задается набор исходных положений, не требующих доказательства (по крайней мере, в рамках данной системы знания). Эти положения называются аксиомами, или постулатами. Затем из них по определенным правилам строится система выводных предложений. Совокупность исходных аксиом и выведенных на их основе предложений образует аксиоматически построенную теорию.

Аксиомы — это утверждения, доказательства истинности которых не требуется. Число аксиом варьируется в широких границах: от двух-трех до нескольких десятков. Логический вывод позволяет переносить истинность аксиом на выводимые из них следствия. При этом к аксиомам и выводам из них предъявляются требования непротиворечивости, независимости и полно­ты. Следование определенным, четко зафиксированным правилам вывода по­зволяет упорядочить процесс рассуждения при развертывании аксиомати­ческой системы, сделать это рассуждение более строгим и корректным.

Чтобы задать аксиоматической систему, требуется некоторый язык. В этой связи широко используют символы (значки), а не громоздкие словесные выражения. Замена разговорного языка логическими и математическими символами, как было указано выше, называется формализацией. Если форма­лизация имеет место, то аксиоматическая система является формальной, а положения системы приобретают характер формул. Получаемые в результате вывода формулы называются теоремами, а используемые при этом аргумен­ты — доказательствами теорем. Такова считающаяся чуть ли не общеизве­стной структура аксиоматического метода.

Метод гипотезы. В методологии термин «гипотеза» используется в двух смыслах: как форма существования знания, характеризующаяся проблематичностью, не­достоверностью, нуждаемостью в доказательстве, и как метод формирования и обоснования объяснительных предложений, ведущий к установлению за­конов, принципов, теорий. Гипотеза в первом смысле слова включается в ме­тод гипотезы, но может употребляться и вне связи с ней.

Лучше всего представление о методе гипотезы дает ознакомление с его структурой. Первой стадией метода гипотезы является ознакомление с эмпи­рическим материалом, подлежащим теоретическому объяснению. Первона­чально этому материалу стараются дать объяснение с помощью уже сущест­вующих в науке законов и теорий. Если таковые отсутствуют, ученый пере­ходит ко второй стадии — выдвижению догадки или предположения о при­чинах и закономерностях данных явлений. При этом он старается пользо­ваться различными приемами исследования: индуктивным наведением, ана­логией, моделированием и др. Вполне допустимо, что на этой стадии выдви­гается несколько объяснительных предположений, несовместимых друг с другом.

Третья стадия есть стадия оценки серьезности предположения и отбора из множества догадок наиболее вероятной. Гипотеза проверяется, прежде всего, на логическую непротиворечивость, особенно если она имеет сложную форму и разворачивается в систему предположений. Далее гипотеза проверя­ется на совместимость с фундаментальными интертеоретическими принци­пами данной науки.

На четвертой стадии происходит разворачивание выдвинутого пред­положения и дедуктивное выведение из него эмпирически проверяемых следствий. На этой стадии возможна частичная переработка гипотезы, введе­ние в нее с помощью мысленных экспериментов уточняющих деталей.

На пятой стадии проводится экспериментальная проверка выведенных из гипотезы следствий. Гипотеза или получает эмпирическое подтверждение, или опровергается в результате экспериментальной проверки. Однако эмпи­рическое подтверждение следствий из гипотезы не гарантирует ее истинно­сти, а опровержение одного из следствий не свидетельствует однозначно о ее ложности в целом. Все попытки построить эффективную логику подтвер­ждения и опровержения теоретических объяснительных гипотез пока не увенчались успехом. Статус объясняющего закона, принципа или теории по­лучает лучшая по результатам проверки из предложенных гипотез. От такой гипотезы, как правило, требуется максимальная объяснительная и предсказательная сила.

Знакомство с общей структурой метода гипотезы позволяет определить ее как сложный комплексный метод познания, включающий в себя все мно­гообразие его и форм и направленный на установление законов, принципов и теорий.

Иногда метод гипотезы называют еще гипотетико-дедуктивным мето­дом, имея в виду тот факт, что выдвижение гипотезы всегда сопровождается дедуктивным выведением из него эмпирически проверяемых следствий. Но дедуктивные умозаключения — не единственный логический прием, исполь­зуемый в рамках метода гипотезы. При установлении степени эмпирической подтверждаемости гипотезы используются элементы индуктивной логики. Индукция используется и на стадии выдвижения догадки. Существенное ме­сто при выдвижении гипотезы имеет умозаключение по аналогии. Как уже отмечалось, на стадии развития теоретической гипотезы может использо­ваться и мысленный эксперимент.

Объяснительная гипотеза как предположение о законе - не единственный вид гипотез в науке. Существуют также «экзистенциальные» гипо­тезы — предположения о существовании неизвестных науке элементарных частиц, единиц наследственности, химических элементов, новых биологических видов и т. п. Способы выдвижения и обоснования таких гипотез отличаются от объяснительных гипотез. Наряду с основными теоретическими гипотезами могут существовать и вспомогательные, позволяющие приводить основную гипотезу в лучшее соответствие с опытом. Как правило, такие вспомогательные гипотезы позже элиминируются. Существуют и так называемые рабочие гипотезы, которые позволяют лучше организовать сбор эмпирического материала, но не претендуют на его объяснение.

Важнейшей разновидностью метода гипотезы является метод ма­тематической гипотезы, который характерен для наук с высокой степенью математизации. Описанный выше метод гипотезы является методом содер­жательной гипотезы. В его рамках сначала формулируются содержательные предположения о законах, а потом они получают соответствующее матема­тическое выражение. В методе математической гипотезы мышление идет другим путем. Сначала для объяснения количественных зависимостей под­бирается из смежных областей науки подходящее уравнение, что часто пред­полагает и его видоизменение, а затем этому уравнению пытаются дать со­держательное истолкование.

Сфера применения метода математической гипотезы весьма ограничена. Он применим прежде всего в тех дисциплинах, где накоплен богатый арсенал математических средств в теоретическом исследовании. К таким дисциплинам прежде всего относится современная физика. Метод математической гипотезы был использован при открытии основных законов квантовой механики.