І ТЕОРЕТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ АСТРОНОМІЇ

Розглядається проблема взаємовідношення системи теорій з емпіричним досвідом. Обґрунтовується фундаментальне значення для визначення особливостей розвитку астрономії поняття приладова ситуація.

Вважається визнаним, що наукові знання являють собою складну систему, яка змінюється, у якій виникають нові рівні організації. Вони впливають на раніше сформовані рівні знання і трансформують їх. У цьому процесі постійно виникають нові прийоми і способи теоретичного дослідження, змінюється стратегія наукового пошуку.

Загалом форми наукового знання можуть бути віднесені до двох основних рівнів організації: емпіричного і теоретичного. Відповідно виділяють два рівні пізнавальних процедур, що породжують ці знання.

До середини двадцятого століття в методологічних дослідженнях переважав підхід, згідно якого в якості вихідної одиниці вибиралась теорія і її взаємовідношення з досвідом. Однак виявилося, що емпіричне дослідження складним чином пов’язано з розвитком теорій і неможлива перевірка теорії фактами, якщо не враховувати при цьому попереднього впливу теоретичного знання на формування дослідних фактів науки. Тоді проблема взаємодії теорії з досвідом являє собою проблему взаємовідношення системи теорій з емпіричним досвідом. В якості одиниці методологічного аналізу тепер не може бути взята окрема теорія та її емпіричний базис. Такою одиницею виступає наукова галузь у вигляді складної взаємодії знань емпіричного та теоретичного рівнів, пов’язана у своєму розвитку з іншими науковими дисциплінами.

Звернемо увагу на особливості методів теоретичного й емпіричного досліджень. Емпіричні дослідження базуються на цілеспрямовано здійснюваній безпосередній взаємодії дослідника з досліджуваним об’єктом. Їх складовими є мета проведення спостережень й експериментальна діяльність, що за необхідністю включає в себе прилади, приладові установки та інші засоби спостереження та експерименту.

При теоретичному дослідженні відсутня безпосередня взаємодія з досліджуваними об’єктами, вони репрезентовані предметом дослідження. Важливою особливістю емпіричного дослідження є використання понятійних засобів – емпіричної мови науки. До її складу входять як власне емпіричні терміни, так і терміни теоретичної мови.

Як відомо, внутрішня структура емпіричного рівня містить два підрівня: 1) безпосередні спостереження і експерименти, результатом яких є дані спостереження; 2) пізнавальні процедури, за рахунок яких відбувається перехід від даних спостереження до емпіричних залежностей і фактів.

Розходження між даними спостереження й емпіричними фактами як особливими типами емпіричного знання було зафіксовано ще в позитивістській філософії науки 30-х років. У цей час йшла досить напружена дискусія щодо того, що може служити емпіричним базисом науки. Спочатку передбачалося, що ними є безпосередні результати досвіду – дані спостереження. У мові науки вони виражаються у формі особливих висловлювань – записів у протоколах спостереження, що були названі протокольними пропозиціями.

Аналіз змісту протокольних пропозицій показав, що вони містять не тільки інформацію про досліджувані явища, але і, як правило, включають помилки спостерігача, нашарування зовнішніх впливів, систематичні і випадкові помилки приладів і т.ін. Але тоді стало очевидним, що дані спостереження, у силу того що вони обтяжені суб'єктивними нашаруваннями, не можуть служити підставою для теоретичних побудов.

У результаті була поставлена проблема виявлення таких форм емпіричного знання, які містили б об'єктивну і достовірну інформацію про досліджувані явища. В ході дискусій було встановлено, що такими знаннями виступають емпіричні факти. Саме вони утворять емпіричний базис, на який спираються наукові теорії. Факти фіксуються в мові науки у висловленнях типу: “у туманності Андромеди спалахнула наднова зірка” і т.ін.

Уже сам характер висловлень підкреслює їх особливий об'єктивний статус, у порівнянні з протокольними пропозиціями. Але тоді виникає нова проблема: як здійснюється перехід від даних спостереження до емпіричних фактів і що гарантує об'єктивний статус наукового факту?

Визначний внесок у розробку даної проблеми був внесений неопозитивізмом, хоча не зайве підкреслити, що його прагнення обмежитися тільки вивченням внутрішніх зв'язків наукового знання й абстрагуватися від взаємини науки і практики різко звужували можливості адекватного опису дослідницьких процедур і прийомів формування емпіричного базису науки.

Структура експериментальної практики може бути розглянута в двох аспектах: по-перше, як взаємодія об'єктів, що протікає по природних законах, і, по-друге, як штучна, організована людиною дія. У першому аспекті ми можемо розглядати взаємодію об'єктів як деяку сукупність зв'язків і відносин дійсності, де жоден з цих зв'язків не виділений у якості досліджуваного. У принципі, об'єктом пізнання може служити кожен з них. Лише прийняття другого аспекту дозволяє виділити той або інший зв'язок стосовно цілям пізнання і тим самим зафіксувати його як предмет дослідження. Але тоді явно або неявно сукупність взаємодіючих у досвіді об'єктів як би організується в системі визначеного ланцюжка відносин: цілий ряд їхніх реальних зв'язків виявляється несуттєвим, і функціонально виділяється лише деяка група відносин, що характеризують досліджуваний “зріз” дійсності.

Експериментальна діяльність являє собою специфічну форму природної взаємодії, і найважливішою рисою, що визначає цю специфіку, є саме те, що взаємодіючі в експерименті фрагменти природи завжди з'являються як об'єкти з функціонально виділеними властивостями.

У розвинутих формах експерименту такого роду об'єкти моделюються штучно. До них відносяться в першу чергу приладові установки, за допомогою яких проводиться експериментальне дослідження. На мою думку важливо усвідомити, що саме виготовлення, перевірка і використання таких установок аналогічні операціям функціонального виділення властивостей в об'єктів природи. Із усього набору властивостей, якими володіють матеріальні об'єкти, виділяються лише деякі властивості, і дані об'єкти функціонують в експерименті тільки як їхні носії.

Фрагменти реальних експериментальних ситуацій, використання яких задає об'єкт дослідження, природно назвати об'єктами оперування [3]. Важливо звернути увагу на той істотний факт, що об'єкт дослідження не збігається з жодним з окремо узятих об'єктів оперування будь-якої експериментальної ситуації. Підкреслимо також, що об'єкти оперування по визначенню не тотожні “природним” фрагментам природи, оскільки виступають у системі експерименту як своєрідні “носії” деяких функціонально виділених властивостей. Об'єкти оперування звичайно наділяються приладовими функціями й у цьому змісті, будучи реальними фрагментами природи, разом з тим виступають і як продукти “штучної” діяльності людини.

Спостереження виступають у цьому випадку не просто фіксацією деяких ознак випробуваного фрагменту. Вони несуть неявно інформацію і про ті зв'язки, що породили феномени, що спостерігаються. Але тоді виникає питання: чи справедливо сказане для будь-яких спостережень? Адже вони можуть бути отримані і поза експериментальним дослідженням об'єкта. Більше того, спостереження можуть бути випадковими, але, як показує історія науки, вони досить часто є початком нових відкриттів.

Наукові спостереження завжди цілеспрямовані і здійснюються як систематичні спостереження, а в систематичних спостереженнях суб'єкт обов'язково конструює приладову ситуацію. Ці спостереження припускають особливе діяльнісне відношення суб'єкта до об'єкта, яке можна розглядати як своєрідну квазіекспериментальну практику. Що ж стосується випадкових спостережень, то для дослідження їх явно недостатньо. Випадкові спостереження можуть стати імпульсом до відкриття тоді і тільки тоді, коли вони переходять у систематичні спостереження. А оскільки передбачається, що в будь-якому систематичному спостереженні можна знайти діяльність по конструюванню приладової ситуації, остільки проблема може бути вирішена в загальному виді. Незважаючи на розходження між експериментом і спостереженням, поза експериментом обоє з'являються як форми практично-діяльнісних відносини суб'єкта до об'єкта. Систематичні спостереження припускають конструювання приладової ситуації. Розглянемо такі спостереження, де свідомо неможливо реальне експериментування з досліджуваними об'єктами. До них відносяться спостереження в астрономії.

Розглянемо один з типових випадків емпіричного дослідження в сучасній астрономії – спостереження за поляризацією світла зірок у хмарах міжзоряного пилу, що проводилося з метою вивчення магнітного поля Галактики [4]. Задача полягала в тому, щоб з'ясувати, які величина і напрямок напруженості магнітного поля Галактики. При визначенні цих величин у процесі спостереження використовувалася та властивість часток міжзоряного пилу, що вони орієнтовані магнітними силовими лініями Галактики. У свою чергу про цю орієнтацію можна було судити вивчаючи ефекти поляризації світла, що проходить через хмару пилу. Тим самим параметри поляризованого світла, які реєструвалися приладами на Землі, дозволяли одержати відомості про особливості магнітного поля Галактики.

Неважко бачити, що сам процес спостереження припускав тут попереднє конструювання приладової ситуації з природних об'єктів природи. Зірка, що випромінює світло, функціонувала як базова підсистема, частки пилу, орієнтовані в магнітному полі Галактики, відігравали роль робочої підсистеми, і лише реєструюча частина була представлена приладами, штучно створеними в практиці. У результаті об'єкти: “зірка як джерело випромінювання”, “хмара міжзоряного пилу”, “пристрої, що реєструють, на Землі” – утворювали свого роду гігантську експериментальну установку, “робота” якої дозволяла вивчити характеристики магнітного поля Галактики.

У залежності від типу дослідницьких задач в астрономії конструюються різні типи приладових ситуацій. Вони відповідають різним методам спостереження і багато в чому визначають специфіку кожного такого методу. Для деяких методів приладова ситуація виражена настільки чітко, що аналогія між відповідним класом астрономічних спостережень і експериментальною діяльністю простежується з очевидністю. Так, наприклад, при визначенні кутових розмірів віддалених космічних об'єктів – джерел випромінювання – широко використовується метод покриття об'єкта, що спостерігається, Місяцем. Дифракція випромінювання на краях Місяця дозволяє з великою точністю визначити координати відповідного джерела. Таким шляхом були встановлені радіокоординати квазарів, досліджений характер рентгенівського випромінювання Крабовидної туманності (була отримана відповідь на питання, чи є джерелом радіовипромінювання вся туманність, чи всередині неї знаходиться точкове рентгенівське джерело); цей метод широко застосовується при визначенні розмірів деяких астрономічних об'єктів. В усіх спостереженнях такого типу Місяць використовується як пересувний екран і служить своєрідною “робочою підсистемою” у приладовій ситуації відповідних астрофізичних дослідів [3].

Досить чітко виявляється приладова ситуація й у спостереженнях, пов'язаних з визначенням відстані до небесних об'єктів. Наприклад, у задачах по визначенню відстані до найближчих зірок методом паралакса у функції приладу використовується Земля; при встановленні відстаней до віддалених галактик методом цефеїд цей клас перемінних зірок також функціонує як засоби спостереження і т.д. Правда, можна вказати і на такі види систематичних спостережень в астрономії, що на перший погляд досить далекі від аналогії з експериментом. Зокрема, при аналізі найпростіших форм астрономічного спостереження, властивих раннім етапам розвитку астрономії, нелегко установити, як конструювалася в них приладова ситуація. Проте тут усе відбувається аналогічно вже розглянутим випадкам. Так, уже просте візуальне спостереження за переміщенням планети по небесній сфері припускало, що спостерігач повинен попередньо виділити лінію обрію і мітки на небесній сфері (наприклад, нерухомі зірки), на фоні яких спостерігається рух планети. В основі цих операцій власне кажучи лежить уявлення про небесну сферу як своєрідну проградуйовану шкалу, на якій фіксується рух планети як світної точки (нерухомої ж зірки на небесній сфері відіграють тут роль засобів спостереження). Причому в міру проникнення в астрономічну науку математичних методів градуювання небесна сфера стає усе більш точною і зручною для проведення вимірів. Вже в IV сторіччі до н.е. у єгипетській і вавілонській астрономії виникає зодіак, що складається з 12 ділянок по 30 градусів, як стандартна шкала для опису руху Сонця і планет. Використання сузір'їв зодіаку у функції шкали робить їх засобами спостереження, своєрідним приладовим пристроєм, що дозволяє точно фіксувати зміни положення Сонця і планет.

Отже, не тільки в експерименті, але й у процесі наукового спостереження природа дана спостерігачеві не у формі споглядання, а у формі практики. Дослідник завжди виділяє в природі (або створює штучно з її матеріалів) деякий набір об'єктів, фіксуючи кожний з них по строго визначених ознаках, і використовує їх як засоби експерименту і спостереження (приладових підсистем).

Відношення останніх до досліджуваного в спостереженні об'єкта творить предметну структуру систематичного спостереження й експериментальної діяльності. Ця структура характеризується переходом від вихідного стану об'єкта, що спостерігається, до кінцевого стану після взаємодії об'єкта з засобами спостереження.

Жорстка фіксація структури спостережень дозволяє виділити з нескінченного різноманіття природних взаємодій саме ті, котрі цікавлять дослідника.

Важливо звернути увагу на наступну обставину. Саме здійснення систематичних спостережень припускає використання теоретичних знань. Вони застосовуються і при визначенні цілей спостереження, і при конструюванні приладової ситуації. У прикладі з дослідженням магнітного поля Галактики при конструюванні приладової ситуації в явному виді використовувалися уявлення класичної теорії електромагнітного поля (розгляд поля як конфігурації силових ліній, застосування законів поляризації світла і т.ін.).

Усе це означає, що астрофізичні спостереження не є чистою емпірією, а несуть на собі відбиток попереднього розвитку теорій. Ще більшою мірою це стосується наступного шару емпіричного пізнання, на якому формуються емпіричні залежності і факти.

В плюралістичній моделі розбіжність має місце не між “теорією” і “фактами”, а між двома теоріями вищих рівнів: між інтерпретативною теорією, за допомогою якої виникають факти, і пояснювальною теорією, за допомогою якої дані факти отримують пояснення. Інтерпретативна теорія може бути такого ж високого рівня, що й пояснювальна теорія. Тому розбіжність має місце не між більш високою за рівнем теорією і більш низькою за своїм логічним статусом фальсифікуючою гіпотезою. Проблема не в тому, чи “спростування” є дійсним, а в тому, як бути з протиріччям між “пояснювальною теорією”, яка підлягає перевірці й “інтерпретативними теоріями” (вираженими явно чи неявно). Перефразуємо вищесказане: проблема полягає в тому, яку теорію вважати інтерпретативною, тобто таку, що забезпечує “твердо встановлені факти”, а яку – пояснювальною, що “гіпотетично” пояснює їх.

У монотеоретичній моделі ми розглядаємо теорію більш високого рівня як пояснювальну, яка має перевірятися фактами, які поставляються ззовні авторитетними експериментаторами, а у випадку розбіжності між ними, відкидається пояснення. У плюралістичній моделі можна вирішити інакше: розглядати теорію більш високого рівня як інтерпретативну, яка виносить вирок “фактам”, що отримуються ззовні: у випадку розбіжності можна відкинути дані “факти” як “монстрів”. В плюралістичній моделі присутні декілька теорій, які більш-менш дедуктивно організовані.

Звідси маємо висновок: експериментам не так вже й просто усунути певну теорію, ніяка теорія не заперечує нічого заздалегідь. “Справа полягає не в тому, що ми пропонуємо теорію, а Природа може крикнути “НІ”; скоріше ми пропонуємо цілу зв’язку теорій, а Природа може крикнути: “ВОНИ НЕ СУМІСНІ” [1, с.71].

Тоді ми маємо проблему у розв’язанні протиріччя між тісно пов’язаними теоріями. Адже не зрозуміло, яку з них потрібно елімінувати? Здається, найкращий вихід з ситуації дає наступний підхід: намагаємося замінити першу, потім другу, потім, можливо, обидві і вибрати таке нове їх поєднання, яке забезпечить найбільше збільшення підтвердженого змісту і тим самим допоможе прогресивному зсуву проблеми. Отже, можлива процедура апеляції теоретика щодо вироку експериментатора. Теоретик може потребувати від експериментатора уточнення його “інтерпретативної теорії” і потім може замінити її кращою теорією, на основі якої його первісно “спростована ” теорія може отримати позитивну оцінку.

Саме ряд чи послідовність теорій, а не одна ізольована теорія, оцінюється з точки зору науковості чи ненауковості. Крім того, елементи цього ряду пов’язані неперервністю, яка дозволяє називати цей ряд, як вважає І.Лакатос, дослідницькою програмою [1].

Якщо розглянути найбільш значні послідовності, які мали місце в історії науки, то видно, що вони характеризуються неперервністю, яка пов’язує їх елементи в єдине ціле. Ця неперервність є не що інше, як розвиток деякої дослідницької програми, початок якій може бути покладений самими абстрактними твердженнями. На думку програма складається з методологічних установок: частина з них – це правила, які показують, яких шляхів потрібно уникати (негативна евристика), друга частина – це правила, які вказують, які шляхи потрібно вибирати і як по них іти [1].

Перехід від даних спостереження до емпіричних залежностей і наукового факту припускає елімінацію зі спостережень суб'єктивних моментів, що утримуються в них, (пов'язаних з можливими помилками спостерігача, випадковими перешкодами, що спотворюють протікання досліджуваних явищ, помилками приладів) і одержання достовірного об'єктивного знання про явища.

Такий перехід припускає досить складні пізнавальні процедури. Щоб одержати емпіричний факт, необхідно здійснити щонайменше два типи операцій. По-перше, раціональну обробку даних спостереження і пошук у них стійкого, інваріантного змісту. Для формування факту необхідно порівняти між собою безліч спостережень, виділити в них повторювані ознаки й усунути випадкові збурення і погрішності, пов'язані з помилками спостерігача. Якщо в процесі спостереження проводиться вимір, то дані астрономічного спостереження записуються у вигляді чисел. Тоді для одержання емпіричного факту потрібна статистична обробка результатів виміру, пошук середньостатистичних величин у безлічі цих даних [2]. По-друге, для установлення факту необхідне тлумачення інваріантного змісту, що виявляється в спостереженнях. У процесі такого тлумачення широко використовуються раніше отримані теоретичні знання.

Розглянемо конкретну ситуацію, що ілюструє цю роль теоретичних знань при переході від спостережень до факту [5]. Улітку 1976 року аспірантка відомого англійського радіоастронома Э. Хьюіша, місіс Белл, випадково знайшла на небі радіоджерело, що випромінювало короткі радіоімпульси. Багаторазові систематичні спостереження дозволили встановити, що ці імпульси повторюються строго періодично, через 1,33 сек. Перша інтерпретація цього інваріанта спостережень була пов'язана з гіпотезою про штучне походження сигналу, що посилає інопланетна цивілізація. Унаслідок цього спостереження засекретили, і майже півроку про них нікому не повідомлялося. Потім була висунута інша гіпотеза про природне походження джерела, підкріплена новими даними спостережень (були виявлені нові джерела випромінювання подібного типу). Ця гіпотеза припускала, що випромінювання виходить від маленького тіла, яке швидко оберталося. Застосування законів механіки дозволило розрахувати розміри даного тіла – виявилося, що воно набагато менше Землі. Крім того, було встановлено, що джерело пульсацій знаходиться саме в тому місці, де більше тисячі років тому відбувся вибух наднової зірки. В остаточному підсумку був установлений факт, що існують особливі небесні тіла – пульсари, що є залишковим результатом вибуху наднової зірки. Установлення цього емпіричного факту зажадало застосування цілого ряду нових теоретичних положень (це були відомості з області механіки, електродинаміки, астрофізики і т.д.).

В обох розглянутих випадках факт був отриманий завдяки інтерпретації даних спостереження. Цю процедуру не слід плутати з процесом формування теорії, що повинна дати пояснення отриманому фактові. Найважливіше, що така теорія на час відкриття пульсарів уже була створена. Це була теорія нейтронних зірок, побудована Л.Ландау. Однак пульсари були виявлені незалежно від цієї теорії, і самі першовідкривачі нового астрономічного об'єкта ніяк не асоціювали своє відкриття з теорією нейтронних зірок. Знадобився час, щоб ототожнити пульсари з нейтронними зірками, і тільки після цього нові факти одержали теоретичне пояснення.

Але тоді виникає дуже складна проблема, що дискутується зараз у методологічній літературі: виходить, що для встановлення факту потрібні теорії, а вони, як відомо, повинні перевірятися фактами. Ця проблема вирішується тільки в тому випадку, якщо взаємодія теорії і факту розглядається історично. Безумовно, при встановленні емпіричного факту використовувалися багато отриманих раніше теоретичних законів і положень. Для того, щоб існування пульсарів було встановлено як науковий факт, треба було прийняти закони Кеплера, закони термодинаміки, закони поширення світла – достовірні теоретичні знання, раніше обґрунтовані іншими фактами. Інакше кажучи, у формуванні факту приймають участь теоретичні знання, що були раніше перевірені незалежно. Що ж стосується нових фактів, то вони можуть бути основою для розвитку нових теоретичних ідей і уявлень. У свою чергу нові теорії, що перетворилися в достовірне знання, можуть використовуватися в процедурах інтерпретації при емпіричному дослідженні інших областей дійсності і формуванні нових фактів.

Отже, при дослідженні структури емпіричного пізнання при визначенні особливостей інновацій в астрономії з'ясовується, що не існує чистої наукової емпірії, що не містить у собі домішок теоретичного. Але це є не перешкодою для формування об'єктивного наукового знання, а умовою такого формування. Астрономічне дослідження не може визначатися за допомогою одного з рівнів пізнання, теоретичного чи емпіричного. У формуванні нового наукового факту приймають участь теоретичні знання, відкриті незалежно від даного факту, який стає основою для формування нових теоретичних уявлень. Зазначені висновки дозволяють зрозуміти фундаментальне значення для визначення особливостей інноваційного розвитку астрономії поняття приладова ситуація.