Эмпирический и теоретический уровни научного познания. Методы научного исследования. Факт как форма научного знания. Научная теория, ее структура и функции.

Наука является одной из форм духовно-теоретического освоения действительности. Ее фундаментальная особенность, повторимся, заключается в нацеленности на производство нового объективно-истинного знания о мире и человеке. Однако наличием только этой гносеологической установки специфика научного познания не исчерпывается. Она обнаруживает себя также в языке, уровнях научного познания, способах получения знания, формах его представления, процедурах проверки, методах исследования.

Повседневный опыт людей фиксируется в естественном языке. Он формируется стихийно и представляет собой продукт спонтанного народного творчества. Одна из его особенностей состоит в том, что элементарная языковая единица – слово – часто бывает семантически многозначным (ключ, звезда, коса и т.д.). Или наоборот: одно явление может обозначаться разными словами (гиппопотам, бегемот). Язык науки – это искусственный язык. Он формируется сообществом ученых целенаправленно. Его термины (в каждой из специальных наук) определяются однозначно (насколько это возможно). Более всего в этом деле преуспели представители «точных наук». Такой язык, надстраиваясь над естественным, вырастая из него, получает дальнейшую обработку в математике и логике, превращаясь в итоге в различные знаковые системы. Это уже формальный язык. Его термины ничего конкретного не обозначают. Однако с ними специально подготовленный ум может манипулировать как с реальными понятиями, соблюдая при этом законы логики и правила логического вывода. Итогом могут быть развернутые формализованные (формальные) логико-математические конструкции (теории). Однако чтобы эта система знаний превратилась в научную теорию, необходимо установить ее эмпирическое значение. Это осуществляется через процедуру интерпретации. Важно при этом отметить, что из одной и той же формальной модели можно получить путем интерпретации несколько различных по содержанию, но одинаковых по структуре научных теорий. Для иллюстрации сказанного можно вспомнить формулу всемирного тяготения Ньютона и закон электростатики Кулона. Далее необходимо указать, каким образом содержащиеся в формальной системе знаний высказывания могут быть проверены на практике (опыте, эксперименте) и каким явлениям (физическим, химическим, биологическим они соответствуют). И лишь после того, как дана такая интерпретация, теоретически осмысленная система формальных знаний может претендовать на статус научной теории. Таким образом, язык науки позволяет ученому как бы «оторваться» от реальной действительности, конструировать знаковые, виртуальные «миры», соединять их элементы любым образом, но соблюдая при этом законы логики. В итоге (после известных процедур) наука обогащает общество знаниями о неизвестных ранее свойствах, связях и отношениях вещей. Сегодня эта особенность языка (способность представлять знания в виде формализованных систем исчисления) опосредуется потенциалом информационно-компьютерных технологий, что многократно интенсифицирует процесс познания.

Научное познание развертывается на двух уровнях – эмпирическом и теоретическом. Их демаркация является довольно условной. Но все же критерий их различения есть – это те методы, которые преимущественно использует ученый в процессе своего исследования. В одном случае – это методы эмпирического анализа, а в другом – теоретического.

Любая содержательная система научных знаний включает в себя определенный эмпирический базис. Он представляет собой совокупность верифицированных научных фактов (об этом ниже). Эмпирические знания, факты лежат и в основе повседневного опыта людей. Разница между ними заключается в способах их получения. Основной среди них – наблюдение. Наблюдение – это фундамент эмпирического знания. В науке наблюдение имеет характер целенаправленной процедуры. На его характер и результаты влияют условия, в которых оно осуществляется, а также используемые средства. В науке таковыми являются сложнейшие, специально сконструированные приборы стоимостью в сотни млн. долларов (телескопы, космические спутники, зонды). Можно выделить следующие виды наблюдений: 1) наблюдение, осуществляемое на основе непосредственного, прямого взаимодействия между объектом и органами чувств наблюдателя); 2) наблюдение, опосредованное прибором; 3) наблюдение, при котором прибор в качестве посредника существенно изменяет «поведение» объекта, проявление его количественных и качественных характеристик. Так обстоит дело при исследовании элементарных частиц, еще в большей степени при изучении живых существ и особенно людей. В науке распространенными являются два последних типа, а в повседневной практике – первый. Результат наблюдения зависит от: 1) природы наблюдаемых объектов; 2) от состояния наших органов чувств; 3)условий, в которых ведется наблюдение; 4) характеристик и возможностей используемых приборов и инструментов.

В современном эмпирическом естествознании для повышения надежности и объективности данных наблюдения ученые стремятся разнообразить условия наблюдения. Затем полученные результаты (собранные сведения) необходимо понять, осмыслить, классифицировать. Это осуществляется путем сравнения. Сравнение, однако, это уже логическая операция и связана она с абстрагирующей деятельностью ума. Стало быть, чтобы получить эмпирические данные необходимо выйти за пределы наблюдения и прибегнуть к теоретическим операциям. А это значит, что эмпирические знания необходимым образом связаны с определенной интеллектуальной активностью субъекта познания (вот почему выше мы отметили условность разделения научного познания на эмпирическое и теоретическое).

Чтобы сформировать эмпирическое знание, нужны особые методы (изучением их занимается такая дисциплина, как «логика эмпирического исследования»). К ним относятся статистические методы, теория вероятностей, комбинаторная алгебра и др. Использование этих методов позволяет измерить полученные результаты, систематизировать их и классифицировать. А общим итогом «обработки» исходных данных таким образом является поучение нового знания, которое называется научный факт. Хотя они основаны на наблюдении, но обладают более высокой степенью объективности, т.е. в научном факте минимизирована человеческая субъективность. Еще раз подчеркнем: объективность эмпирического научного знания необходимым образом связана с использованием теоретических операций и методов их конституирования. Научные факты обладают доказательной силой, но не по отдельности, а взятые в единстве, в связи с другими фактами, а также, когда рассматриваются в контексте той или иной теории. Например, опыт Майкельсона установил факт отсутствия в пространстве такой субстанции, как эфир. Однако особое, доказательное значение он приобрел только в свете специальной теории относительности Эйнштейна.

С наблюдением связан и такой метод эмпирического исследования как эксперимент. Эксперимент предполагает вмешательство ученого в процесс наблюдения путем воздействия на объект изучения. Эксперимент может осуществляться путем: а) изменения условий наблюдения (объект «не трогаем») и б) изменения самого объекта («трогаем»). Так что грань между наблюдением и экспериментом весьма тонкая. Но она всё же есть. В эксперименте используются орудия исследования (в наблюдении – приборы). Приборы – лишь часть исследовательского инструментария. Их назначение – повышать восприимчивость органов чувств или преобразовывать одни виды энергии, недоступные человеческому восприятию в другие – доступные (например, трансформировать инфракрасное излучение в волны оптического диапазона).

Характерная особенность эксперимента – активное воздействие субъекта научного познания на объект. Но чем сложнее объект, тем сложнее инструменты его изучения. Вся совокупность материальных средств (приборы, инструменты, оборудование, сооружения и т.п.), используемых в ходе эксперимента, называется экспериментальной установкой (устройством). Некоторые из них могут стоить многие млрд. долларов (например, большой адронный коллайдер).

Научный эксперимент отличает также целенаправленность и планомерность. Между тем сами эксперименты могут (в зависимости от цели) подразделяться на 1) измерительные, 2) поисковые, 3) контрольные, 4) проверочные, 5) демонстративные и 6) эвристические. Они все важны и нужны в практике научного познания. Но самые интересные среди них – эвристические. Ставя их, ученые не всегда знают, что получится. Итогом таких экспериментов становится некий «пакет результатов»: что-то подтверждается, Большой адронный коллайдер (БАК)

что-то опровергается, а бывает, что появляются новые факты и проблемы, требующие дальнейших исследований (как это было, например, с опытами по исследованию искусственной радиоактивности супругов Кюри, которые затем продолжил Э. Ферми).

Еще одна важнейшая особенность эксперимента заключается в том, что он является инструментом верификации (подтверждения) теории. Однако эксперимент может также открыть такие факты, которые опровергают (фальсифицируют) теорию. Таким образом, эксперимент, в дополнении к сказанному, выполняет также роль стимула познания.

Результаты наблюдений и экспериментов (в виде научных фактов) образуют эмпирический базис научного познания. Дальнейшая их обработка осуществляется на основе индуктивной логики. Выявляются и устанавливаются зависимости (законы). А общим итогом рефлектирующей работы ученого на этом уровне научного познания является создание эмпирической теории. Первой в истории науки теорией подобного рода стали законы небесной механики И. Кеплера.

Выявление и открытие законов природы не всегда возможно на путях индукции. Скажем, специальная теория относительности оперирует понятием «четырехмерное пространство». Прийти к идее такого пространства, опираясь на индуктивную логику, невозможно. В этом случае в работу включаются иные механизмы познания, которые становятся определяющими уже на другом - теоретическом уровне научного познания.

Собственно наука начинается с теории. Это понятие является широким по объему и может употребляться для характеристики той или иной системы взглядов, обобщенных представлений, конкретной точки зрения, мышления вообще. Научная теория имеет специфическое значение. Для лучшего уяснения ее сути рассмотрим вначале ее структуру. Научная теория включает в себя: 1) высказывания (предложения), 2) определенный порядок и последовательность высказываний, 3) отношения логической выводимости между высказываниями. Языки теорий разных наук могут существенно различаться. Но самый универсальный среди них – логико-математический.

Те высказывания, из которых получаются другие, образуют ее основу. Ими являются формулировки законов. Законы – главная ценность любой теории. В философско-методологической литературе закон определяется как необходимая, существенная, устойчивая, повторяющаяся связь явлений. Можно короче: закон – это существенное отношение. Из законов дедуцируются другие высказывания – следствия. Чем их больше, тем эффективнее теория. Научные законы, относящиеся в той или иной предметной области, имеют различную степень общности и могут образовывать свою иерархию. Самые общие законы природы (скажем, закон всемирного тяготения, закон сохранения и превращения энергии, закон энтропии) являются постулатами. Другие законы (как известные, так и вновь открываемые) должны им соответствовать (т.е. не противоречить).

Важнейшими функциями теории являются объяснительная и предсказательная. Объяснения представляет собой процесс выведения одних предложений теории из других. И так вплоть до «конечных следствий», т.е. отдельных эмпирических фактов. Зная законы, можно вывести конечное следствие, которое в виде научного факта еще не существует. Таковым фактом, например, явилось открытие Нептуна. Французский астроном Ж. Леверье, изучая движение планет солнечной системы, пришел к выводу о существование некоего возмущающего фактора, влияющего на траекторию орбиты Урана. Он предположил, что этим фактором может быть неизвестная планета. Немецкий астроном Ф. Галле направил свой телескоп в указанное время в нужную точку пространства и действительно обнаружил там эту планету. Еще одним классическим примером является предсказание Д.И. Менделеевым существования неизвестных химических элементов.

Таким образом , теория – это совокупность высказываний, связанных между собой отношениями логической выводимости, в которых фиксируются знания о законах того или иного фрагмента реальности и которая позволяет объяснять и предсказывать факты.

Наука – развивающийся феномен. Развиваются, взаимодействуя, обогащая друг друга, и теории. Некоторые из них, которые прежде считались независимыми, оказываются частными случаями других, более общих. Так, долгое время считалось, что законы механики Ньютона независимы. Но спустя два столетия эти законы были дедуцированы из закона сохранения импульса. Закон Ома вначале был получен индуктивным путем. Однако затем его оказалось возможным вывести из уравнений Лоренца-Друде.

Научная теория является важнейшим инструментом познания. Как говорилось выше, она позволяет вовлекать в сферу научного анализа такие фрагменты действительности, которые актуально еще как бы и не существуют. Хорошим примером может служить теория Лобачевского – Бойяи – Римана. Им принадлежит разработка математической модели неевклидова пространства. Реинтерпретировав пятый постулат Эвклида, они исходили из предположения, что через точку вне прямой можно провести более, чем одну прямую, параллельную данной. Получилась строгая научная теория, но не обладающая эмпирическим смыслом. И лишь спустя много десятилетий, в связи с появлением теории относительности оказалось, что описываемые ею физические процессы могут протекать в неевклидовом пространстве.

Существуют разные методы построения научных теорий.

· Аксиоматический. Впервые былприменен Эвклидом для построения начальной геометрии. В настоящее время активно используется при анализе оснований различных наук – причем не только математики, но и физики, биологии. Его особенность в том, что он позволяет создавать формализованные теоретические структуры, выделяя в них исходные принципы (аксиомы) и дедуцируя из них все возможные следствия. Этот метод позволяет устанавливать новые закономерности, связи между понятиями и теориями, которые ранее казались обособленными друг от друга.

· Гипотетико-дедуктивный метод. Наибольшее распространение получил в естествознании и опытных науках. Суть его в том, что конструируется иерархически построенная система гипотез, логическая сила и общность которых увеличивается по мере удаления от эмпирического базиса. А в их основании находятся гипотезы, из которых выводятся конечные следствия. Гипотетико-дедуктивные теории являются, по сути, интерпретированными аксиоматическими системами.

Сказанное о науке относится в первую очередь к математике и естествознанию. Вместе с тем все большее значение в жизни современного общества и человека приобретают социально-гуманитарные науки. В познании социальной реальности они используют как общенаучные методы исследования (логические – анализ, синтез, дедукция, индукция), так и специфические, обусловленные особенностями их предмета. Социальные факты в отличие от фактов естественных и технических наук не являются однозначными и допускают возможность различных истолкований. Последние зависят от ценностных (в т.ч. идеологических) установок ученого, его интересов, принадлежности к той или иной научной школе, культурной среде и т.д. Сказанное означает, что в структуре любой социальной теории кроме некоего объективного содержания неизбежно присутствуют ценностные суждения (в теориях естествознания – за исключением наиболее фундаментальных – их нет). А потому в любой науке об обществе и человеке сложные социальные явления рассматриваются и объясняются, как правило, с различных, но, по сути, взаимодополняющих точек зрения.

При построении теорий в социогуманитарных наука х используются метод реконструкции и герменевтический метод. Их суть в том, что исследователь социогуманитарной проблематики должен вначале собрать и правдоподобным образом реконструировать относящиеся к предмету его исследования тексты, а затем их истолковать. Особенность получаемых таким образом теорий состоит в том, что они не имеют статуса необходимости и всеобщности. Ибо тексты всегда неполны, и их всегда можно интерпретировать по-новому.

Отсутствие математической строгости в данных науках связано с тем обстоятельством, что люди, их поведение и социальные действия не предсказуемы в принципе (особенно на этапе техногенного развития общества). Будучи науками вероятностными, они, тем не менее, дают в руки общества важные знания о тенденциях и механизмах социальной динамики, формах и способах использования власти, методах социального управления, а также обучения, воспитания и развития человека, специфике изучения уникальных единичных явлений. В настоящее время наблюдается процесс сближения и даже интеграции наук о природе и обществе на основе их взаимного интереса к исследованию таких сверхсложных систем, как человек, культура, ноосфера и построения возможных сценариев развития человеческой цивилизации.