| Головна |
| « Попередня | Наступна » | |
§ 2. Основні принципи наукового дослідження |
||
|
Для методологічного аналізу наукового пізнання істотне значення має відмінність між двома видами, або рівнями, знання і, відповідно, двома типами дослідження - емпіричним і теоретичним. 2.1. Емпіричне знання Емпіричне знання видобувається в досвіді, в безпосередньому або опосередкованому (через прилади) контакті дослідника з існуючими поза його свідомості об'єктами. Воно виникає в процесі вивчення реального об'єкта (у наведених у § 1.3 прикладах - Франкліновського чайника, К-мезона, який залишив слід на фотографії), але тлумачиться як знання про абстрактне об'єкті (металевій тілі, К- мезонів взагалі). Це надає емпіричному знанню загальний характер і дозволяє поширити його на всі реальні об'єкти, що є «окремими випадками» даного абстрактного об'єкта. Таким чином, пізнання на емпіричному рівні йде від конкретного реального об'єкта до абстрактного і потім від нього знову до реальних, тобто за схемою R, А - »R,, де Rj - вихідний реальний об'єкт, А - абстрактний об'єкт. R, - реальні об'єкти, що є іншими «окремими випадками» об'єкта А. 2.2. Емпіричні методи Головним завданням в емпіричному пізнанні є отримання наукових фактів. З цією метою наука використовує різноманітні методи емпіричного дослідження: збір геологічних зразків, археологічні розкопки, вивчення історичних документів, соціологічні опитування, анкетування та ін Основними загальнонауковими емпіричними методами є спостереження й експеримент. Застосування цих методів припускає 426 проведення цілого ряду процедур, кожна з яких може також розглядатися як особливий метод наукового пізнання. До таких процедур входить опис даних спостереження і експерименту, яка повинна виконуватися, як правило, в спеціалізованому науковому мовою, з використанням точної термінології. Важливою процедурою є також вимір - встановлення кількісних значень досліджуваних параметрів. Для здійснення вимірювань необхідні спеціальні прилади - починаючи від найпростіших (лінійка, годинник, термометр) і кінчаючи найскладнішими пристроями, що забезпечують отримання надзвичайно точних числових значень різноманітних фізичних величин. СПОСТЕРЕЖЕННЯ Наукове спостереження - це цілеспрямоване і спеціально організоване сприйняття явищ. Проведення наукових спостережень вимагає відповідної підготовки (збір попередньої інформації про підлягають спостереженню явищах, вибір і комплектування приладів та іншої апаратури, експедиції до місця спостережень і т. д.). Головна вимога до наукового спостереження - об'єктивність, точність що даються їм відомостей. ЕКСПЕРИМЕНТ Спостереження повинно проводитися так, щоб втручання спостерігача не спотворити картину досліджуваних явищ. Однак таке втручання може стати ефективним засобом пізнання, якщо строго фіксувати, з одного боку, вплив дослідника на досліджуваний об'єкт, а з іншого - зміни, які воно викликає в об'єкті. Спостереження, що проводиться в цій ситуації, перетворюється на елемент іншого, більш складного методу емпіричного пізнання - експерименту. Експеримент є кероване і контрольоване вплив на досліджуваний об'єкт з метою отримання інформації про нього. В експерименті пізнавальна діяльність з'єднується з практичної. У ньому використовується цілий ряд матеріальних засобів діяльності: що готуються пристрої, які породжують досліджувані явища і обумовлюють їх зміну; ізолюючі пристрої; дозирующая, яка реєструє, вимірювальна апаратура і т. д. Залежно від мети, поставленої експериментатором, розрізняють експерименти вимірювальні, перевірочні (для підтвердження або спростування якийсь гіпотези), пошукові (націлені на виявлення нових явищ), контрольні (з метою проконтролювати роботу апаратури або результати інших експериментів). Обробки ІНТЕРПРЕТАЦІЯ емпіричних даних Підсумком спостережень і експериментів, також як і застосування інших емпіричних методів, має бути встановлення наукових фактів. Проте дані, отримані в якомусь одному спостереженні або експерименті, ще не є фактами науки. Щоб звести до мінімуму вплив випадковостей і можливі помилки, викликані недбалістю дослідника або несправністю приладів, спостереження та експерименти багаторазово повторюються і їх результати піддаються математичної (статистичної) обробці. Тільки після цього вони стають достовірними науковими фактамі5. Зміст наукового факту, як правило, не зводиться просто до фіксації даних спостереження або експерименту. Факти науки являють собою знання, засноване на логічному осмисленні цих даних та їх інтерпретації у світлі якихось теоретичних передумов. Кожен науковий експеримент виходить з попередніх теоретичних припущень, і зрозуміти його результати, не знаючи їх, неможливо. Тому емпіричні факти не є абсолютно незалежними від наявних у науці теорій (вони «теоретично навантажені»). Наприклад, навіть у найпростіших навчальних дослідах дані чуттєвого сприйняття («стрілка вольтметра зсунулася на два ділення вправо») інтерпретується у відповідності з теоретичними уявленнями про сенс показань приладу («напруга струму зросла на два вольта»). Однак емпіричне дослідження не зводиться лише до констатації окремих емпіричних фактів. Одиничний факт - це ластівка, яка погоди не робить. Досліднику необхідно накопичити деякий безліч фактів і встановити зв'язок між ними. Накопичуючи факти і піддаючи їх систематизації, класифікації, узагальнення, вчені знаходять залежності між ними - емпіричні закони або закономірності (їх називають також феноменологическими). Так, вивчаючи температурне розширення тіл, дослідник може кожен окремий факт (величину об'єму тіла при певній температурі) зобразити на графіку «експериментальної точкою» і потім, з'єднавши ці точки ліній, знайти залежність між температурою t ° і обсягом тіла V. Отримана залежність являє собою емпіричний закон теплового розширення: V = V0 (l + at °), де V0 - об'єм тіла при f = 0, а а - емпірично знайдений коефіцієнт. Сукупність емпіричних законів, що відносяться до деякої області явищ, іноді називають феноменологічної теорією цих явищ. Однак така теорія, строго кажучи, ще не є теорія як особлива, вища форма організації наукового знання. Вона не виходить за рамки емпіричного опису явищ і не пояснює їх сутності (наприклад, емпіричні закони теплового розширення не пояснюють ні механізму цього явища, ні лінійного характеру залежності об'єму від температури, ні природи коефіцієнта а). Пояснення знайдених емпірично фактів і закономірностей вимагає переходу на більш високий, теоретичний рівень наукового пізнання. 2.3. Теоретичне знання Теоретичне знання, на відміну від емпіричного, будується розумовою шляхом, при відсутності контакту з досліджуваними об'єктам * дійсності. Теоретик працює не з самими об'єктами, а з їх уявними образами. Його матеріальні знаряддя діяльності - НЕ прилади або випробувальні стенди, а всього лише олівець і папір, до яких г наш час додався ще й комп'ютер. Оскільки для тео-кого дослідження не потрібно дороге і складне експеріментагп ладнання, воно обходиться набагато дешевше емпіричного Вважають, що витрати на розвиток теоретичних досліджень на один-два порядки нижче, ніж на розвиток емпіричних. Специфічною ознакою теоретичного пізнання є створення ідеалізованих об'єктів, які розкривають сутність емпі річескі спостережуваних явищ. На теоретичному рівні Познані рухається за схемою: А, -> I - »А,, де А, - абстрактний об'єкт, службовець предметному емпіричних» кого опису, I - ідеалізований об'єкт (теоретична МОДЕЛІ виражає суттєві характеристики об'єкта А,, і А, - др 'Гії абстрактні об'єкти, сутність яких пояснюється на основ? знань про ідеалізованому об'єкті I. У процесі теоретичного пізнання ідеальні об'єкти розрізни и м чином комбінуються, і з них будуються уявні конструкції, що представляють собою теоретичні моделі досліджуваних явищ. Теоретичне дослідження, спрямоване на пояснення емпіричних фактів і закономірностей, може розвиватися двояким шляхом [1]. Перший шлях - нефундаментальное теоретичне дослідження. Воно полягає в тому, що пояснення емпіричних фактів і закономірностей шукається у вже наявних у науці теоріях. Це може зажадати подальшого розвитку теорій, включенням в них нових 429 ідей, розширенням їх предметної області. Але коли на зазначеному шляху не вдається домогтися успіху, то доводиться вступати на другий шлях-шлях фундаментального теоретичного дослідження. Воно пов'язане з розробкою принципово нової наукової теорії. Принципово нове теоретичне знання не може бути отримане ні за допомогою індуктивного узагальнення емпіричних фактів, ні допомогою дедуктивного виведення зі старого теоретичного знання. За словами Ейнштейна, вихідні ідеї, поняття, принципи нової теорії є продуктами «винаходу», «здогади». Вони народжуються як «вільні творіння розуму». «На досвіді можна перевірити теорію, але немає шляху від досвіду до теорії »; до основних законів нової теорії« веде не логічний шлях, а тільки заснована на проникненні в суть досвіду інтуїція »[2]. 2.4. Теоретичні методи Створення ідеальних моделей і уявний експеримент. Перші кроки до нової теорії пов'язані з пошуком нових теоретичних моделей досліджуваних явищ. Створення теоретичної моделі вчиняється умоглядно, на основі вільної гри уяви. Вчений придумує, винаходить різні варіанти таких моделей і вибирає з них ті, які здаються йому найбільш підходящими для пояснення емпіричних даних. Важливу роль тут відіграють різноманітні уявні експерименти. Метод уявного експерименту - один з найважливіших методів теоретичного дослідження. Уявний експеримент схожий з реальним експериментом в тому відношенні, що тут теж вивчається взаємозв'язок між впливом на об'єкт і змінами, які викликають в ньому ці впливи. Але на відміну від реального експерименту, в уявному розглядається не реальний, а ідеальний об'єкт, тобто теоретична модель. І впливу на нього, і його зміни здійснюються не в реальності, а в уяві. Уявний експеримент є умоглядне дослідження теоретичної моделі, спрямоване на вивчення її «поведінки» в різних подумки експонованих умовах. Вивчення теоретичних моделей в уявних експериментах дозволяє сформулювати поняття і принципи, які відображають властивості цих моделей. Одним з перших, хто використав метод уявного експерименту, був Галілей. Представивши в уяві ідеальний куля, що котиться по ідеально гладкою площині, він прийшов до висновку, що якщо площина строго горизонтальна, то не існує жодної сили, яка змусила б куля припинити рух. Цей висновок був пізніше сформульований Ньютоном як принцип інерції - одне з фундаментальних положень механіки. Ейнштейн при побудові загальної теорії відносності вдавався до уявним експериментам, в яких розглядав кабіну ліфта, розташованого в космічному просторі. Спостерігач, що знаходиться в ліфті, не зможе визначити, що є причиною тиску тіл на підлогу: сила тяжіння або прискорення руху кабіни «вгору». Це дозволило Ейнштейну сформулювати принцип еквівалентності гравітаційної та інертної маси. Знайдені умоглядно поняття і принципи утворюють фундамент нової теорії. Але щоб на цьому фундаменті звести будівлю теорії, необхідно повернутися з умоглядного світу, де панує гра уяви і політ фантазії, у світ «залізної логіки» і «впертих фактів», якими перевіряються і обгрунтовуються результати уяви, інтуїції, уявних експериментів. З основних понять і принципів теорії повинні бути логічно виведені всілякі слідства і розгорнута система понять, суджень і умовиводів. З їх допомогою розробляються, вивчаються і потім застосовуються в процесі пізнання дійсності теоретичні моделі явищ. Ця система і утворює зміст теорії. Формулируемого в ній твердження - теоретичні закони - повинні пояснювати відомі факти й передбачати нові. Основні функції теорії - пояснення і передбачення. На основі зіставлення теоретичних пояснень і передбачень з досвідом відбувається подальший розвиток теорії, уточнення і зміна її змісту (або, у разі невідповідності її тверджень даними досвіду, відмова від неї). Слід мати на увазі, що теорія відображає дійсність опосередковано: уявні моделі виступають як проміжна ланка між теорією і дійсністю. Співвідношення теорії (7), моделі (М) і дійсності (Л) таке: Оскільки моделі відповідають реальності, остільки і теорія відображає реальність. Але модель завжди грунтується на спрощенні, схематизації, ідеалізації реальності, тому й теорія завжди відображає реальність лише в спрощеному, схематизованому і ідеалізованому вигляді. Теоретичні закони, на відміну від емпірично знайдених закономірностей і залежностей, описують властивості ідеальних об'єктів. Щоб застосувати теоретичні закони до реальних об'єктів, необхідно побудувати для останніх відповідні теоретичні моделі. Логічне розгортання та систематизація змісту теорії відбуваються в різних науках по-різному. 431 Аксіоматичний метод У математиці, починаючи з часів Евкліда, розвивається аксіоматичний метод побудови теорій. Аксіоматичний метод полягає в тому, що, по-перше, за вихідні положення теорії приймаються не підлягають доведенню аксіоми, по-друге, всі інші положення теорії логічно виводяться з аксіом за правилами дедуктивного виведення, по-третє, всі терміни, що містяться в мові теорії , визначаються через невизначені терміни, які фігурують в аксіоми. Аксіоматична побудова надає теорії логічну стрункість, строгість і чіткість. Побудова теорії стає особливо строгим, якщо до трьох зазначеним умовам додається ще точне визначення використовуваних у ній правил логічного висновку. ФОРМАЛІЗАЦІЯ Можна піти в цьому відношенні ще далі, якщо вдатися до формалізації теорії. Формалізація передбачає виклад теорії на особливому, формалізованому мовою, тобто мовою зі строго фіксованим синтаксисом - набором вихідних символів, правил утворення з них мовних виразів (формул) і правил переходу від одних формул до інших. Теорія, викладена в цій мові, перетворюється на формалізовану систему. У такій системі змістовні міркування, засновані на розумінні сенсу термінів, замінюються формальними операціями зі знаками за заданими правилами. Це дозволяє зводити процеси міркування до чітко визначених алгоритмах, програмувати їх і «доручати» їх проведення комп'ютера. Для програми формалізованої теорії до опису будь-яких об'єктів необхідно встановити її семантику (сенс її мовних виразів, правила його знаходження). Інтерпретація формалізованої теорії відповідно до правил семантики перетворює її в змістовну теорію певної предметної області. Аксіоматичний метод знайшов деякий застосування і в природничих науках (механіки, оптики, термодинаміки та ін.) Проте можливості його застосування в природознавстві обмежені, так як зміст природничо-наукових теорій має обгрунтовуватися і коректуватися досвідом, а дані досвіду «не зобов'язані» вкладатися в рамки прийнятої заздалегідь аксіоматики. Гіпотетико-дедуктивний метод Для наук, заснованих на досвіді, більш підходить гипотетико-де-дуктивность метод побудови теорій. Він відрізняється від аксіоматичного тим, що вихідні положення теорії формулюються не як аксіоми, а як гіпотези. У ході розробки теорії до них можуть до- 432 додавали нові гіпотези і нові поняття, їх доповнюють і уточнюючі. У результаті в теорії утворюється ієрархічна система гіпотез різного рівня спільності. З них дедуктивним шляхом витягуються висновки, які підлягають перевірці досвідом. Чим більше досвід підтверджує ці висновки, тим більш достовірними вважаються лежать в їх основі гіпотези і, отже, вся теорія в цілому. При гипотетико-дедуктивному побудові теорії вона формулюється як система гіпотез, з яких виводяться емпірично слідства. Наукові гіпотези і теорії повинні задовольняти ряду регулятивних методологічних вимог, дотримання яких хоча і не забезпечує їх істинність, але, принаймні, дає їм право на існування в науці. Найважливішими вимогами такого роду є: 1. Логічна несуперечливість. 2. Принципова проверяемость. З гіпотези (теорії) повинні випливати слідства, доступні дослідної перевірки. В іншому випадку вона є принципово перевіряється, тобто її не можна ні підтвердити («верифікувати»), ні спростувати («фальсифікувати»), С неверіфіціруемих і нефальсіфіціруем им і гіпотезами науці просто нічого робити. 3. Спростовуваності, тобто принципова можливість спростування. На важливість цього методологічного вимоги вперше звернув увагу в 1930-х роках К. Поппер. Якщо будь-які дослідні дані здатні тільки підтверджувати гіпотезу і не може бути взагалі ніяких способів її спростувати, то вона неінформативна (гіпотези, подібні незаперечного прогнозом: «Або дощик, або сніг, або буде, або ні», ніякої інформації не несуть). 4. Передбачувальна сила. Гіпотеза (теорія) повинна не тільки пояснювати факти, для пояснення яких вона створена, а й передбачати нові. Чим більше невідомих явищ пророкує гіпотеза і чим менш імовірними представляються її передбачення, тим вище її предсказательная сила і тим більший приріст знання вона здатна дати. Гіпотези, спеціально вигадувати для пояснення якогось явища і не мають ніяких інших наслідків, називаються гіпотезами ad hoc (лат. «до цього»). Такі гіпотези не допускають незалежною від даного явища перевірки і не приносять ніякого достовірного знання. 5. Максимальна простота. Під простотою гіпотези чи теорії тут розуміється насамперед її здатність «виходячи з порівняно небагатьох підстав і не вдаючись до довільних допущенням ad hoc пояснити наівозмож--- 433 але широке коло явищ [3]. З простотою пов'язані логічне досконалість, краса, витонченість теорії. Оцінка гіпотез і теорій за цим критерієм має порівняльний характер: з декількох рівних за іншим критеріям гіпотез (теорій) кращою є більш проста. 6. Наступність. Нові ідеї, гіпотези, теорії мають виростати з попереднього наукового знання, бути його подальшим розвитком і продовженням. Новизна їх завжди відносна: старе знання в них не відкидається, а використовується для побудови нового. З нових ідей, що конкурують один з одним, переважніше (за інших рівних умов) та, яка «найменш агресивна» по відношенню до попереднього знанню, тобто найбільшою мірою зберігає його. Це знаходить вираження в принципі перманентності в математиці (Ганкель) і принципі відповідності у фізиці (Бор); згідно їм нова теорія, що розширює наші знання, повинна включати в себе стару як свій приватний або граничний випадок. Саме так співвідносяться евклидова і неевклідова геометрія, геометрична і хвильова оптика, класична і квантова механіка і т. д. МАТЕМАТИЧНІ МЕТОДИ Так як всяка математична теорія (геометрія, арифметика та ін.) сама є дедуктивно побудованої логічною системою, то вона являє собою готовий засіб для отримання дедуктивних висновків. Але щоб успішно застосовувати цей засіб в науках про природу і суспільство, необхідно в кожному конкретному випадку встановлювати відповідність між поняттями математичної теорії та об'єктами, досліджуваними в цих науках. Інакше кажучи, опис цих об'єктів має бути переведено на математичну мову. Наприклад, в механіці швидкість на математичній мові описується як похідна від функції s = f (t), тобто у вигляді v = ds / dt \ прискорення - як друга похідна від даної функції: f = d2s/dt2. В оптиці траєкторія світлового променя в однорідної середовищі описується на математичному (геометричному) мові терміном «пряма лінія», лінза - терміном «тіло, обмежене двома сферичними поверхнями», і т. д. Математичні методи в принципі застосовні у всякій науці. Проте ступінь їх використання та їх значення в різних науках різні. Математизація природних і суспільних наук плідна тільки тоді, коли в них вироблені достатньо чіткі поняття, переказуються на язикматематікі. Застосування математичних методів передує велика робота по якісному вивченню явищ. Це відповідає загальному ходу людського пізнання, в якому пізнання якісної визначеності речей, як правило, передує пізнанню їх кількісної визначеності. Математика мало корисна там, де вміст вихідних теоретичних понять погано вкладається в суворі математичні терміни і формулювання. Але якщо це вдається зробити, то математична теорія перетворюється на потужний і ефективний метод теоретичного дослідження природних і суспільних явищ. В якості математичних методів в різних областях науки можуть виступати різні теорії. Одні наукові дисципліни обмежуються застосуванням лише елементарних понять і операцій арифметики, інші привертають засоби математичного аналізу, диференціальне та інтегральне числення, треті звертаються до апарату тензорного аналізу, теорії ймовірностей, теорії груп і пр. Але як би не був своєрідний шлях математизації науково-теоретичного знання , починається він зазвичай з квантифікації - з'ясування найпростіших кількісних параметрів і їх співвідношень. Подальший розвиток математичного апарату наукової теорії спирається на знаходження відповідних форм функціональної або статистичної залежності, здатних служити ідеалізованим виразом зв'язку між цими параметрами. На цій основі створюється математична схема досліджуваних явищ, або математична модель. Вона може виражатися у вигляді системи функцій, рівнянь, геометричних фігур, графіків і т. д. Математичне моделювання - це побудова теоретичних моделей на мові математики. Математичні моделі дозволяють теоретично досліджувати не тільки кількісну сторону явищ, а й багато їх якісні, структурні та ін властивості. За допомогою математичних моделей стає можливим отримувати висновки, які важко або взагалі не можна отримати іншими засобами. Нерідко переклад понять науки на математичний мова стає знаряддям наукових відкриттів, формування принципово нових понять та ідей. Класичним прикладом тут можуть служити рівняння Максвелла у фізиці, тлумачення яких призвело до розвитку теорії електромагнітного поля. Математика - мова сучасної науки. Велику евристичну роль у теоретичному пізнанні грає звернення до методу, який називають математичною гіпотезою. Суть цього методу полягає в тому, що математичний формалізм (рівняння), що описує одну область явищ, використовується як гіпотетичної математичної схеми для опису іншої області явищ. При цьому в формалізм вносяться необхідні з - _-435 менения, його символи отримують нову інтерпретацію. Таким шляхом було відкрито Е. Шредінгер хвильове рівняння в квантовій механіці, що описує поведінку електрона в електричному полі. У сучасній науці особливого значення набуває «машинна математика». За допомогою комп'ютерних програм нині вирішуються теоретичні завдання, які були б практично нерозв'язними без них через громіздкість розрахунків. Без комп'ютерного моделювання сучасна наука не могла б навіть поставити багато проблем, які нині в ній досліджуються. Література: 1. Бранський В. П. Філософські підстави проблеми синтезу релятивістських і квантових принципів. Іл. II. Л., 1973. 2. Ейнштейн А. Збори наукових праць. Т. 4. М., 1967. С. 40, 183,291. 3. Баженов Л. Б. Будова і функції природничо-наукової теорії. М., 1978. С. 128.
|
||
| « Попередня | Наступна » | |
|
|
||
Інформація, релевантна "§ 2. Основні принципи наукового дослідження" |
||
|
||