Философия

Алексеев Петр Васильевич

Особым видом эксперимента является мысленный эксперимент. Если в реальном эксперименте ученый для воспроизведения, изоляции или изучения свойств того или иного явления ставит его в различные реальные физические условия и варьирует их, то в мысленном эксперименте эти условия являются воображаемыми, но воображение при этом строго регулируется хорошо известными законами науки и правилами логики. Ученый оперирует чувственными образами или теоретическими моделями. Последние тесно связаны с их теоретической интерпретацией, поэтому мысленный эксперимент относится скорее к теоретическим, чем к эмпирическим методам исследования. Мысленный эксперимент не может рассматриваться как форма практической деятельности человека. Экспериментом в собственном смысле его можно назвать лишь условно, поскольку способ рассуждения в нем аналогичен порядку операций в реальном эксперименте. Классическим примером является мысленный эксперимент Эйнштейна со свободно падающим лифтом. Результатом была формулировка принципа эквивалентности тяжелой и инертной массы, положенного в основание общей теории относительности.

Проведение экспериментального исследования включает в себя ряд

стадий. К первой стадии относится планирование эксперимента, в ходе которого определяется его цель, осуществляется выбор типа эксперимента и продумываются его возможные результаты. Все это зависит от той исследовательской проблемы, которую ученый пытается решить. В ходе планирования эксперимента существенное значение имеет выделение тех факторов, которые оказывают влияние на изучаемое явление и его свойства, а также выделение набора тех величин, которые должны контролироваться и измеряться. Второй этап эксперимента связан с выбором технических средств проведения и контроля эксперимента. Техника, используемая в эксперименте, в том числе и измерительные приборы, должна быть практически выверена и теоретически обоснована. В современном эксперименте широко используются статистические методы контроля. Завершается экспериментальное исследование стадией интерпретации результатов эксперимента, которая включает в себя статистический и теоретический анализ, а также истолкование результатов эксперимента.

Гипотеза как форма и метод теоретического исследования.

Цель теоретического исследования заключается в установлении законов и принципов, которые позволяют систематизировать, объяснять и предсказывать факты, установленные в ходе эмпирического исследования. В истории методологии был период, когда некоторые ученые и философы считали, что основным методом теоретического исследования является индуктивный метод, позволяющий логически выводить общие законы и принципы из фактов и эмпирических обобщений. Но уже в конце XIX в. стало ясно, что такого метода построить нельзя. Однозначного дискурсивного пути, ведущего от знаний о фактах к знаниям о законах, не существует. Это по-своему констатировал А. Эйнштейн. Провозгласив, что высшим долгом физиков является установление общих законов, он добавляет, что "к этим законам ведет не логический путь, а только основанная на проникновении в суть опыта интуиция" (Эйнштейн А. "Физика и реальность". М., 1964. С. 9). Но то, что Эйнштейн называет "основанной на проникновении в суть опыта интуицией", на самом деле является сложным познавательным приемом, именуемым методом гипотезы, в рамках которого и проявляется интуиция исследователя.

В методологии термин "гипотеза" используется в двух смыслах: как форма существования знания, характеризующаяся проблематичностью, недостоверностью, 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. Например, если физик, объясняя факты, обнаружит, что его объясняющее предположение входит в противоречие с принципом сохранения энергии или принципом физической относительности, он будет склонен отказаться от такого предположения и искать новое решение проблемы. Однако в развитии науки бывают такие периоды, когда ученый склонен игнорировать некоторые (но не все) фундаментальные принципы своей науки. Это так называемые революционные, или экстраординарные, периоды, когда необходима коренная ломка фундаментальных понятий и принципов. Но на этот шаг ученый идет лишь в том случае, если перепробованы все традиционные пути решения проблемы. Так, основатели электродинамики были вынуждены отказаться от принципа дальнодействия, который в ньютоновской физике имел фундаментальное значение. М.Планк, перепробовав множество путей традиционного объяснения излучения абсолютно черного тела, отказался от принципа непрерывности действия, который до этого момента считался в физике "неприкосновенным". Такого рода гипотезы Н. Бор и называл "сумасшедшими идеями". Но от шизофренического бреда эти идеи и догадки отличает то, что, порывая с одним или двумя принципами, они сохраняют согласие с другими фундаментальными принципами, что и обусловливает серьезность выдвигаемой научной гипотезы.

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 теории 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. Особую ценность имеют гипотезы, из которых выводятся так называемые "рискованные предсказания" (термин К. Поппера), которые предсказывают факты невероятные в свете имеющихся теорий или эмпирической интуиции. К числу таких рискованных предсказаний прежде всего относятся предсказание Менделеевым на основании гипотезы периодического закона существования неизвестных химических элементов и их свойств или предсказание общей теорией относительности отклонения луча света, проходящего вблизи Солнца, от прямолинейного пути. И то, и другое предсказания получили экспериментальное подтверждение, что способствовало превращению периодического закона и обшей теории относительности из гипотез в теории.

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. Что касается интуиции, о которой говорит Эйнштейн, то она вкраплена во все стадии метода гипотезы, начиная от анализа фактов, подлежащих объяснению, до принятия научным сообществом хорошо обоснованной гипотезы в качестве закона или теории. Именно интуитивное озарение может позволить ученому выделить из совокупности фактов главные, ведущие к выдвижению гениальной догадки. Интуитивное озарение может проявляться и в выборе аналогии, наводящей на эвристически ценную догадку, и т.д. Дискурсивное мышление в рамках метода гипотезы постоянно перемежается с интуитивными шагами мысли. Но способность к интуитивному озарению дается гениальному ученому не "от бога", хотя гениальность имеет и врожденные элементы. Как считал Эйнштейн, интуитивное озарение в значительной степени есть продукт "проникновения в суть опыта", что зависит преимущественно от высокого профессионализма и тяжелой постоянной работы ума над решением поставленной проблемы.

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. Характеризуя метод математической гипотезы, С. И. Вавилов писал: Положим, что из опыта известно, что изученное явление зависит от ряда переменных и постоянных величин, связанных между собой приближенно некоторым уравнением. Довольно произвольно видоизменяя, обобщая это уравнение, можно получить другие соотношения между переменными. В этом и состоит математическая гипотеза или экстраполяция. Она приводит к выражениям, совпадающим или расходящимся с опытом, и соответственно этому применяется дальше или отбрасывается.

Специалист по методологии науки И. В. Кузнецов попытался выделить различные способы видоизменения исходных уравнений в процессе выдвижения математической гипотезы: 1) изменяется тип, общий вид уравнения; 2) в уравнение подставляются величины другой природы; 3) изменяется и тип уравнения, и вид величины; 4) изменяются предельные граничные условия. Все это дает основание и для типологии метода математической гипотезы.

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. Так, Э. Щредингер для описания движения элементарных частиц за основу взял волновое уравнение классической физики, но дал иную интерпретацию его членов. В итоге был создан волновой вариант квантовой механики. В. Гейзенберг и М.Борн пошли в решении этой задачи другим путем. Они взяли за исходный пункт в выдвижении математической гипотезы канонические уравнения Гамильтона из классической механики, сохранив их математическую форму или тип уравнения, но ввели в эти уравнения новый тип величин - матрицы. В результате возник матричный вариант квантово-механической теории.