Научная теория как основная структурная единица научного знания

Основной единицей научного знания считается теория. Наука включает в себя описания фактов и экспериментальных результатов, гипотезы и эмпирические закономерности, классификационные схемы и т.п., однако только теория объединяет весь материал науки в целостное и обозримое знание о мире.

Научная теория – высшая, самая развитая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях определенной области действительности.

Ясно, что для построения теории предварительно должен быть накоплен определенный материал об исследуемых объектах и явлениях, поэтому теории появляются на достаточно зрелой стадии развития научной дисциплины. В течение тысячелетий человечество было знакомо с электрическими явлениями, однако первые научные теории электричества появились лишь в середине XVIII в. На первых порах, как правило, создаются описательные теории, дающие лишь систематическое описание и классификацию исследуемых объектов. В течение длительного времени, например, теории ботаники и зоологии были описательными: они описывали и классифицировали виды растений и животных; таблица химических элементов Д.И.Менделеева представляла собой систематическое описание и классификацию элементов. И это вполне естественно. Приступая к изучению некоторой области явлений, мы должны сначала описать эти явления, выделить их признаки, классифицировать их на группы. Лишь после этого становится возможным более глубокое исследование, связанное с выявлением причинных связей и открытием законов.

Высшей формой развития науки считается объяснительная теория, дающая не только описание, но и объяснение изучаемых явлений. К построению именно таких теорий стремится каждая научная дисциплина. Иногда в наличии подобных теорий видят существенный признак зрелости науки: некоторая дисциплина может считаться подлинно научной только тогда, когда в ней появляются объяснительные теории.

Объяснительная теория имеет гипотетико-дедуктивную структуру. Основанием теории служит набор исходных понятий (величин) и фундаментальных принципов (постулатов, законов), включающих только исходные понятия, - именно этот базис фиксирует тот угол зрения, под которым рассматривается реальность, задает ту область, которую изучает теория. Исходные понятия и принципы выражают основные, наиболее фундаментальные связи и отношения изучаемой области, которыми определяются все остальные ее явления. Так, основанием классической механики являются понятия материальной точки, силы, скорости и три закона динамики Ньютона; в основе электродинамики Максвелла лежат его уравнения, связывающие определенными соотношениями основные величины этой теории; специальная теория относительности опирается на уравнения Эйнштейна и т.д.

Со времен Евклида дедуктивно-аксиоматическое построение знания считалось образцовым. Объяснительные теории следуют этому образцу. Однако если Евклид и многие ученые после него полагали, что исходные положения теоретической системы представляют собой самоочевидные истины, то современные ученые понимают, что такие истины трудной найти и постулаты их теорий являются не более чем предположениями о глубинных причинах явлений. История науки дала достаточно много свидетельств наших заблуждений, поэтому основоположения объяснительной теории рассматриваются как гипотезы, истинность которых еще нуждается в доказательстве. Менее фундаментальные законы изучаемой области явлений дедуктивно выводятся из основоположений теории. Поэтому-то объяснительная теория называется «гипотетико-дедуктивной» - она строится как дедуктивная система, все положения которой логически выводятся из исходных гипотез.

Исходные понятия и принципы теории относятся непосредственно не к реальным вещам и явлениям, а к некоторым обстрактным объектам, в совокупности образующим идеализированный объект теории. В классической механике таким объектом является система материальных точек; в молекулярно-кинетической теории – множество замкнутых в определенном объеме хаотически соударяющихся молекул, представляемых в виде абсолютно упругих материальных шариков; в теории относительности – множество инерциальных систем и т.д. Эти объекты не существуют сами по себе в реальности, они являются мысленными, воображаемыми объектами. Однако идеализированный объект теории имеет определенное отношение к реальным вещам и явлениям: он отображает некоторые абстрагированные от них или идеализированные свойства реальных вещей. Например, из повседневного опыта нам известно, что если тело толкнуть, оно начнет двигаться. Чем меньше трение, тем больший путь оно пройдет после толчка. Мы можем вообразить, что трение вообще отсутствует, и получим образ объекта, движущегося без трения – по инерции. Реально таких объектов не существует, это – идеализированный объект. Точно так же вводятся в науку такие объекты, как абсолютно твердое или абсолютно черное тело, совершенное зеркало, идеальный газ и т.п. Заменяя реальные вещи идеализированными объектами, ученые отвлекаются от второстепенных, несущественных свойств и связей реального мира и выделяют в чистом виде то, что представляется им наиболее важным.

Гуляете вы, скажем, в солнечный зимний день и видите, как с горки на санках скатываются дети: снег сверкает под лучами солнца, щеки у детей разрумянились от легкого морозца, крики, смех, развевается голубенький шарфик… Попросите описать эту картину физика. Он скажет, что снежная горка – это плоскость с углом наклона приблизительно 30 градусов; по ней движется тело, масса которого составляет приблизительно 25 кг; коэффициент трения такой-то, начальная скорость – нулевая и т.п. Исчез румянец, пестрый костюмчик, веселый смех, остался лишь математический скелет реального положения дел.

Идеализированный объект теории намного проще реальных объектов, но именно это позволяет дать их точное математическое описание. Когда астроном рассматривает движение планет вокруг Солнца, он отвлекается от того, что планеты – это целые миры, имеющие богатый химический состав, атмосферу, ядро и т.п., и рассматривает их как простые материальные точки, характеризующиеся лишь массой и расстоянием от Солнца, но как раз благодаря этому упрощению он и получает возможность описать их движение в строгих математических уравнениях.

Идеализированный объект теории служит для теоретической интерпретации ее исходных понятий и принципов. Понятия и утверждения теории имеют только то значение, которое придает им идеализированный объект. Это объясняет, почему их нельзя прямо соотносить с реальными вещами и процессами.

В исходный базис теории включают также определенную логику – набор правил вывода и математический аппарат. Конечно, в большинстве случаев в качестве логики теории используется обычная классическая двузначная логика, однако в некоторых теориях, например, в квантовой механике, порой обращаются к трехзначной или вероятностной логике. Теории отличаются также используемыми в них математическими средствами.

Итак, основание гипотетико-дедуктивной теории включает в себя набор исходных понятий и принципов; идеализированный объект, служащий для их теоретической интерпретации, и логико-математический аппарат. И этого основания дедуктивным путем получают все другие утверждения теории – законы меньшей степени общности. Ясно, что и они также говорят об идеализированном объекте. Знание, систематизированное таким образом, легко обозримо, доступно для освоения и применения.

Но как же теория может быть соотнесена с реальностью, если все ее утверждения говорят об идеализированных, абстрактных объектах? Для этого к гипотетико-дедуктивной теории присоединяют некоторое множество редукционных предложений (правил), связывающих отдельные ее понятия и утверждения с эмпирически проверяемыми утверждениями. Допустим, например, что вы произвели баллистический расчет полета снаряда весом в 10 кг, выпущенного из орудия, ствол которого имеет угол наклона к плоскости горизонта 30 градусов. Ваш расчет носит чисто теоретический характер и имеет дело с идеализированными объектами. Для того чтобы сделать его описанием реальной ситуации, вы добавляете к нему ряд редукционных предложений, которые отождествляют ваш идеальный снаряд с реальным снарядом, вес которого будет 10кг + 50 г; угол наклона ствола орудия к горизонту также должен быть принять с некоторой погрешностью; точка падения снаряда из точки превратится в область с определенными размерами. После этого ваш расчет получит эмпирическую интерпретацию и его можно будет соотносить с реальными вещами и событиями. Приблизительно так же, как мы видели, действовал Лебедев, когда ставил свой эксперимент. Это верно и для теории в целом: редукционные предложения придают теории эмпирическую интерпретацию и позволяют использовать ее для предсказания, постановки экспериментов и практической деятельности.