2015-08-13
3878
Обнаружение устойчивых связей и зависимостей является только первым этапом в процессе научного познания явлений действительности. Необходимо объяснить их основания и причины, выявить сущность явлений и процессов. А это возможно лишь на теоретическом уровне научного познания. К теоретическому уровню относят все те формы познания, в которых в логической форме формулируются законы и другие всеобщие и необходимые связи объективного мира, а также получаемые с помощью логических средств выводы, и вытекающие из теоретических посылок следствия. Теоретический уровень представляет собой различные формы, приемы и этапы опосредованного познания действительности. Методы и формы познания теоретического уровня в зависимости от выполняемых ими функций можно разбить на две группы. Первая группа — методы и формы познания, с помощью которых создается и исследуется идеализированный объект, представляющий базовые, определяющие отношения и свойства как бы в «чистом» виде. Вторая группа — методы построения и оправдания теоретического знания, которое дано в форме гипотезы, приобретающей в результате статус теории. К методам построения и исследования идеализированного объекта относятся: абстрагирование, идеализация, формализация, мысленный эксперимент, математическое моделирование.
а) Абстрагирование и идеализация. Известно, что всякая научная теория изучает либо определенный фрагмент действительности, определенную предметную область, либо определенную сторону, один из аспектов реальных вещей и процессов. При этом теория вынуждена отвлекаться от тех сторон изучаемых ею предметов, которые ее не интересуют. Кроме того, теория часто вынуждена отвлекаться и от некоторых различий изучаемых ею предметов в определенных отношениях. С точки зрения психологии процесс мысленного отвлечения от некоторых сторон, свойств изучаемых предметов, от некоторых отношений между ними и называется абстрагированием. Мысленно выделенные свойства и отношения оказываются на переднем плане, предстают как необходимые для решения задач, выступают в качестве предмета изучения. Процесс абстрагирования в научном познании не является произвольным. Он подчиняется определенным правилам. Одним из таких правил является соблюдение интервала абстракций. Интервал абстракций – это пределы рациональной обоснованности той или иной абстракции, условия ее «предметной истинности» и границы применимости, устанавливаемые на основе информации, полученной эмпирическими или логическими средствами. Интервал абстракции зависит, во-первых, от поставленной познавательной задачи; во-вторых, то, от чего отвлекаются в процессе постижения объекта, должно быть посторонним (по четко оговоренным критерием) для конкретного объекта, подвергающегося абстрагированию; в третьих, исследователь должен знать, до какого предела данное отвлечение имеет законную силу. Метод абстрагирования предполагает при исследовании сложных объектов производить концептуальную развертку и концептуальную сборку объектов. Концептуальная развертка означает отображение одного и того же исходного объекта исследования в разных мысленных плоскостях (проекциях) и, соответственно, нахождение для него множества интервалов абстракций. Так, например, в квантовой механике один и тот же объект (элементарная частица) может быть попеременно представлен в рамках двух проекций: то, как корпускула (в одних условиях эксперимента), то, как волна (в других условиях). Эти проекции логически несовместимы между собой, но лишь взятые вместе они исчерпывают всю необходимую информацию о поведении частиц. Концептуальная сборка – представление объекта в многомерном познавательном пространстве путем установления логических связей и переходов между разными интервалами, образующими единую смысловую конфигурацию. Так, в классической механике одно и то же физическое событие может быть отображено наблюдателем в разных системах в виде соответствующей совокупности экспериментальных истин. Эти разные проекции, тем не менее, могут образовывать некое концептуальное целое благодаря «правилам преобразования Галилея», регулирующим способы перехода от одной группы высказываний к другой. Абстрагирование как важнейший прием познавательной деятельности человека широко применяется на всех этапах научно-познавательной деятельности, в том числе и на уровне эмпирического познания. На его основе создаются эмпирические объекты. Эмпирические объекты составляют смысл таких терминов эмпирического языка, как «Земля», «провод с током», «расстояние между Землей и Луной» и т. д. Теоретические же объекты, в отличие от эмпирических, являются не просто абстракциями, а идеализациями, «логическими реконструкциями действительности». Они могут быть наделены не только признаками, которым соответствуют свойства и отношения реальных объектов, но и признаками, которыми не обладает ни один такой объект.
Теоретические объекты образуют смысл таких терминов, как «точка», «идеальный газ», «абсолютно черное тело» и т. д. В логико-методологических исследованиях теоретические объекты называют иногда теоретическими конструктами, а также абстрактными объектами. Объекты такого рода служат важнейшим средством познания реальных предметов и взаимоотношений между ними. Они называются идеализированными объектами, а процесс их создания — идеализацией. Таким образом, идеализация есть процесс создания мысленных, не существующих в действительности объектов, условий, ситуаций посредством мысленного отвлечения от некоторых свойств реальных предметов и отношений между ними или наделения предметов и ситуаций теми свойствами, которыми они в действительности не обладают или не могут обладать, с целью более глубокого и точного познания действительности. Создание идеализированного объекта необходимо включает в себя абстрагирование — отвлечение от ряда сторон и свойств изучаемых конкретных предметов. Но если мы ограничимся только этим, то еще не получим никакого целостного объекта, а просто уничтожим реальный объект или ситуацию. После абстрагирования нам нужно еще выделить интересующие нас свойства, усилить или ослабить их, объединить и представить как свойства некоторого самостоятельного объекта, который существует, функционирует и развивается согласно своим собственным законам. А это достигается в результате использования метода идеализации. Идеализация помогает исследователю выделить в чистом виде интересующие его стороны действительности. В результате идеализации объект приобретает свойства, которые в эмпирическом опыте не востребованы. В отличие от обычного абстрагирования идеализация делает упор не на операции отвлечения, а на механизм пополнения. Идеализация дает абсолютно точный конструкт, мысленную конструкцию, в которой то или иное свойство, состояние представлены в предельном, наиболее выраженном виде. Творческие конструкты, абстрактные объекты выступают в роли идеальной модели. Почему необходимо в познании использовать абстрактные объекты (теоретические конструкты)? Дело в том, что реальный объект всегда сложен, в нем переплетаются значимые для данного исследователя и второстепенные свойства, необходимые закономерные отношения затемняются случайными. Конструкты, идеальные модели - это объекты, наделенные небольшим количеством специфических и существенных свойств, имеющих относительно простую структуру. Исследователь, опираясь на сравнительно простой идеализированный объект, дать более глубокое и полное описание этих сторон. Познание движется от конкретных объектов к их абстрактным, идеальным моделям, которые, становясь все более точными, совершенными и многочисленными, постепенно дают нам все более адекватный образ конкретных объектов. В этом повсеместном использовании идеализированных объектов состоит одна из наиболее характерных особенностей человеческого познания. Следует отметить, что идеализация используется как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях. Объекты, к которым относятся научные высказывания, всегда являются идеализированными объектами. Даже в тех случаях, когда мы пользуемся эмпирическими методами познания - наблюдением, измерением, экспериментом, результаты этих процедур непосредственно относятся к идеализированным объектам, и лишь благодаря тому, что идеализированные объекты на этом уровне являются абстрактными моделями реальных вещей, данные эмпирических процедур можно относить к действительным предметам. Однако роль идеализации резко возрастает при переходе от эмпирического к теоретическому уровню научного познания. Современная гипотетико-дедуктивная теория опирается на некоторый эмпирический базис — совокупность фактов, которые нуждаются в объяснении и делают необходимым создание теории. Но теория не является простым обобщением фактов и не может быть выведена из них логическим путем. Для того чтобы оказалось возможным создание особой системы понятий и утверждений, называемой теорией, сначала вводится идеализированный объект, представляющий собой абстрактную модель действительности, наделенную небольшим количеством свойств и имеющую относительно простую структуру. Этот идеализированный объект выражает специфику и существенные черты изучаемой области явлений. Именно идеализированный объект делает возможным создание теории. Научные теории, прежде всего, отличаются положенными в их основу идеализированными объектами. Понятия и утверждения теории вводятся и формулируются именно как характеристики ее идеализированного объекта. Основные свойства идеализированного объекта описываются системой фундаментальных уравнений теории. Различие идеализированных объектов теорий приводит к тому, что каждая гипотетико-дедуктивная теория имеет свою специфическую систему фундаментальных уравнений. Идеализированный объект дает интерпретацию понятий и уравнений теории. Уточнение уравнений теории, их опытное подтверждение и коррекция ведут к уточнению идеализированного объекта или даже к его изменению. Замена идеализированного объекта теории означает переинтерпретацию основных уравнений теории. Ни одна научная теория не может быть гарантирована от того, что ее уравнения рано или поздно не подвергнутся переинтерпретации. В одних случаях это происходит сравнительно быстро, в других — спустя длительное время. Так, например, в учении о теплоте первоначальный идеализированный объект — теплород — был заменен другим — совокупностью беспорядочно движущихся материальны точек. Иногда модификация или замена идеализированного объекта теории существенно не изменяет вида ее фундаментальных уравнений. В таком случае нередко говорят, что теория сохраняется, но изменяется ее интерпретация. Ясно, что говорить так можно лишь при формалистическом понимании научной теории. Если же под теорией мы понимаем не только определенные математические формулы, но и определенную интерпретацию этих формул, то смена идеализированного объекта должна рассматриваться как переход к новой теории.
б) способы построения идеализированного объекта. В методологии научного исследования их выделяют по крайне мере три:
1.Можно абстрагироваться от одних свойств реальных объектов, удерживая в то же время другие их свойства и вводя объект, которому присущи только эти оставшиеся свойства. Так, например, в ньютоновской небесной механике мы абстрагируемся от всех свойств Солнца и планет и представляем их как движущиеся материальные точки, обладающие лишь гравитационной массой. Нас не интересуют их размеры, строение, химический состав и т.п. Солнце и планеты выступают здесь лишь как носители определенных гравитационных масс, т.е. в виде идеализированных объектов.
2.Иногда оказывается полезным абстрагироваться от некоторых отношений изучаемых объектов друг к другу. С помощью такой абстракции образуется, например, понятие идеального газа. В реальных газах всегда существует определенное взаимодействие между молекулами. Абстрагируясь от этого взаимодействия и рассматривая частицы газа как обладающие лишь кинетической энергией и взаимодействующие только при соударении, мы получаем идеализированный объект — идеальный газ. В общественных науках при изучении отдельных сторон жизни общества, отдельных общественных явлений и учреждений, социальных групп и т.п. мы можем абстрагироваться от взаимоотношений этих сторон, явлений, групп с другими элементами жизни общества.
3.Мы можем также приписывать реальным объектам отсутствующие у них свойства или мыслить присущие им свойства в некотором предельном значении. Таким образом, например, в оптике образуются особые идеализированные объекты — абсолютно черное тело и идеальное зеркало. Известно, что всем телам в большей или меньшей степени присуще как свойство отражать некоторую часть падающей на его поверхность энергии, так и свойство поглощать часть этой энергии. Когда мы усиливаем до предельного значения свойство отражения, мы получаем идеальное зеркало — идеализированный объект, поверхность которого отражает всю падающую на него энергию. Усиливая свойство поглощения, мы в предельном случае получаем абсолютно черное тело — идеализированный объект, который поглощает всю падающую на него энергию. Идеализированным объектом может стать любой реальный предмет, который мыслится в несуществующих, идеальных условиях. Именно таким образом возникает понятие инерции. Допустим, что мы толкаем по дороге тележку. Некоторое время после толчка тележка движется, а затем останавливается. Существует множество способов удлинения пути, проходимого тележкой после толчка, например, смазка колес, устройство более гладкой дороги и т.п. Чем легче вертятся колеса, и чем ровнее дорога, тем дольше будет двигаться тележка. Путем экспериментов устанавливается, что чем меньше внешние воздействия на движущееся тело (в данном случае трение), тем длиннее путь, проходимый этим телом. Ясно, что все внешние воздействия на движущее тело устранить невозможно. В реальных ситуациях движущееся тело неизбежно будет подвергаться каким-либо воздействиям со стороны других тел. Однако нетрудно представить ситуацию, в которой исключены все воздействия. Мы можем заключить, что в таких идеальных условиях движущееся тело будет двигаться бесконечно долго и при этом равномерно и прямолинейно.
в) Формализация и математическое моделирование Важнейшим средством построения и исследования идеализированного теоретического объекта является формализация. Под формализацией в широком смысле слова понимается метод изучения самых разнообразных объектов путем отображения их содержания и структуры в знаковой форме, при помощи самых разнообразных искусственных языков. Операции с формализованными объектами означают операции с символами. В результате формализации с символами можно обращаться как с конкретными физическими объектами. Использование символики обеспечивает полноту обозрения определенной области проблем, краткость и четкость фиксации знания, позволяет избежать многозначности терминов. Познавательная ценность формализации состоит в том, что она является средством систематизации и уточнения логической структуры теории. Реконструкция научной теории в формализованном языке позволяет проследить логическую зависимость между различными положениями теории, выявить всю совокупность предпосылок и оснований, исходя из которых она развертывается, что позволяет уточнить неясности, неопределенности, предотвратить парадоксальные ситуации. Формализация теории выполняет также своеобразные унифицирующие и обобщающие функции, позволяя ряд положений теории экстраполировать на целые классы научных теорий и применять формальный аппарат для синтеза ранее не связанных теорий. Одно из наиболее ценных достоинств формализации — ее эвристические возможности, в частности возможность обнаружения и доказательства ранее неизвестных свойств изучаемых объектов. Различают два типа формализованных теорий: полностью формализованные и частично формализованные теории. Полностью формализованные теории строятся в аксиоматически дедуктивной форме с явным указанием языка формализации и использованием четких логических средств. В частично формализованных теориях язык и логические средства, используемые для развития данной научной дисциплины, явным образом не фиксируются. На современном этапе развития науки в ней преобладают частично формализованные теории. В методе формализации заложены большие эвристические возможности. В процессе формализации через реконструкцию языка научной теории создается новый тип концептуальных построений, которые открывают возможности для получения новых, порой самых неожиданных следствий, путем чисто формализованных действий. Процесс формализаций носит творческий характер. Отталкиваясь от определенного уровня обобщения научных фактов, формализация преобразует их, выявляет в них такие особенности, которые не были зафиксированы на содержательно-интуитивном уровне. Ю.Л.Ершов в работах, посвященных использованию формализованных языков, приводит ряд критериев, подтверждающих, что с помощью формализации теории могут быть получены нетривиальные следствия, о которых даже не подозревали, пока ограничивались содержательно-интуитивной формулировкой теории на естественном языке. Так, формулировка аксиомы выбора первоначально не вызывала сомнения. И только ее использование (в совокупности с другими аксиомами) в формальной системе, претендующей на аксиоматизацию и формализацию теории множеств, выявило, что она ведет к ряду парадоксальных следствий, что и поставило под сомнение возможности ее использования. В физике при попытках аксиоматизации теории поля выделение тех или иных утверждений о качестве ее аксиом приводили к получению большого числа следствий, пригодных для объяснения экспериментальных данных. Создание формализованных описаний имеет не только собственно познавательную ценность, но является условием для использования на теоретическом уровне математического моделирования. Математическое моделирование – это теоретический метод исследования количественных закономерностей на основе создания знаковой системы, состоящей из набора абстрактных объектов (математических величин, отношений), которые допускают различные интерпретации. Математическое моделирование как теоретический метод нашло свое широкое применение в конце 40-х годов ХХ в. в отдельных науках и в междисциплинарных исследованиях. Основу метода математического моделирования составляет построение математической модели. Математическая модель представляет собой формальную структуру, состоящую из набора математических объектов. Значение математического метода при разработке теории определяется тем, что она, отображая определенные количественные свойства и отношения оригинала, замещает его в определенном плане, и манипуляция с этой моделью дает более глубокую и полную информацию об оригинале. В простейшем случае в качестве модели выступает отдельный математический объект, то есть такая формальная структура, с помощью которой можно от эмпирически полученных значений одних параметров исследуемого материального объекта переходить к значению других без обращения к эксперименту. Например, измерив окружность шарообразного предмета, по формуле вычислить объем данного предмета. Исследователями установлено: чтобы объект можно было достаточно успешно изучить с помощью математических моделей, он должен обладать рядом специальных свойств. Во-первых, должны быть хорошо известны имеющиеся в нем отношения; во-вторых, должны быть количественно определены существенные для объекта свойства (причем их число не должно быть слишком большим); и, в-третьих, в зависимости от цели исследования должны быть известны при заданном множестве отношений формы поведения объекта (который определяется законами, например, физическими, биологическими, социальными). По существу, любая математическая структура (или абстрактная система) приобретает статус модели только тогда, когда удается установить факт аналогии структурного, субстратного или функционального характера между ней и исследуемым объектом (или системой). Другими словами, должна существовать известная согласованность, получаемая в результате подбора и «взаимной подгонки» модели и соответствующего «фрагмента реальности». Указанная согласованность существует лишь в рамках определенного интервала абстракции. В большинстве случаев аналогия между абстрактной и реальной системой связана с отношением изоморфизма между ними, определенными в рамках фиксирования интервала абстракции. Для того, чтобы исследовать реальную систему, исследователь замещает ее (с точностью до изоморфизма) абстрактной системой с теми же отношениями. Таким образом, задача исследования становится чисто математической. Например, чертеж может служить моделью отображения геометрических свойств моста, а совокупность формул, положенных в основу расчета размеров моста, его прочности, возникающих в нем напряжений и т.д., может служить моделью для отображения физических свойств моста. Использование математических моделей является эффективным способом познания. Уже один только перевод какой-либо качественной задачи на четкий, однозначный и богатый по своим возможностям язык математики позволяет увидеть исследовательскую задачу в новом свете, прояснить ее содержание. Однако математика дает и нечто большее. Характерным для математического познания является использование дедуктивного метода, т.е. манипулирование с объектами по определенным правилам и получение таким образом новых результатов.
По Тарасову Идеализация, абстрагирование - замена отдельных свойств предмета или всего предмета символом или знаком, мысленное отвлечение от чего-то с целью выделения чего-то другого. Идеальные объекты в науке отражают устойчивые связи и свойства объектов: массу, скорость, силу и др. Но идеальные объекты могут и не иметь реальных прообразов в предметном мире, т.е. по мере развития научного знания одни абстракции могут образовываться из других без обращения к практике. Поэтому различают эмпирические и идеальные теоретические объекты. Идеализация является необходимым предварительным условием построения теории, поскольку система идеализированных, абстрактных образов и определяет специфику данной теории. В системе теории выделяют основные и производные идеализированные понятия. Например, в классической механике таким главным идеализированным объектом выступает механическая система как взаимодействие материальных точек. В целом идеализация позволяет точно очертить признаки предмета, отвлечься от малосущественных и расплывчатых свойств. Это обеспечивает огромную емкость выражения мыслей. В связи с этим формируются специальные языки науки, что способствует построению сложных абстрактных теорий и в целом процессу познания.
Формализация - оперирование со знаками, сведенными в обобщенные модели, абстрактно-математические формулы. Вывод одних формул из других осуществляется по строгим правилам логики и математики, что и является формальным исследованием основных структурных характеристик изучаемого объекта.
Моделирование. Модель - мысленное или материальное замещение наиболее существенных сторон изучаемого объекта. Модель - это специально созданный человеком предмет или система, устройство, которое в определенном отношении имитирует, воспроизводит реально существующие предметы или системы, являющиеся объектом научного исследования. В моделировании опираются на аналогии свойств и отношений между оригиналом и моделью. Изучив взаимосвязи, существующие между величинами, описывающими модель, их затем переносят на оригинал и таким образом делают правдоподобное заключение об особенностях поведения последнего. Моделирование как метод, научного познания основано на способности человека абстрагировать изучаемые признаки или свойства у различных предметов, явлений и устанавливать определенные соотношения между ними. Хотя ученые давно пользовались этим методом, только с середины XIX в. моделирование завоевывает прочное, признание у ученых и инженеров. В связи с развитием электроники и кибернетики моделирование превращается в чрезвычайно эффективный метод исследования. Благодаря применению моделирования закономерностей действительности, которые могли в оригинале изучаться лишь, путем наблюдения, они становятся доступными экспериментальному исследованию. Возникает возможность многократного повторения в модели явлений, соответствующих уникальным процессам природы или общественной жизни. Если рассматривать историю науки и техники с точки зрения применения тех или иных моделей, то можно констатировать, что на первых порах развития науки и техники применялись материальные, наглядные модели. В последующем они постепенно утрачивали одну за другой конкретные черты оригинала, их соответствие оригиналу приобретало все более абстрактный характер. В настоящее время все большее значение приобретает поиск моделей, базирующихся на логических основаниях.
Существует множество вариантов классификации моделей. На наш взгляд, наиболее убедительным является следующий вариант:
а) естественно-природные модели (существующие в природе в естественном виде). Пока ни одна из конструкций, созданная человеком, не может конкурировать с природными конструкциями по сложности решаемых задач. Существует наука бионика, цель которой - исследование уникальных природных моделей с целью дальнейшего использования полученных знаний при создании искусственных устройств. Известно например, что создатели модели формы подводной лодки в качестве аналога взяли форму тела дельфина, при конструировании первых летательных аппаратов использовалась модель размаха крыльев птиц и т.д.;
б) вещественно-технические модели (в уменьшенном или увеличенном виде полностью воспроизводящие оригинал). При этом эксперты различают
1) модели, создаваемые для того, чтобы воспроизвести пространственные свойства изучаемого объекта (макеты домов, застройки районов и т.д.);
2) модели воспроизводящие динамику изучаемых объектов, закономерные связи, величины, параметры (модели самолетов, кораблей, платан и т.д.).
в) знаковые модели, в том числе математические. Знаковое моделирование позволяет упростить изучаемый предмет, выделить в нем те структурные отношения, которые больше всего интересуют исследователя. Проигрывая вещественно-техническим моделям в наглядности, знаковые модели выигрывают за счет более глубокого проникновения в структуру изучаемого фрагмента объективной реальности. Так, с помощью знаковых систем удается понять сущность таких сложных явлений, как устройство атомного ядра, элементарных частиц, Вселенной. Поэтому применение знаковых моделей особенно важно в тех областях науки, техники, где имеют дело с изучением предельно общих связей, отношений, структур. Особенно расширились возможности знакового моделирования в связи с появлением компьютеров. Появились варианты построения сложных знаково-математических моделей, позволяющих выбирать наиболее оптимальные значения величин сложных изучаемых реальных процессов и осуществлять длительные эксперименты над ними. В ходе исследования часто возникает необходимость построения разнообразных моделей изучаемых процессов, начиная от вещественных и кончая концептуальными и математическими моделями. В целом «построение моделей не только наглядных, но и концептуальных, математических сопровождает процесс научного поиска от его начала до конца, давая возможность охватить в единой системе наглядных и абстрактных образов основные особенности исследуемых процессов». Метод исторического и логического: первый воспроизводит развитие объекта с учетом всех действующих на него факторов, второй воспроизводит только общее, главное в предмете в процессе развития. Метод логического воспроизводит историю возникновения, становления и развития объекта, так сказать, в "чистом виде", по существу, без рассмотрения обстоятельств, тому способствующих. То есть метод логического является спрямленной, упрощенной (без потери сущности) версией метода исторического. В процессе познания следует руководствоваться принципом единства исторического и логического методов: надо начинать исследование объекта с тех сторон, отношений, которые исторически предшествовали другим. Затем с помощью логических понятий как бы повторить историю развития данного познаваемого явления. Экстраполяция - продолжение в будущее тенденций, закономерности которых в прошлом и настоящем достаточно хорошо известны. Всегда считалось, что из прошлого можно извлекать уроки для будущего, ибо в основе эволюции неживой, живой и социальной материи лежат вполне определенные ритмические процессы. Моделирование - представление изучаемого объекта в упрощенном, схематическом виде, удобном для получения выводов прогнозного характера. Пример - периодическая система Менделеева (подробнее о моделировании смотри выше). Экспертиза - прогнозирование на базе оценки мнения специалистов - (отдельных людей, групп, организаций), основывающейся на объективной констатации перспектив соответствующего явления. Три перечисленных способа как бы дополняют друг друга. Любая экстраполяция - это в определенной степени модель и опенка. Любая прогностическая модель - это оценка плюс экстраполяция. Всякая прогнозная оценка подразумевает экстраполяцию и мысленное моделирование.
