Развитие научного знания

а) Эволюционное развитие научной теории

Научная теория первоначально возникает в виде догадки, гипотезы, выдвигаемой с помощью эвристических методов. Если гипотеза выдерживает проверку, она приобретает статус теории. Однако после этого она вовсе не застывает в мертвой неподвижности. Напротив, развитие теории, ее разработка начинаются после того, как она получит признание. Если на стадии гипотезы и в процессе борьбы за признание научная теория разрабатывается и пропагандируется немногими энтузиастами, то после всеобщего признания к ее разработке привлекается значительная часть ученых и соответственно – экономических средств. На нее обращают внимание философы, методологи и популяризаторы науки. Основные положения теории начинают изучаться в вузах. Ученые, философы, преподаватели содействуют развитию теории.

Воплощение идей теории в технических устройствах и производственных процессах приводит к формированию особого, технического знания, которое заставляет теоретиков не только уточнять понятия и положения теории, но иногда и существенно изменять их. Именно техническое знание опосредует связь теоретической науки с материальной практикой. Решение практических, производственных задач представляет собой наиболее мощный стимул развития научной теории.

Суть этого развития заключается в том, чтобы привести теорию во все более полное и точное соответствие с изучаемым фрагментом реальности. Это осуществляется различными путями и способами. Прежде всего, совершенствуется концептуальный аппарат теории. Уточняются ее основные понятия; вводятся новые понятия; качественные понятия постепенно заменяются количественными. Это позволяет придать законам теории более строгую и точную количественную формулировку. Выявляются логические связи между законами теории, устанавливается их взаимная зависимость и иерархия. Теория постепенно приобретает стройную дедуктивную форму. Разработка концептуального аппарата теории происходит одновременно с уточнением и совершенствованием ее идеализированного объекта, на котором интерпретируются понятия и утверждения теории.

Разработка концептуального аппарата теории и ее идеализированного объекта подготавливает теоретическую основу для создания новых приборов и инструментов. Использование новых приборов позволяет ставить новые эксперименты и уточнять понятия и законы теории. В качестве примера можно указать на построение все более совершенных телескопов для установления годичного параллакса звезд; прибор Фуко для демонстрации того, что скорость света в воздухе больше, чем в воде; прибор Кулона для измерения силы, действующей на точечный заряд; приборы, используемые в квантовой механике для наблюдения за взаимодействием элементарных частиц и т.п.

Работа на теоретическом уровне в конечном итоге совершается для того, чтобы привести теорию в лучшее соответствие с фактами. Взаимоотношения теории с фактами совершенствуются в трех направлениях. Во-первых, постепенно увеличивается количество фактов, объясняемых теорией. Если первоначально теория объясняет лишь небольшое число важных фактов, то с течением времени число таких фактов растет. Разработка теории позволяет ей объяснить известные факты, которых первоначально она не объясняла. Вместе с тем. Теория предсказывает новые факты, установление которых также увеличивает эмпирический базис теории. Во-вторых, соответствие теории фактам по мере ее развития становится все более точным. Первоначально многие объяснения и предсказания теории являются качественными. Например, теория может объяснить или предсказать, что скорость света в воздухе больше, чем его скорость в воде. Это стимулирует создание приборов для измерения скорости света в различных средах. Затем устанавливаются числовые величины, выражающие скорость света в той или иной среде. Так утверждения теории становятся все более точными. Ньютоновская небесная механика первоначально не вполне точно описывала движение планет вокруг Солнца. Наблюдения показывали значительные отклонения в реальном движении планет от вычисленных траекторий. Это расхождение теории с фактами было устранено, когда в расчетах траекторий планет стали учитывать их взаимное притяжение. Соответствие между теорий и фактами стало более точным.

Наконец, теория постепенно справляется с несогласующимися с ней фактами. Это происходит либо за счет того, что теория обнаруживает ошибки в установлении таких фактов или она уточняет такого рода факты и это уточнение снимает несогласованность между фактами и теорией. Либо теория придает фактам новый смысл, при котором они уже согласуются с теорией. Каким образом теория превращает противоречащие ей факты в подтверждающие ее примеры, как она открывает новые факты и уточняет старые, можно увидеть на примере деятельности Галилея, который очень много сделал для развития и обоснования гелиоцентрического учения Коперника.

Мысль о вращении Земли, представляющая собой одну из составных частей учения Коперника, находилась в резком несоответствии с очевидными для всех фактами повседневного опыта. В своем «Диалоге о двух системах мира» Галилей подробно перечисляет все аргументы, опровергающие вращение Земли и опирающиеся на опыт. «В качестве самого сильного довода, - пишет он, - все приводят опыт с тяжелыми телами: падая сверху вниз, тела идут по прямой линии, перпендикулярной поверхности Земли; это считается неопровержимым аргументом в пользу неподвижности Земли. Ведь если бы она обладала суточным обращением, то башня, с вершины которой дали упасть камню, перенесется обращением Земли, пока падает камень, на много сотен локтей у востоку, и на таком расстоянии от подножья башни камень должен был бы удариться о Землю» (Галилео Галилей. Диалог и двух системах мира. – Избр. труды в двух томах. М., 1964, т.1, с.224).Галилей не отвергает этот факт и признает, что он противоречит системе Коперника. Однако он изменяет смысл данного факта таким образом, что противоречие снимается.

Обыденное мышление людей ХУ11 столетия принимало наивный реализм относительно движения, т.е. считало реальным всякое воспринимаемое движение (за исключением случая явного обмана органов чувств). Если нам представляется, что камень падает вертикально вниз с вершины башни, то камень действительно в реальном пространстве движется именно так, а не иначе. К наивному реализму добавлялась еще та идея, что всякое реальное движение должно оказывать воздействие на органы чувств, т.е. быть воспринимаемым. С точки зрения этих идей, факт вертикального падения камня с вершины башни действительно кажется противоречащим утверждению о вращении Земли. Галилей же принимает это утверждение. Но к нему он добавляет мысль о том. Что движение падающего камня на самом деле является сложным – складывающимся из кругового движения вместе с вращением Земли и из движения к подножью башни. При этом он вводит еще одно предположение, что круговое движение камня не оказывает воздействия на наши органы чувств, так как это движение является общим для нас, камня и башни. Действующим оказывается только одно вертикальное движение, в котором ни мы, ни башня не участвуем. Так Галилей переосмысливает известный факт вертикального падения тел. Вследствие такого переосмысления ситуация коренным образом изменяется: падающий камень в действительности совершает сложное движение, но одного из составляющих движений мы заметить не можем, так как сами в нем участвуем; мы способны заметить только то движение, которое совершает камень относительно башни и нас самих, т.е. его вертикальное движение. И именно это подтверждает наблюдение! Вот так факт, противоречащий учению Коперника, превращается в факт, подтверждающий это учение.

Мощный толчок развитию теории дают ее применения в технике и производственной практике. Достаточно развитая естественнонаучная теория приводит к созданию новых технических средств и использованию этих средств в общественном производстве. Процесс изобретения и использования новых приборов, машин и механизмов требует новых научных исследований и. Вместе с тем, доставляет громадный дополнительный материал для теоретического осмысления.

б) Научная революция

Появление аномалий. Как мы отмечали выше, факты, с которыми имеет дело научная теория, можно разделить на три группы: факты, которые она успешно объясняет; факты, которых она пока не объясняет, но есть надежда, что со временем ей это удастся; наконец, факты, противоречащие теории. По мере развития теории количество объясняемых ею фактов увеличивается. Получают объяснение известные факты, открываются новые, предсказанные теорией. Даже те факты, которые первоначально кажутся противоречащими теории, переосмысливаются таким образом, что противоречие устраняется. И если все-таки остаются факты, с которыми теории никак не удается справиться, то ученые сохраняют надежду на то, что развитие теории в конце концов приведет к их объяснению. Никогда не бывает так, что теория согласуется со всеми фактами в своей области. Однако это вовсе не означает, что теория порочна. Расхождение теории с некоторыми фактами обычно рассматривается как свидетельство недостаточной развитости теории. Ученые сохраняют уверенность в том, что развитие теории приведет к устранению таких расхождений. История науки показывает, что хорошая научная теория может длительное время развиваться, постепенно перерабатывая непокорные факты в подтверждающие примеры. Образцы такого развития дают гелиоцентрическая система Коперника, небесная механика Ньютона, корпускулярная и волновая теории света, генетика и т.п.

Однако с некоторыми фактами теории так и не удается справиться, несмотря на все усилия ее сторонников. Такие факты могут существовать с самого начала возникновения теории и все попытки объяснить или устранить противоречие между ними и теорией оканчиваются неудачей. У ученых возникает сомнение в том, что теория вообще способна справиться с этими фактами. К ним присоединяются факты, открытые в процессе эволюционного развития теории. Некоторые из ее предсказаний могут оказаться ошибочными и привести к обнаружению фактов, расходящихся с теорией. Более того, даже известные факты, успешно объясняемые теорией в первый период ее существования, при последующей ее разработке могут стать не соответствующими теории. Разработка теории приводит к уточнению ее понятий и утверждений. При точной формулировке старый факт может вступить в противоречие с теорией. Таким образом, постепенно накапливается все большее количество фактов, с которыми теория не согласуется. И если в первый период существования теории на такие факты ученые не обращают внимания, то чем более развита теория, тем более резким и вызывающим кажется ее расхождение с фактами. Часть таких расхождений устраняется с помощью вспомогательных ad hoc (к случаю, для данного случая – лат.) гипотез, присоединение которых к теории приводит к ее усложнению и к потере логических связей между отдельными ее частями. Например, геоцентрическая система Птолемея весьма успешно предсказывала изменение положений звезд и планет. Однако всегда сохранялись некоторые расхождения между ее предсказаниями и наблюдениями. Развитие системы Птолемея, состоявшее в добавлении новых эпициклов, устраняло эти расхождения, однако повышение точности наблюдений вновь их обнаруживало. В конечном итоге система Птолемея стала настолько громоздкой, что у многих астрономов стали возникать сомнения в ее способности справиться с этими расхождениями и в ее истинности.

Факт, который не согласуется с теорией и которого теории не удается объяснить несмотря на неоднократные попытки ученых, называют аномальным фактом, или аномалией. Господство теории в некоторой научной области никогда не бывает абсолютным, всегда существуют идеи и гипотезы, альтернативные по отношению к принятой теории. Эти альтернативные гипотезы придают теоретическую значимость некоторым аномалиям и приводят ученых к мысли о том, что их расхождение с теорией не является случайным и не может быть устранено в ходе дальнейшего развития теории, а представляет собой свидетельство фундаментальной порочности господствующей теории.

Кризис. Накопление аномальных фактов и распространение в среде ученых сомнений в способности теории справиться с ними приводит господствующую теорию к кризису. Кризисом называют тот период в развитии некоторой научной области, когда вера ученых в господствующую теорию подорвана, когда происходит быстрый рост числа аномальных фактов и ученые начинают искать объяснения этим фактам вне рамок признанной теории. В период кризиса ученые начинают модифицировать господствующую теорию, для того чтобы как-то справиться с аномальными фактами. Появляются группы ученых, отстаивающие разные варианты ранее единой теории. Это увеличивает сомнение ученых в истинности принятой теории. Результаты, полученные с помощью одного варианта теории, могут не соответствовать другому варианту этой же теории. Это приводит к тому, что ученые вообще перестают доверять своим же собственным результатам. Все больше ученых обращается к разработке альтернативных гипотез. Руководствуясь такими гипотезами, они получают возрастающее количество фактов, не согласующихся с принятой теорией. Сторонников старой теории становится все меньше. Молодые и способные ученые предпочитают заниматься аномалиями и разработкой альтернативных гипотез в надежде добиться признания со стороны научного сообщества.

Большое распространение в период кризиса получает анализ оснований существующей теории. Ученые пытаются понять, каким образом сформировались основные понятия и постулаты теории и каково их первоначальное содержание. Этот анализ заставляет ученых обращаться к философии и истории науки. Часто в этот период в научном сообществе распространяется скептическое отношение к способности науки понять мир, ценность научных результатов подвергается сомнению. И лишь с победой одной из альтернативных гипотез, которой удается успешно объяснить некоторые важные факты и открыть перспективу для дальнейших научных исследований, кризис заканчивается.

Научная революция. В самом общем смысле научной революцией называют смену фундаментальных теорий, переход ученых от старой теории к принципиально новой. Примерами научных революций являются: переход от геоцентрической системы мира к гелиоцентрической системе Коперника; от физики Аристотеля к физике Галилея и Ньютона; от теории флогистона в химии к теории Лавуазье; от классической физики к квантовой теории и т.п.

Новая теория приносит новый взгляд на мир. Описывая реальность в новых терминах, она видит новые факты там, где раньше их не замечали, и напротив, пересматривает и переосмысливает многие старые факты. Новая теория выдвигает свои собственные проблемы и методы их решения. Старые проблемы и методы подвергаются переоценке и часть из них отбрасывается как псевдопроблемы. Новая теория приносит с собой новые понятия, отображающие ранее не известные стороны реальности. И даже если некоторые понятия из старой теории включаются в контекст новой теории, они при этом изменяют свои значения. Например, в релятивистскую механику включается понятие «массы», использовавшееся в классической механике. Однако значение этого понятия в новой теории изменилось: если в классической механике термин «масса» обозначал некоторое абсолютное свойство тела, то в релятивистской механике «масса» тела зависит от его скорости. Благодаря всем этим изменениям многие результаты, полученные в период господства старой теории, теряют смысл с точки зрения новой теории и отбрасываются.

Однако новая теория никогда не отбрасывает старую теорию целиком, многие достижения последней сохраняются и после научной революции. Факты, полученные на основе старой теории, могут быть уточнены и даже переосмыслены новой теорией, но они не отбрасываются целиком. Так, например, многие факты, установленные учеными в период господства флогистонной теории горения, сохранились в последующем развитии химии; наблюдения Тихо де Браге помогли Кеплеру открыть законы движения планет, хотя Тихо не был коперниканцем; факты, установленные классической механикой, в уточненном виде сохраняются релятивистской механикой и т.д. Понятия и законы старой теории сохраняют часть своего содержания при переходе их в новую теорию. Наиболее ярко преемственность научных теорий проявляется в области техники. Приборы и технические устройства, созданные на основе старой теории, целиком принимаются новой теорией. Даже если бы старая теория действительно могла быть полностью отброшена с приходом новой теории, то даже и в этом случае мы могли бы говорить о преемственности теорий. С отбрасыванием старой теории техника, созданная на ее основе, не отбрасывается, она продолжает функционировать и при новой теории. Но эта техника является материальным воплощением знаний, полученных старой теорией. Следовательно, принимая эту технику, новая теория наследует и знания своей предшественницы. Поскольку развитие техники и общественного производства является непрерывным, постольку мы можем говорить и о непрерывном развитии научного знания ко все более глубокому и полному описанию окружающего нас мира.

Вопросы

1. Проблема демаркации и критерии научности.

2. Структура научного наблюдения.

3. Измерение. Правила измерения.

4. Структура научного эксперимента.

5. Гипотетико-дедуктивная структура научной теории.

6. Что такое научное объяснение и предсказание.

7. В чем состоит подтверждение и опровержение научных теорий.

8. Эволюционное развитие науки.

9. Понятие научной революции.

Основная литература

1. Никифоров А.Л. Философия науки: история и методология. М., 1998.