Основные этапы разработки гипотез

-выдвижение гипотезы: чтобы выдвинуть гипотезу, нужно иметь перечень относящихся к наблюдаемому явлению фактов, которые обосновывали бы вероятность некоторого предположения. По этой причине построение гипотезы связано с отслеживанием фактов, которые имеют отношение к явлению и не совпадают с имеющимся объяснением. На основании собранных фактов формулируется предположение о том, что именно представляет собой исследуемое явление. Предположение в гипотезе представляет собой суждение или некоторую систему суждений. Данное суждение формулируют после логической обработки собранных фактов. Выдвижение предположения составляет основное содержание гипотезы. Предположение в гипотезе имеет две стороны. Оно выступает как итог, или результат предшествующего познания; с другой же стороны становится определением направления, по которому должно идти дальнейшее исследование. Любая гипотеза позволяет не только дать объяснение уже имеющимся фактам, но и выявить новые;

-развитие и проверка гипотезы: этап развития гипотезы связан с получением из нее логических следствий. Это осуществляется следующим образом: предполагается, что выдвинутое положение истинно, а далее из него выводят следствия дедуктивным путем. Получаемые следствия должны иметь место, если существует предполагаемая причина. Под логическими следствиями имеются в виду: 1) мысли об обстоятельствах, вызванных изучаемым явлением; 2) мысли об обстоятельствах, которые предшествуют по времени данному явлению, сопутствуют ему и последуют за ним; 3) мысли об обстоятельствах, находящихся с исследуемым явлением в непосредственной связи. Сравнение полученных из предположений следствий с уже установленными фактами дает возможность опровергнуть гипотезу или доказать ее истинность, что осуществляется в процессе проверки гипотезы. Непосредственное подтверждение (опровержение) заключается в том, что предполагаемые факты или явления в ходе последующего познания находят подтверждение (или опровержение) в практике через их непосредственное восприятие;

-логические доказательства и опровержения гипотез широко используются в науке. Основные пути логических доказательств и опровержений таковы: 1)индуктивный путь – подтверждение гипотезы или выведение из нее следствий с помощью аргументов, включающих указания на факты и законы; 2)дедуктивный путь – выведение гипотезы из других, общих и доказанных положений; включение гипотезы в систему научного знания, в которой она непротиворечиво согласуется с другими положениями этой системы, а также демонстрация предсказательной силы гипотезы;

-прямое доказательство или опровержение гипотезы проводится с помощью подтверждения или опровержения полученных выводом логических следствий вновь обнаруженными фактами. Косвенное доказательство или опровержение часто используется, если существует несколько гипотез, которые образуют одно и то же явление и проводятся с помощью опровержения и исключения всех ложных предположений, на основании чего утверждается истинность одного оставшегося предположения.

Условия, которым должна отвечать гипотеза, как форма научного знания:

-обоснованность: гипотеза должна соответствовать установленным в науке законам. Но обоснованная гипотеза еще не доказанная. Доказанная гипотеза – это уже достоверный фрагмент некоторой теории. Основания, на которые опирается гипотеза, являются положениями необходимыми, но не достаточными для ее принятия. Это то, что называется известным в проблеме, ее предпосылками. В действительной проблеме они являются истинными теоретическими или эмпирическими знаниями. Между ними и гипотезой имеет место отношение следования по законам дедукции: из гипотезы выводятся предпосылки проблемы, но не наоборот. Если же в качестве посылок взять предпосылки проблемы, а в качестве заключения – гипотезу (естественная ситуация в процессе развития научных знаний), то логическая связь между ними выступает в виде некоторого варианта редукции.

-непротиворечивость: из истинных знаний нельзя получить противоречия, она должна быть согласована с фактическим материалом. Наличие противоречия свидетельствует о необоснованности или даже ложности гипотезы. Парацельс рассуждал о возможности получения искусственным путем маленьких человечков – гомункулусов из мочи человека, помещенной сначала в выдолбленную тыкву, а затем в лошадиный желудок.

-не должна содержать в себе противоречий законам формальной логики;

-должна быть простой по форме;

-должна быть приложима к более широкому классу исследуемых явлений;

-должна допускать возможность ее подтверждения или опровержения.

Проверка гипотезы

Очень часто ученым приходится безвозвратно отказываться от гипотезы в связи с ее опровержением. Такая судьба постигла гипотезу Ньютона о том, что скорость распространения света в стекле, воде выше, чем в воздухе, гипотетические проекты вечного двигателя в связи с открытием законом сохранения энергии. Каждый отдельный результат, противоречащий общей гипотезе, ослабляет сферу ее применения.

В борьбе конкурирующих гипотез большую роль играют так называемые решающие эксперименты. Они проводятся тогда, когда из этих гипотез методом дедукции удается вывести следствия, противоречащие друг другу, но допускающие возможность экспериментальной проверки. Подтверждение следствий одной гипотезы будет свидетельствовать об опровержении следствий другой. Последнее означает, что и гипотеза, из которой получены такие следствия, также должна быть признана ложной. Гипотеза, альтернативная ей, хотя и не признается пока истинной, но приобретает большую вероятность.

Критерий принципиальной проверяемости гипотезы относится к важнейшим в методологии опытных наук. Принципиальную проверяемость следует отличать от действительной проверяемости, которая зависит от технологических возможностей (работы в космосе).

Неопозитивисты сводят вопрос о проверяемости гипотезы к вопросу о ее верифицируемости. Однако на опыте мы можем верифицировать только предположения, охватывающие конечное число случаев. Для науки же наиболее ценными и важными являются утверждения, соотносящиеся с бесконечностью. Они не могут быть верифицированы (подтверждены). Поэтому Поппер предложил критерий опровержимости или фальсифицируемости, согласно которому каждая настоящая проверка гипотезы или теоретической схемы должна быть попыткой ее опровергнуть, а подтверждающее свидетельство могут принимать в расчет лишь тогда, когда оно является результатом серьезной, но безуспешной попытки фальсификации.

Не подтверждение, а проверка должна стать подлинным средством развития теорий и науки в целом.

Выделить истину в научном знании можно только, постоянно выявляя и отбрасывая ложь. Научным оказывается то, что может быть опровергнуто. Ненаучные концепции, по сути, неопровержимы.

Программа и ее типы

Научно-исследовательскую программу можно представить как иерархию задач, проблем или гипотез по достижению творческого результата. Реализуемую программу можно представить в виде разрешимых и субординированных проблем и задач.

Развитие гипотезы идет в трех направления:

-уточнение и конкретизация в ее собственных рамках;

-самоотрицание и выдвижение качественно новой;

-превращение гипотезы в научную теорию.

Решающей проверкой истинности гипотезы является практика во всех своих формах, но важную роль играет и логический (теоретический) критерий истины. Проверенная и доказанная гипотеза становится теорией.

Поиск гипотезы не может быть сведен только к методу проб и ошибок. В формировании гипотезы существенную роль играют принятые исследователем идеалы познания, картина мира, установки. К тому же операции формирования гипотезы не могут быть полностью перенесены в сферу индивидуального творчества ученого. Эти операции становятся его достоянием, поскольку мышление, воображении и другие познавательные способности формируются в контексте культуры, в которой уже имеются образцы знаний и деятельности.

Гипотезы бывают общие, частные, рабочие и гипотезы для данного случая. Гипотезы для данного случая – это предположение, выдвинутое с целью решения стоящих перед испытываемой теорией задач и оказавшееся, в конечном счете, ошибочным вариантом ее развития. Обычно такие гипотезы являются нарушением общепризнанных критериев научности. Однако ученые иногда сознательно идут на нарушение этих критериев, прибегая к помощи такого рода гипотез во имя спасения испытываемой теории, которая уже не может предсказать новые факты. В этом секторе со временем могут оказаться многие гипотезы.

В эмпирической науке продукт процесса индукции – гипотеза, она стоит вне фактов, от которых зависит. Гипотеза как форма развития знания представляет собой отдельное предположение (или их совокупность), выдвигаемых для объяснения свойств или причин исследуемых явлений. Гипотеза может касаться существования объекта, причин его возникновения, его свойств и связей, его прошлого и будущего. Выдвигаемая на основе определенного знания, гипотеза играет роль руководящего принципа, направляющего эксперименты и наблюдения. Гипотеза – необходимое звено в развитии научного знания. Примеры: «строение атома подобно строению планет в солнечной системе», «свойства химических элементов зависят от их атомного веса (впоследствии – свойства элементов зависят от расположения электронов в атоме и от заряда ядра)».

Гипотеза – это форма вероятностного знания, истинность или ложность которого еще не установлена. О гипотезе можно сказать, что она неопределенна, лежит между истиной и ложью. Гипотеза выдвигается в науке для решения некоторой конкретной проблемы: например, для объяснения новых фактических данных, устранения противоречия теории с отрицательными результатами эксперимента. Следует иметь в виду, что процесс обоснования гипотезы, в ходе которого она либо отвергается, либо превращается в достоверное положение, в принципе не отличается от обоснования любого теоретического положения.

При проверке гипотезы из ее положений-посылок по правилам дедуктивного вывода получают следствия, принципиально проверяемые в эксперименте в силу вероятностного характера суждений.

Среди требований, повышающих эффективность гипотез, их обоснованность называют:

-непротиворечивость, или согласованность с научными фактами, законами и другими системами знаний, достоверность которых уже доказана;

-приложимость гипотезы к возможно широкому кругу явлений: наиболее продуктивной считается та гипотеза, из которой дедуктивным путем получено максимальное число разнообразных следствий;

-проверяемость: гипотеза принципиально должна быть проверяемой. В эксперименте проверяются не сами гипотезы, а получаемые из них следствия, которые относятся к конкретным явлениям и событиям:

-логическая согласованность: гипотеза должны выводиться из некоторых более общих положений;

-введение номинальных определений вместо реальных: вводимые новые принципы, образцы, нормы, правила способны менять внутреннюю структуру теории и постулируемого ею теоретического мира.

Эмпирические способы обоснования гипотезы называют верификацией, или подтверждением. Прямая верификация – это непосредственное наблюдение тех явлений, существование которых предполагается гипотезой. Примером может служить доказательство гипотезы о существовании планеты Нептун: вскоре после выдвижения гипотезы эту планету удалось увидеть в телескоп. Прямая верификация возможна лишь в том случае, когда речь идет о единичных объектах или ограниченных их совокупностях, что делает эту сферу чрезвычайно узкой. Наиболее важным и вместе с тем универсальным способом верификации является выведение следствий из гипотез и их последующая опытная проверка. Однако этот способ сам по себе не позволяет установить истинность гипотезы, он только повышает ее вероятность.

Превращение гипотезы в составной элемент теории – это сложный и долгий процесс, который не сводится к отдельно взятому умозаключению. Гипотеза, ставшая частью теории, опирается уже не только на свои подтвердившиеся следствия, но и на всю теорию, на объяснение более широкого круга явлений, на предсказание новых, ранее неизвестных фактов, на связи между ранее казавшимися не связанными процессами.

Гипотеза, превратившаяся в теорию или ее элемент, перестает быть проблематичным знанием. Но она не становится и абсолютной истиной, в ней остаются механизмы дальнейшего развития. При последующем росте и развитии знания она корректируется и уточняется. Однако основное ее содержание, подвергаясь ограничениям и уточнениям, сохраняет свое значение.

Один из ведущих способов построения теории – гипотетико-дедуктивный метод, основа которого – гипотеза.

Гипотетико-дедуктивный метод – это метод научного познания и рассуждения, основанный на выведении (дедукции) заключений из гипотез и других посылок, истинное значение которых еще неизвестно. Поскольку в дедуктивном рассуждении значение истинности переносится на заключение, то и заключение гипотетико-дедуктивного метода рассуждения имеет лишь вероятностный характер.

Соответственно типу посылок, гипотетико-дедуктивные рассуждения разделяют на две основные группы:

-к наиболее многочисленной группе относятся рассуждения, посылками которых являются гипотезы и эмпирические обобщения, истинность которых еще нужно установить;

-ко второй относятся гипотетико-дедуктивные вводы из таких посылок, которые заведомо ложны или ложность которых можно установить. Выдвигая некоторое предположение в качестве посылки можно из него дедуцировать следствия, противоречащие хорошо известным фактам или истинным утверждениям. Таким путем в ходе дискуссии можно убедить оппонента в ложности его предположений. Примером является метод приведения к абсурду.

Преследуя те же цели, что и чисто индуктивные умозаключения, гипотетико-дедуктивные выводы позволяют, однако, получать гораздо более общие результаты. В эмпирических науках этот метод используют для построения самой теории этих наук. В физике, химии, астрономии он играет доминирующую роль. В известном смысле он поглощает, ассимилирует чисто индуктивные методы. Впервые гипотетико-дедуктивный метод получил широкое распространение в 17 – 18 веках в механике, в частности в исследованиях Галилея. Теория механики, Ньютона также представляет собой гипотетико-дедуктивную систему, посылками которой служат основные законы движения.

С логической точки зрения гипотетико-дедуктивная система представляет собой иерархию гипотез, степень абстрактности и общности которых увеличивается по мере удаления от эмпирического базиса. На вершине располагаются гипотезы, имеющие наиболее общий характер и потому обладающие наибольшей логической силой. Из них как из посылок выводятся гипотезы более низкого уровня. На самом низшем уровне системы находятся гипотезы, которые можно сопоставить с эмпирическими данными. В современной науке многие теории строятся именно таким образом.

Такое построение не только дает возможность исследовать логические взаимосвязи между гипотезами разного уровня абстрактности, но и позволяет осуществлять эмпирическую проверку и подтверждение научных гипотез и теорий.

Гипотезы самого низкого уровня проверяются путем сопоставления их с эмпирическими данными. Если они подтверждаются этими данными, то это служит косвенным подтверждением и гипотез более высокого уровня, из которых логически выведены первые гипотезы. Наиболее общие принципы научных теорий нельзя непосредственно сопоставить с действительностью, с тем, чтобы удостовериться в их истинности, ибо они, как правило, говорят об абстрактных или идеальных объектах, которые сами по себе не существуют в действительности.

Для того, чтобы соотнести общие принципы с действительностью, нужно с помощью длинной цепи логических выводов получить из них следствия, говорящие уже не об идеальных, а о реальных объектах. Эти следствия можно проверить непосредственно. Поэтому ученые и стремятся придавать своим теориям структуру гипотетико-дедуктивной системы.

Итак, методы эмпирических наук, основанные на индукции, то есть установлении общих законов на основе опытного исследования отдельных явлений, логически не позволяют нам вывести из них достоверного знания об общем. Результаты опыта всегда имеют предположительный и вероятностный характер. Если Бэкон в 17 веке надеялся создать логический алгоритм открытий, а Дж.Милль спустя 200 лет усовершенствовал его построения для открытия законов причинной связи явлений, то уже У.Уэвелл в 19 веке пришел к выводу о том, что удачные догадки и предположения возникают не на пустом месте, а являются результатом систематических эмпирических и теоретических исследований, в результате чего появляются сначала гипотезы, а затем законы и теории.

Несостоятельность индуктивной модели развития науки связана с проблемой обоснования, или оправдания самой индукции. На каком основании мы можем утверждать, что общее или универсальное заключение, которое опирается на частные суждения о результатах опыта, окажется истинным?

Для этого необходимо допустить существование особого принципа индукции, который оправдывал бы индуктивные умозаключения.

Для дедуктивных выводов такое принцип действительно существует: если посылки дедукции истинны, то правила логики гарантируют истинность заключения. Ничего подобного не существует для индукции. Для заключения об истинности универсальных заключений из частных суждений опыта необходим общий принцип обоснования индукции, который Дж.Милль видел в единообразии природы, Кант в априорном характере причинной связи, а Г.Рейхенбах в сведении индукции к вероятности.

Однако все эти попытки оказались несостоятельными, поскольку для их обоснования пришлось бы обратиться к новым, более общим принципам, а тем самым прибегнуть к регрессу в бесконечность.

Гипотетико-дедуктивная модель получила широкое распространение среди сторонников логического позитивизма. Истоки обнаруживаются в античной Греции у Сократа и Платона в их диалектике. По словам Платона, истина не может быть в противоречии с самой собой. Поэтому, если исходить из какой-либо гипотезы, мы придем к противоречию, то она должна быть отброшена. В процессе перехода от одной гипотезы к другой преодолеваются заблуждения. Диалектика есть точный метод доказательства, и у Платона нигде не встречается иного метода, кроме опровержения гипотез.

Что касается построения гипотетико-дедуктивного метода в науке, то данный метод получает развитие лишь с развитием естествознания в системе классической механики у Ньютона.

Совершенно иначе обстоит дело с абстрактными математическими теориями, аксиомы которых не допускают непосредственной эмпирической проверки.

Если принципы и законы эмпирических наук уточняются и изменяются под влиянием опыта и практики, то при выборе математических аксиом руководствуются требованиями логики развития науки. (пример Лобачевского на с. 308).

Галилей, предшественник Ньютона, излагая важнейшие идеи относительно механики, рассматривает и метод, с помощью которого он пришел к своему открытию. Речь идет об установлении закона постоянства ускорения свободно падающих тел вблизи земной поверхности. Интегрируя это уравнение, легко найти, что скорость падающего тела пропорциональна времени падения.

Вначале Галилей, как и его предшественник Леонардо да Винчи, Бенедетти и другие полагал, что скорость падения пропорциональна пройденному пути. Впоследствии он отказался от этой гипотезы, так как она приводила к следствиям, которые не подтверждаются опытом. Наоборот, гипотеза, что скорость пропорциональна времени падения, приводит к следствию, что путь, пройденный падающим телом, пропорционален квадрату времени падения, хорошо подтверждается данными опыта. Чтобы представить себе ход рассуждений, которые могли привести Галилея к его открытию, можно предположить, что он анализировал целый ряд гипотез:

-гипотеза 1: скорость падающего тела пропорциональна времени падения;

-гипотеза 2: путь, пройденный падающим телом пропорционален квадрату времени падения;

-гипотеза 3: дает представление об одном из частных случаев. Рассматривая путь свободного падения (в метрах) за одну, две, три и так далее секунды.

Проиллюстрируем это следующим образом. Мы имеем некие факты в идее утверждений об этих фактах (Ф1, Ф2, Ф3,…Ф…). мы высказываем некие предположения (гипотезы) относительно всего массива фактов. Методом логической дедукции с помощью гипотез (или законов) мы выводим некий новый факт или то, что требуется объяснить, что должно подводиться под общие законы.

У нас есть камень, который мы опускаем с высоты 2 метров без начальной скорости. Итак, Ф1 – это высота 2м. Гипотеза или закон, который мы используем – это закон свободного падения, он гласит, что высота равна ускорению, помноженному на время в квадрате и деленное на 2. Итак, требуется установить время, за которое камень достигнет земли. Это время выводится методом дедукции по соответствующей формуле (время равно корню квадратному из дроби удвоенная высота, деленная на ускорение), подставив значения, получим 0,6 сек.

Подобных гипотез может быть много. Все они имеют низший уровень абстрактности и поэтому их можно непосредственно проверить опытным путем. Именно подтверждение таких гипотез побудило Галилея поверить в гипотезу высшего уровня.

Таким образом, перед нами все характерные особенности сравнительно простой гипотетико-дедуктивной системы. Здесь каждая из последовательно рассматриваемых гипотез имеет более низкий уровень абстрактности, чему предыдущая. Поэтому каждая из последующих гипотез может быть выведена из предыдущей с помощью чисто логико-математических методов. Наконец, вся система гипотез строится с таким расчетом, чтобы обеспечить проверку гипотез самого низкого уровня непосредственно на опыте с помощью соответствующих эмпирических измерений переменных величин, фигурирующих в гипотезе.

В сочинения Галилея можно встретить и другие простые примеры гипотетико-дедуктивных систем, состоящих из 3 – 4 гипотез соответствующего уровня. Но такие системы характерны для этапа возникновения и становления науки, когда она еще только складывается как теоретическая система обобщения и систематизации первоначально накопленной эмпирической информации.

Со временем стало ясно, что в принципе любые теоретические утверждения и системы в опытных и фактуальных науках, начиная с эмпирических утверждений и кончая теориями, представляют собой гипотезы. Поскольку они рассматриваются не обособленно, а в логической взаимосвязи друг с другом, постольку степень их правдоподобия бывает настолько высока, что приближается к практической достоверности. Именно поэтому законы классической механики почти 200 лет казались незыблемыми. Такой характер им придала гипотетико-дедуктивная система, созданная для механики Ньютоном.

В «Математических началах натуральной философии» он начинает изложение своей системы с определения исходных понятий механики и трех основных законов движения. Важнейшим является 2-й закон: изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. Из этого и других основных законов механики можно вывести ранее открытый Галилеем закон свободного падения, а добавив к ним еще закон всемирного тяготения, также и закон Кеплера о движении планет.

Вклад Ньютона в разработку гипотетико-дедуктивного метода и построения на этой основе классической механики огромен, его сравнивают с достижениями Евклида, который применил аксиоматический метод для построения элементарной геометрии. Метод Ньютона называют методом принципов. Сам он писал следующее. Вывести два или три общих принципа движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают их этих явных принципов, было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих принципов и не были еще открыты.

Ньютон называл свои принципы или законы механики также аксиомами движения, следуя в этой традиции древнегреческой математики с ее стремлением к логической строгости рассуждений и доказательств. Он рассматривал исходные принципы науки не как утверждения о неких скрытых качествах, а как общие законы природы, согласно которым образованы все вещи.

Нахождение и правильная формулировка таких принципов составляют труднейший и важнейший этап создания научной теории, в котором наряду с теоретическим анализом и синтезом важную роль играют воображение, интуиция, талант и опыт ученого. Метод принципов Ньютона оказал громадное воздействие на все дальнейшее развитие теоретической физики и был доминирующим в 18 – 19 веках. Приведем следующее высказывание А.Эйнштейна: результаты опыта – чувственные восприятия – заданы нам, теория же, которая интерпретирует и объясняет их, создается человеком. Эта теория является результатом исключительно трудоемкого процесса приспособления: гипотетического, никогда окончательно не законченного, постоянно подверженного спорам и сомнениям. Законченная система теоретической физики состоит из понятий, основных принципов, относящихся к этим понятиям, и следствий, выведенных из них путем логической дедукции. Именно эти следствия должны соответствовать нашим опытам; их логический вывод занимает в теоретическом труде почти все. (Эйнштейн А. Физика и реальность. М., 1965)