Гипотетико-дедуктивный метод в естествознании

Уровень развития теории, имеющей дело с опытным материа­лом, в значительной мере определяется тем, насколько связаны

¹ Гумилев Л. Н. Этногенез и биосфера земли. — Л.: Изд-во ЛГУ.

Из гипотезы 3 можно получить неограниченное число част­ных случаев, рассматривая путь (в метрах) за одну, две, три и т.д. секунды, считая S₀= 0:

Гипотеза 4 S_x = g/2 = 4,9; (4)

Гипотеза 5. S₂ = g • 4/2 = 19,6; (5)

Гипотеза 6 S₃ = g- 9/2. = 44,1. (6)

Все перечисленные гипотезы имеют низший уровень аб­страктности и поэтому их можно непосредственно проверить на опыте. Именно подтверждение таких гипотез заставило Га­лилея поверить в гипотезу наивысшего уровня абстрактности. Таким образом, здесь перед нами налицо все характерные осо­бенности сравнительно простой гипотетико-дедуктивной си­стемы. Каждая из последовательно рассматриваемых гипотез 1, 2, 3 имеет более низкий уровень абстрактности, чем 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 сочинениях Галилея можно встретить и другие простые примеры гипотетико-дедуктивных систем, состоящих из трех-четырех гипотез соответствующего уровня. Но такие системы характерны для этапа возникновения и становления науки, когда она еще только складывается как теоретическая система путем обобщения и систематизации первоначально на­копленной эмпирической информации.

Значение гипотетико-дедуктивного метода возрастает при организации научного знания в сформировавшихся, и особенно в развитых отраслях естествознания. Здесь речь идет не просто о группе дедуктивно связанных гипотез, а о целой системе пред­положений, допущений, обобщений, эмпирических и теорети­ческих законов и принципов. Поскольку все они в конечном итоге опираются на твердо установленные, действительные фак­ты, но в то же время выходят за их рамки, постольку их можно (а с логической точки зрения и необходимо) рассматривать как гипотезы. Правда, степень их подтверждения неодинакова: простые обобщения, и даже эмпирические законы, имеют меньшую степень правдоподобия, чем законы теоретические и тем более системы теоретических законов, составляющие ядро

развитой научной теории. В принципе любые теоретические утверждения и системы таких утверждений в опытных и факту-альных науках, начиная от эмпирических утверждений и кон­чая теориями, представляют собой гипотезы. Поскольку, однако, они выступают не обособленно и изолированно, а связаны друг с другом отношением логической дедукции, постольку степень их правдоподобия бывает настолько высока, что приближается к практической достоверности. Именно поэтому, например, законы классической механики казались на протяжении двух с лишним столетий незыблемыми, абсолютными законами природы.

Такой характер им придала прежде всего гипотетико-дедуктив-ная система, созданная впервые в механике И. Ньютоном. В «Математических началах натуральной философии» он начина­ет изложение этой системы с определения основных понятий механики и формулировки трех основных законов движения. Важнейшим из них является второй закон, устанавливающий, что «изменение количества движения пропорционально прило­женной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует»¹. Математически он выражается формулой:

где F — движущая сила;

т — масса материальной точки;

v — скорость материальной точки. Считая массу постоянной, можно получить основную фор­мулу нерелятивистской механики:

т Ш F = —ⁱ— '- = та, dt

где а — ускорение.

Из этого и двух других основных законов движения с по­мощью правил логики и математики могут быть получены в ка­честве следствий все основные результаты классической меха­ники. В частности, рассмотренный выше закон свободного па­дения тел Галилея можно представить как частный случай вто-

^J Ньютон И. Математические начала натуральной философии. — М.: Наука, 1989.- С.40.

рого закона Ньютона в виде следующего дифференциального уравнения:

md²S, v d²S

а² л²

Отсюда при выборе постоянных интегрирования vo=0, t=0 непосредственно получим:

dS. ' gt²

V =----- = gt И Л = -—

dt ^s 2

(знак минус показывает, что ускорение свободного падения направлено к центру Земли).

Если дополнить три основных закона движения законом всемирного тяготения, то из них можно аналогичным путем вывести установленные И. Кеплером законы движения планет.

Роль Ньютона в разработке гипотетико-дедуктивного мето­да и построении на ее основе классической механики трудно переоценить. До появления теории относительности и кванто­вой механики принципы, выдвинутые Ньютоном, считались непререкаемыми истинами.

Вклад Ньютона в развитие гипотетико-дедуктивного метода сравнивают обычно с вкладом Евклида, использовавшего ак­сиоматический метод для построения элементарной геометрии. Некоторые ученые считают, что Ньютон подражал античным геометрам, и такое мнение не лишено оснований, поскольку он высоко ценил ясность и точность их метода изложения. Но та­кое «подражение» выражает лишь внешнюю сторону дела, суть же его заключается в том, что Ньютон не ограничился дедук­тивной систематизацией известного знания, а разработал осо­бый индуктивно-дедуктивный метод для поиска исходных прин­ципов механики. Исследователи творчества Ньютона называют подобный метод методом принципов. Его содержание можно выразить, процитировав И. Ньютона: «Вывести два или три об­щих принципа движения из явлений и после этого изложить, ка­ким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных принципов, было бы очень важным шагом в филосо­фии, хотя бы причины этих принципов и не были еще открыты»¹.

Нахождение и правильная формулировка таких принципов составляют труднейший и важнейший этап создания научной

теории, в котором наряду с теоретическим анализом и синте­зом, а также логико-методологическим их обоснованием доми­нирующую роль играют интуиция, талант и опыт ученого. Ра­зумеется, такой поиск принципов предполагает широкое ис­пользование гипотез самого различного характера, начиная от индуктивных обобщений отдельных случаев и кончая универ­сальными гипотезами типа принципов. Иногда в литературе по истории и методологии науки можно встретить утверждения, что Ньютон был противником использования гипотез в науке, в доказательство чего приводят его известное заявление: «Hypo­theses поп fingo» («Гипотез не измышляю»). В действительности же он выступал против измышления чисто умозрительных, на­турфилософских и произвольных гипотез, которые были в большом ходу в его время. Он также боролся против приписы­вания предметам и явлениям так называемых «скрытых ка­честв», с помощью которых натурфилософы пытались объяс­нить реальные явления. Ньютон считал, что такие объяснения ничего нового не дают, а лишь затемняют процесс познания явлений. Поэтому он рассматривает исходные принципы науки не как утверждения о скрытых качествах, а как «общие законы природы, согласно которым образованы все вещи; истинность этих принципов становится очевидной из явлений природы, хотя причины и не открыты до сих пор».

На первоначальном этапе исследования, как указывал Ньютон, допустимо чисто математическое определение физических величин и соотношений между ними. Так, например, закон всемирного тяго­тения, который, по мнению Ньютона, не вскрывает действитель­ной причины тяготения, а устанавливает лишь прямую пропор­циональную зависимость силы тяготения от произведения масс тел и обратно пропорциональную зависимость от квадрата рас­стояния между ними. Однако в сравнении с эмпирическими зако­нами Кеплера он представляет собой новый шаг в познании при­роды. Закон всемирного тяготения не является индуктивным об­общением данных опыта, ибо он содержит теоретические понятия и идеализации, которые отсутствуют в эмпирическом познании. В то же время его нельзя было вывести дедуктивно из имевшегося теоретического знания. По-видимому, именно это обстоятель­ство побудило Ньютона выдвинуть свой метод принципов, в ко­тором органически сочетаются анализ и синтез при исследовании явлений природы: «Как в математике, так и в натуральной филосо­фии, — писал он, — исследование трудных предметов методом анали­за всегда должно предшествовать методу соединения. Такой анализ

¹ Вавилов СИ. Собр. соч. Т. 3,— М.: Изд-во АН СССР. 1956. — С. 209.

;/

состоит в производстве опытов и наблюдений, извлечении общих заключений из них посредством индукции и недопущении иных воз­ражений против заключений, кроме полученных из опыта и других достоверных истин. Ибо гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии. И хотя аргументация на основа­нии опытов не является доказательством общих заключений, од­нако, это лучший путь аргументации, допускаемый природой ве­щей, и может считаться тем более сильным, чем общее индук­ция... Путем такого анализа мы можем переходить от соединений к их ингредиентам, от движений — к силам, их производящим, и вооб­ще от действий — к их причинам, от частных причин — к более об­щим, пока аргумент не закончится наиболее общей причиной»¹.

Метод принципов Ньютона оказал громадное воздействие на все последующее развитие теоретической физики и факти­чески был доминирующим в XVIII—XIX вв. Значение этого ме­тода возрастает по мере того, как увеличивается расстояние между основными принципами науки и теми ее следствиями, которые допускают опытную проверку. А. Эйнштейн отмечал, что раньше многие ученые склонялись к мысли о возможности получения основных понятий и принципов физики из опытов логическим путем с помощью процесса абстрагирования: «Ясное понимание неправильности такого представления, — продолжает он, — дала лишь общая теория относительности; она показала, что, опираясь на фундамент, значительно отличающийся от ньюто­новского, можно объяснить соответствующий круг эксперимен­тальных данных более удовлетворительным образом, чем, опираясь на фундамент, взятый Ньютоном»². По мнению Эйнштейна, именно факт существования различных теоретических принци­пов свидетельствует об умозрительном характере самих прин­ципов. «Результаты опыта — чувственные восприятия — заданы нам, теория же, которая интерпретирует и объясняет их, соз­дается человеком. Эта теория, — продолжает Эйнштейн, — яв­ляется результатом исключительно трудоемкого процесса при­способления: гипотетического, никогда окончательно не закон­ченного, постоянно подверженного спорам и сомнениям»³.

•Ценность любой теоретической системы опытного знания состоит прежде всего в том, насколько много позволяет она

Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях и изгибаниях света. — М.. Госиздат, 1927.— С.306.

² Эйнштейн А. Физика и реальность. — М.:1965. — С.63.

³ Там же,- С.67.

получать логические следствия, доступные опытной проверке. Отсюда ясно, что и в опытных науках, которые раньше счита­лись исключительной сферой приложения индуктивного мето­да, дедукция служит важнейшим средством унификации ре­зультатов эмпирического исследования, объединения их в рам­ках единой теоретической системы знания. По отношению к такой наиболее развитой опытной науке, как физика, эта роль дедукции хорошо раскрыта в известной речи А. Эйнштейна «О методе теоретической физики»: «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 страницы»¹.