Что такое научный метод?

В вводной главе ко второй книге утверждалось, что метод науки свободен от ограничений и недостатков отброшенных нами альтернативных методов устранения сомнения. Мы заявили, что научный метод является наиболее гарантированным способом из всего, что изобрело человечество, для контролирования потока вещей и установления устойчивых верований. Каковы основополагающие свойства этого метода? Мы уже детально исследовали различные составные части научного метода. В этой главе мы сведем воедино все наиболее важные нити, присутствовавшие во всем проведенном нами обсуждении.

Факты и научный метод. Метод науки не нацелен на то, чтобы прихотливым образом накладывать на поток вещей людские желания и ожидания. При этом его можно использовать для удовлетворения людских потребностей. Однако его успешное применение зависит от организованного специальным образом поиска и признания безотносительно людских пожеланий той структуры, которой обладает этот поток.

1. Научный метод нацелен на открытие того, каковы на самом деле факты, и его использование должно руководствоваться именно открываемыми фактами. Однако, как мы уже не раз отмечали, природу фактов нельзя открыть без критического размышления. Знание фактов не может быть приравнено к непосредственным данным нашего чувственного восприятия. Когда наша кожа вступает в контакт с объектами, имеющими высокую температуру, или с жидким воздухом, то наши непосредственные чувственные восприятия могут быть схожими. Однако из этого мы не можем заключить, что температуры тех веществ, которых мы коснулись, являются одинаковыми. Чувственный опыт ставит проблему знания, однако прежде чем можно будет получить знание, к этому непосредственному и окончательному опыту должен быть добавлен рефлективный анализ.
2. Каждое исследование происходит из ощущения наличия какой-либо проблемы, поэтому ни одно исследование даже не может начаться до тех пор, пока не будет проведен некоторый отбор или отсеивание предметной области. На протяжении всей книги мы утверждали, что для такого отбора необходимо наличие некоторой гипотезы, исходного предположения, предрассудка, которым бы руководствовался исследователь и который ограничивал бы изучаемую предметную область. Любое исследование является специальным в том смысле, что оно решает определенную проблему, и нахождение решения является концом исследования. Бесполезно собирать факты, если нет проблемы, к которой они должны относиться.
3. Способность формулировать проблему, решение которой будет также и решением для многих других проблем, является редким даром, требующим гениальности. Проблемы, с которыми мы встречаемся в обыденной жизни, могут быть решены, если они вообще решаемы, с помощью применения научного метода. Однако такие проблемы, как правило, не ставят масштабных вопросов. Наиболее удивительные способы применения научного метода обнаруживаются в различных естественных и общественных науках.
4. «Факты», к которым обращается исследование, представляют собой суждения, для истинности которых есть достаточное основание. Следовательно, то, чем являются факты, должно определяться исследованием и не может определяться случайным образом. Более того, то, что мы считаем фактами, зависит от того, на каком уровне исследования мы находимся. Поэтому не существует строгого разделения между фактами и догадками или гипотезами. Во время любого исследования статус суждения может изменяться от гипотезы к факту или от факта к гипотезе. Следовательно, в случае каждого так называемого факта можно задаться вопросом о том, какими основаниями он обладает, даже если этот вопрос не каждый раз формулируется непосредственным образом.

Гипотезы и научный метод. Метод науки был бы невозможен, если бы гипотезы, предлагаемые в качестве решений проблемы, нельзя было развивать для установления их импликаций. Полное значение гипотезы открывается в ее импликациях.

1. Те или иные гипотезы предлагаются исследователю содержанием анализируемой предметной области, а также уже имеющимся у него знанием. Правил получения плодотворных гипотез нет, равно как не существует и способа обнаружения значимых проблем.
2. Наличие гипотез требуется на каждой стадии исследования. Однако нужно не забывать и о том, что общие принципы или законы (подтвержденные в ранее проведенном исследовании) могут применяться в отношении текущего, еще не законченного исследования только с определенной долей риска, поскольку эти законы, на самом деле, могут оказаться неприменимыми. Общие законы любой науки функционируют как гипотезы, на которые опирается исследование на всех его стадиях.
3. Гипотезы могут рассматриваться как предположения возможных связей между реальными или воображаемыми фактами. Поэтому вопрос об истинности гипотез может не ставиться. Согласно данному подходу, необходимое свойство гипотезы заключается в том, чтобы ее можно было сформулировать в детерминированной форме, так чтобы с помощью логических средств можно было установить ее импликации.
4. Число гипотез, которые может формулировать исследователь, не ограничено и зависит от его воображения. Таким образом, существует потребность в методе выбора нужной гипотезы среди нескольких альтернатив и в методе установления того, что рассматриваемые альтернативы, на самом деле, являются различными гипотезами, а не только кажутся таковыми. Пожалуй, наиболее важной и лучше всего исследованной частью такого метода является формальное умозаключение. Именно поэтому нами подробно исследовалась структура формальной логики. Цель этого исследования заключалась в том, чтобы донести до читателя адекватный смысл того, что значит обоснованность, а также в том, чтобы у него сложилось общее представление относительно возможностей и сферы применения формальной логики.
5. Всегда удобно иметь в запасе несколько разных гипотез, следствия которых были тщательно изучены. В предложении и разработке альтернативных гипотез состоит задача математики. Математика получает импульс от естественных наук относительно того, какие именно гипотезы следует изучать; а естественные науки обязаны математике тем типом упорядоченности, который олицетворяет их предметная область.
6. Дедуктивная разработка гипотезы – не единственная задача научного метода. Поскольку возможных гипотез много, задача исследования заключается в определении того, какое из возможных объяснений или решений проблемы наилучшим образом согласуется с фактами. Таким образом, формальные соображения никогда не достаточны для установления материальной истинности какой-либо теории.
7. Абсолютная истинность не может быть доказана ни для одной гипотезы, в которой утверждается общее суждение. Мы видели, что в каждом исследовании, имеющем дело с фактами, применяется вероятностный вывод. Задача подобных исследований заключается в отборе именно той гипотезы, которая является наиболее вероятной в свете имеющихся оснований; задача же дальнейшего исследования сводится к отысканию других фактических оснований, которые увеличат или уменьшат правдоподобие такой теории.

Основания и научный метод. Научному методу всегда свойственно систематическое сомнение. Оно не распространяется на все вещи, поскольку очевидно, что это невозможно. Оно скорее направлено на случаи, где недостает адекватных оснований.

1. Наука не удовлетворяется психологической уверенностью, ибо сама по себе интенсивность того или иного верования не является гарантией его истинности. Наука требует и ищет адекватные в логическом смысле основания для утверждаемых в ней суждений.
2. Ни одно суждение, связанное с фактами, не является абсолютно несомненным. Ни одно суждение не может иметь столь хорошие основания, что никакие другие возможные основания не способны увеличить или уменьшить степень его правдоподобия. Однако в то время как никакое единичное суждение не является несомненным, подтверждающий его корпус знания, частью которого оно само является, обосновано лучше, чем любой другой альтернативный корпус знания.
3. Вследствие этого наука всегда готова отбросить теорию, когда того требуют факты. Однако нужно, чтобы факты действительно этого требовали. Зачастую имеет место лишь модификация теории, а ее сущность остается неизменной, поскольку факты противоречат лишь более ранней формулировке этой теории. Научная процедура, таким образом, в случае появления несовместимых с фактами теорий представляет собой сочетание готовности внести изменения и стремления придерживаться уже имеющихся теорий.
4. Верификация теорий является лишь приблизительной. Она просто показывает, что в рамках экспериментальной погрешности эксперимент совместим с верифицируемой гипотезой.

Система в идеале науки

Идеалом науки является получение систематической взаимосвязи фактов. Изолированные суждения не конституируют науку. Такие суждения служат лишь поводом для отыскания логических связей между ними и другими суждениями.

1. Здравый смысл удовлетворяется смешанным набором информации. Вследствие этого утверждаемые им суждения зачастую оказываются неясными, область их применения – неизвестной, а их совместимость в целом остается под вопросом. Таким образом, оказывается очевидным преимущество отыскания системы среди фактов. Условием достижения системы является привнесение точности в утверждаемые суждения. Это позволяет ясно определить ту меру, в которой суждения являются истинными. Более того, противоречия между утверждаемыми суждениями постепенно элиминируются, поскольку суждения, являющиеся частью системы, должны поддерживать и исправлять друг друга. Таким образом, расширяются границы имеющейся у нас информации и увеличивается ее точность. Научный метод, на самом деле, отличается от других методов именно своей точностью и числом исследуемых фактов.
2. Неверно полагать, что отбрасывание той или иной теории, что случается довольно часто, делает науку банкротом и демонстрирует ее неспособность обнаружить структуру исследуемой предметной области. Такие изменения указывают скорее на то, что наука прогрессивно реализует свой идеал, поскольку изменения происходят из исправления предшествующих наблюдений или рассуждений, а такое исправление означает, что мы получаем более надежные факты.
3. Для идеальной системы требуется, чтобы суждения, истинность которых в ней утверждается, были связаны без введения дополнительных суждений, основания для которых являются слабыми или вообще не существуют. Число присутствующих в системе несвязанных суждений или суждений, не имеющих оснований, минимально. Следовательно, внутри системы требование простоты, выраженное принципом бритвы Оккама, выполняется с высокой степенью эффективности. Принцип бритвы Оккама гласит, что количество сущностей не должно увеличиваться без надобности. Этот принцип можно интерпретировать как требование доказывать то, что является доказуемым. Идеал системы требует только этого.
4. Основания для суждений, являющихся элементами системы, накапливаются быстрее, чем основания для изолированных суждений. Основание для суждения может происходить из примеров его собственной верификации или же из примеров, верифицирующих другие суждения, связанные с первым суждением в рамках общей системы. Именно этот систематический характер научных теорий обусловливает высокую степень правдоподобия различных отдельных суждений науки.

Самокорректирующая природа научного метода

Наука не стремится достигнуть веры в формулируемые ей суждения любым способом и любой ценой. Суждения должны подкрепляться логически допустимыми основаниями, которые должны быть тщательно взвешены и проверены с помощью хорошо известных принципов необходимого или вероятностного вывода. Из этого следует, что метод науки является более стабильным и более важным для ученых, чем какой-либо отдельный результат, получаемый с его помощью.

1. В силу этого метода наука является самокорректирующим процессом. Она не апеллирует ни к какому специальному откровению или авторитету, который предоставляет несомненные и окончательные сведения. Наука не претендует на безошибочность, а опирается на методы развития и проверки гипотез для получения обоснованных заключений. Сами принципы научного исследования открываются в процессе критического размышления и также могут быть подвержены изменению в процессе изучения. Научный метод обусловливает установление и исправление ошибок посредством постоянного применения самого себя.
2. Общие суждения могут устанавливаться только посредством метода повторного отбора выборок. Следовательно, изучаемые наукой суждения либо подтверждаются во всех возможных экспериментах, либо модифицируются в соответствии с новыми основаниями. Именно эта самокорректирующая природа позволяет нам оспорить любое суждение, но при этом она также дает нам уверенность в том, что принимаемые наукой теории являются более правдоподобными, чем все альтернативные теории. Не претендуя на большую достоверность, чем тому способствуют имеющиеся основания, научный метод добивается успеха в получении большей логической достоверности, чем любой другой из когда-либо изобретенных методов.
3. В процессе сбора и взвешивания оснований имеет место непрерывная апелляция от фактов к теориям или принципам и от принципов к фактам. Поскольку нет ничего, что по своей природе было бы несомненным, не существует и абсолютно первых принципов, которые были бы самоочевидными или которые должны были бы предшествовать всему остальному.
4. Таким образом по своей сути метод науки является цикличным. Мы получаем основания для принципов посредством апелляции к эмпирическому материалу, коим считается факт, и мы отбираем, анализируем и интерпретируем эмпирический материал на основании принципов. В силу данной тактики взаимных уступок между фактами и принципами все, что является сомнительным, тщательно исследуется либо с одной стороны, либо с другой.

Абстрактная природа научных теорий

Никакая теория не утверждает всего, что можно было бы утверждать относительно конкретной предметной области. Каждая теория отбирает одни аспекты предметной области и отбрасывает другие. Если бы подобный отбор был бы невозможен, либо в силу того, что такие другие аспекты были бы нерелевантными, либо в силу того, что их влияние на отобранные аспекты было минимальным, то невозможной стала бы и наука в целом.

1. Все теории подразумевают проведение абстракции от конкретной предметной области. Нельзя привести ни одно правило, согласно которому можно было бы абстрагировать определенные аспекты предметной области и изучать их отдельно от других аспектов. Однако в силу той цели, которая стоит перед наукой, а именно получения систематической взаимосвязи явлений, в целом вычленяются именно те аспекты, которые обусловливают возможность достичь этой цели. В изучаемом явлении нужно отыскать определенные общие элементы так, чтобы бесконечное разнообразие явлений можно было рассмотреть как систему, в которой проявлена структура этих явлений.
2. В силу абстрактного характера теорий часто создается впечатление, что наука противоречит здравому смыслу. Здравый смысл не различает уникальный и проникающий характер вещей, и поэтому стремление науки обнаружить неизменные свойства зачастую воспринимается как нечто неестественное. Поэтому теории нередко считаются реально не существующими удобными фикциями. Однако подобная критика упускает из вида тот факт, что науку интересуют лишь некоторые отобранные неизменные отношения вещей и поэтому многие известные их свойства с необходимостью исключаются из сферы рассмотрения. Более того, такие критики забывают, что так называемый здравый смысл сам оперирует абстрактными терминами, которые являются знакомыми и все время спутываются и которые оказываются неадекватными для выражения сложной структуры потока вещей.

Типы научных теорий

Научное объяснение состоит из предположения конкретных событий на основании некоторого правила или закона, выражающего некое неизменное свойство группы событий. Эффект от такого прогрессивного объяснения событий посредством законов, а законов – посредством более общих законов или теорий заключается в проявлении взаимосвязи между многими на первый взгляд изолированными суждениями.

1. Однако ясно, что процесс объяснения на определенном этапе должен завершаться. Если нельзя установить, что определенные теории являются следствиями более обширной связи фактов, то эти теории следует оставить без объяснения и принять в виде грубого экзистенциального факта. Материальные соображения, представленные в форме случайных фактов, следует принимать, как минимум, в двух местах. Случайность присутствует на уровне чувственности: в чувственном опыте дано только это, а не то. Случайность также присутствует и на уровне объяснения: в потоке вещей обнаруживается присутствие определенной системы, которая, с точки зрения формальной логики, не является единственно возможной системой.
2. В предыдущей главе мы перечислили несколько видов «законов», которые нередко служат для объяснения явлений. Однако среди теорий существует и еще одно интересное различие. Одни теории апеллируют к некоему доступному для представления скрытому механизму, который должен объяснить наблюдаемые явления; другие теории воздерживаются от ссылки на подобные скрытые механизмы и используют отношения, вычлененные из непосредственно наблюдаемых явлений. Первые теории называются физическими, вторые – математическими, или абстрактными.

О данном различии важно не только знать, но и понимать, что одни люди по своему складу ума более склонны к одному виду теорий, а другие – к другому. При этом также важно не считать, что один из этих двух видов является более фундаментальным или более обоснованным, чем другой. В истории науки имело место постоянное колебание между теориями двух этих видов; иногда для конкретной предметной области с успехом применялись и оба вида теорий. Однако проясним, в чем же именно заключается их различие.

Английский физик Ранкин, предлагая объяснения данного различия, говорил, что для формирования теории существует два метода. В математической, или абстрактной, теории «класс объектов или явлений определяется… посредством описания… сочетания свойств, являющихся общими для всех объектов или явлений, составляющих данный класс в том виде, в котором он предстает в чувственном восприятии, без введения каких-либо гипотез». В физической теории «класс объектов определяется… как состоящий из недоступной для чувственного восприятия модификации какого-то другого класса объектов или явлений, законы которого уже известны».

Во втором виде теорий предлагается определенная визуальная модель для выражения скрытого от чувств механизма. Некоторые физики, например Кельвин, могут удовлетвориться только механическим объяснением наблюдаемых феноменов безотносительно того, насколько сложным может оказаться такой механизм. Примерами данного вида теорий являются химическая теория атома, кинетическая теория вещества в том виде, в котором она развита в гидродинамике и в поведении газов, теория гена в исследованиях наследственности, теория силовых линий в электростатике и предложенная недавно Бором модель атома в спектроскопии.

В теориях математического типа апелляция к скрытым механизмам элиминирована или представлена в самой минимальной форме. Пуанкаре наглядно описывает, как именно это может быть сделано: «Допустим, мы имеем дело с каким-либо механизмом, в котором можем наблюдать лишь работу исходного колеса и конечного колеса, при этом способ перехода движения от одного колеса к другому остается для нас скрытым. Мы не знаем, как именно связаны колеса: шестернями или ремнями, тягами или другими приспособлениями. Можно ли сказать, что понять что-либо об этом механизме можно, только разложив его на составные части? Разумеется, нет, поскольку закон сохранения энергии позволяет нам установить наиболее интересные факты. Мы без труда устанавливаем, что конечное колесо вращается в десять раз медленнее, чем исходное, поскольку мы видим эти два колеса; на основании этого мы можем заключить, что пара сил, воздействующая на первое колесо, будет компенсироваться десятикратной парой сил, воздействующей на второе. Для того чтобы установить данное отношение и узнать, каким образом силы компенсируют друг друга, нет нужды проникать внутрь механизма» [119] . Примерами подобных теорий являются теории гравитации, законы падающих тел Галилея, теория теплового потока, теория эволюции органического мира и теория относительности.

Как мы уже отмечали, бессмысленно спорить относительно того, какой тип теории является более фундаментальным и должен быть принят повсеместно. Оба вида теорий успешно применялись для координации обширных областей явлений и обусловили наиболее важные открытия. В одни периоды развития истории науки имеет место тенденция к использованию механических моделей или к атомистичности, в другие – к общим принципам, связывающим свойства, вычлененные из непосредственно наблюдаемых явлений, в третьи – к смешению или синтезу этих двух точек зрения. Некоторые ученые, такие как Кельвин, Фарадей, Лодж и Максвелл, демонстрируют исключительное предпочтение теориям «моделей», другие ученые, такие как Ранкин, Оствальд, Дюгем, лучше всего работают с абстрактными теориями, а такие ученые, как Эйнштейн, обладают необычным даром в одинаковой степени хорошо использовать оба вида теорий.