Строение естественнонаучной теории

Одной из центральных тем при анализе научного знания была проблема строения естественнонаучной теории. В отечественной философии науки научное знание полагается сложной, иерархически упорядоченной системой. Теория является лишь одним из возможных способов систематизации знания: есть и другие уровни систематизации: суждения, умозаключения, научные дисциплины²⁶. Тем не менее в отечественной философии науки основной клеточкой анализа знания выступала теория. (Хотя, как будет показано ниже, шли и идут поиски и других единиц анализа строения научного знания.) От других единиц анализа знания теория отличается тем, что она выступает формой достоверного знания²⁷.

В самом научном познании можно выделить иерархически организованные понятийные системы, в которых усматриваются такие компоненты: эмпирический базис теории — множество фактов, требующих теоретического объяснения; система основных положений — аксиом, допущений, общих законов и принципов теории; совокупность выведенных в теории положений и доказательств, представляющих собой массив теоретического знания. Задача методологии — адекватно реконструировать эти реальные системы, противопоставить им модель, которая была бы (и это уже является, по-видимому, «сверхзадачей» методологии) общей для всех типов теоретических систем и смогла бы учесть их особенности.

В отечественной методологии подвергалась критике как неадекватная реконструкция естественнонаучной теории как частично интерпретированной аксиоматической системы (так называемая стандартная гипотетико-дедуктивная модель теории²⁸). Критические дискуссии велись параллельно с теми дебатами, которые осуществлялись в это же время в зарубежной философии науки. Так же как и зарубежные исследователи отечественные методологи указывали на трудности, с которыми встречается стандартная гипотетико-дедуктивная модель. Это трудности и логического порядка (парадокс теоретизирования Гемпеля), и теоретико-познавательного плана: в рамках гипотетико-дедуктивной схемы оказывается невозможным объяснить природу и происхождение сверхэмпирического содержания, существование которого признается допущением частичности эмпирической интерпретации теории.

Вообще говоря, в советской методологии гипотетико-дедуктивная реконструкция теории не отвергалась; просто в качестве таковой всегда имелась в виду ее так называемая нестандартная версия. При этом как на одно из существенных отличий нестандартной реконструкции от стандартной указывалось на то, что аксиомы нестандартной схемы могут обладать интерпретацией до того, как они получат ее за счет связи с эмпирией. (В стандартной реконструкции вся интерпретация достигается за счет связи терминов теории с эмпирией²⁹.)

Другое существенное отличие нестандартной схемы от стандартной заключается в том, что в ней признается, что теория содержит в себе в качестве важного и постоянного элемента модель реальности. В стандартной схеме такая модель если и признавалась, то лишь в качестве компонента «строительных лесов» теоретического знания, который, выполнив свою эвристическую функцию в генезисе теории, затем убирается. В гипотетико-дедуктивной схеме, фигурирующейся в отечественной методологии и анализирующейся здесь, центральными являются представления о модели как элементе теории, встроенном в ее структуру³⁰.

Велась не только критическая работа — шли позитивные разработки нестандартной гипотетико-дедуктивной схемы теоретического знания, в процессе которых она становилась все более адекватной реальным теоретическим системам. Исследования проводились по следующим направлениям.

1. Выяснялась природа абстрактных объектов теории.

2. Уточнялся характер интерпретации теоретических терминов.

3. Шли поиски других, отличных от теории единиц методологического анализа знания, позволяющих учесть его динамический аспект.

4. Устанавливались возможности и границы аксиоматического метода в естественных науках.

В качестве основных метаметодологических предпосылок анализа структуры и строения научного знания выступали следующие положения:

а) реконструкция структуры научной теории не должна носить нормативного характера; она не призвана служить идеалом, на который должна ориентироваться научная практика; напротив, процесс моделирования должен постоянно сопоставляться с реальными теоретическими системами, с целью корректировки строящейся реконструкции;

б) основной акцент при анализе должен делаться не на формальной, а на содержательной стороне познавательного процесса. И.С.Алексеев, один из наиболее талантливых исследователей рассматриваемой проблематики, к сожалению рано ушедший из жизни, в связи с этим отмечает, что язык науки имеет два плана: план выражения (форма языка), и план содержания (смысла, значения). «Они конечно связаны между собой, — пишет он. — ...Однако ограничение только планом выражения оставляет за «бортом» многие стороны реального физического знания. Это не удивительно, ибо полный успех в деле применения логико-математических исчислений для анализа структуры реального физического знания возможен лишь при условии, что мыслимая структура плана содержания полностью и без остатка выражает содержание. А это не так...»³¹.

Следует отметить, что наиболее исследованной в содержательном плане оказалась структура физической теории. В 1980 г. сектором философских вопросов физики была опубликована коллективная монография, специально посвященная анализу природы и строения физической теории³². Авторы монографии изучали статус важнейших характеристик и параметров физической реальности в структуре физического знания³³; исследовали математические структуры, лежащие в основании физических теорий и анализировали возможности аксиоматизации концептуальных систем физики, открываемые наличием таких структур³⁴; анализировали проблему редукции и сравнимости теорий³⁵ и т.д.

Именно содержательный подход к анализу научного знания дал основание Ю.В.Сачкову утверждать, что с развитием науки идет не только смена теорий, меняется само понимание того, что такое научная теория. Анализируя структуру физических теорий, Ю.В.Сачков вводит представление о двух типах теорий: жестко детерминированных и статистических; последние возникли в ходе разработки молекулярно-кинетической теории газов и нашли свое кульминационное развитие в области изучения квантовых явлений. Г.Я.Мякишев выделяет в структуре современного физического знания динамические и статистические теории, усматривая основное отличие между ними в том, что они по-разному описывают состояние физических систем³⁶. Отмечается, что по отношению к различного типа теориям в науке могут применяться и принципиально разные методы анализа³⁷. И именно содержательный подход стимулировал отечественных методологов утверждать, что уже упоминавшаяся достоверность является не только необходимым, но и достаточным критерием идентификации теории и полагать, что более строгие определения теории, в частности требование относить к этому уровню систематизации знания лишь такие мысленные конструкции, с которыми можно сопоставить некоторую формально-логическую (дедуктивную) модель, являются слишком сильными, поскольку исключают из своего состава пока не поддающиеся формализации (биология) или в принципе не формализуемые (философия) теории³⁸.

Тем не менее наряду с анализом конкретных теоретических систем велись поиски общей модели теории. Предполагалось, что эта модель приближается к логической (дедуктивной), сохраняя тем не менее специфику естественнонаучного, эмпирического знания. Искалась структура, которая может быть (пользуясь выражением Л.Б.Баженова³⁹) «высвечена» в возможно более широком классе естественнонаучных концептуальных систем естествознания и которая является общей для них. Таким образом содержательный подход накладывал свои особенности и на поиски логической структуры теории, так что сама реконструкция естественнонаучных теоретических систем носила скорее содержательно-логический характер.

И.В.Кузнецов, один из первых в отечественной философии осуществивший подобную реконструкцию физической теории, вычленил в ней три компонента: основание, ядро и воспроизведение. Над ними, согласно автору, надстраивается общая интерпретация теории, в которой осуществляется философское истолкование ее основных понятий и законов. В основание теории в качестве элементов, как полагает автор, входят эмпирический базис теории; идеализированный объект — абстрактная модель теоретической системы (к ней непосредственно относятся утверждения теории); фундаментальные понятия, характеризующие свойства идеализированного объекта; группа правил, устанавливающих процедуры измерения физических величин, а также правила, определяющие способы производства математических операций над символами. Ядро теории представляет собой систему общих законов, выраженных в математических уравнениях, характеризующих способы функционирования идеализированного объекта. Назначение третьей структурной части теории состоит в воспроизведении конкретного в понятии, реконструкции его в мышлении. Важнейшими функциями этой части теории являются объяснение и предсказание эмпирических фактов⁴⁰. И.В.Кузнецов обратил внимание на центральную роль идеализированного объекта теории. «Идеализированный объект по своему назначению в высокоорганизованной теоретической системе фактически играет роль фундаментальной идеи, на которую опирается все здание теории», — утверждал он⁴¹.

То, что научная теория содержит в своей структуре абстрактные объекты⁴², что именно они являются теми компонентами теоретического знания, к которым относятся уравнения теории, обеспечивая их семантической интерпретацией, было известно и в зарубежной философии науки. То новое, что было привнесено в исследования строения научного знания работами советских методологов в 70-80-е годы, состояло в том, что была выявлена сложная, иерархическая организация абстрактных объектов. Было показано, что вопреки весьма распространенному среди философов науки представлению абстрактные объекты отнюдь не образуют линейных цепочек последовательно конструируемых один из другого объектов. Напротив, они организованы как сложная система, которая включает в себя различные подсистемы и характеризуется уровневой организацией подсистем.

Основная заслуга в раскрытии системно-иерархического характера идеализированного объекта, его внутренней структуры принадлежит В.С.Степину. В работах этого автора 70-80-х гг.⁴³ в целостной сети теоретических конструктов, относительно которых формулируются высказывания теории, была выделена подсистема, которая вводится фундаментальными законами теории. Она получила название фундаментальной теоретической схемы. В классической механике такой схемой выступает корреляция абстрактных объектов этой теории: материальной точки, силы, инерциальной системы отсчета.

Помимо фундаментальной теоретической схемы в системе конструктов развитой научной теории В.С.Степин выделяет частные теоретические схемы. Анализ конкретных образцов теоретического знания позволил автору цитируемых работ утверждать, что частные теоретические схемы подчинены фундаментальной, хотя друг по отношению к другу имеют независимый статус. Различие между частной и фундаментальной теоретическими схемами соответствуют различию между основными законами теории и их следствиями — частными теоретическими законами. Так в классической механике существует набор частных теоретических схем, которые выступают в качестве моделей определенных конкретных разновидностей механического движения: теоретические схемы малых колебаний, вращения твердого тела, соударения упругих тел и т.д.⁴⁴.

Представление о линейной последовательности абстрактных объектов теории возникает в том случае, когда научная теория реконструируется как система высказываний, в которой одно высказывание логически выводится из другого. Именно такой подход был характерен для уже упоминавшейся стандартной гипотетико-дедуктивной схемы организации теоретического знания, согласно которой развертывание содержания теории осуществляется по нормам аксиоматико-дедуктивной системы знания. Обращение к реальным концептуальным системам позволило советским методологам показать, что наряду с дедуктивно-аксиоматическим развитием содержания знания в научной практике большую роль играет метод, который в отечественной философии науки получил название генетическо-конструктивного. Впервые представления о нем для математического знания были введены в работе известного отечественного логика и методолога В.А.Смирнова⁴⁵. Затем они были развиты для естественнонаучного знания в работах В.С.Степина, В.С.Швырева и др.⁴⁶. В этих работах было показано, что суть генетически-конструктивного метода в отличие от аксиоматико-дедуктивного, акцентирующего внимание на оперировании высказываниями, состоит в непосредственном обращении к абстрактным объектам теории. Процесс рассуждения предстает в этом случае как мысленное экспериментирование с этими объектами, в ходе которого происходит редукция фундаментальных теоретических схем к частным. Таким образом, было показано, что развертывание содержания теории осуществляется двумя взаимосвязанными способами: путем формальных операций со знаками теоретического языка, с одной стороны, и путем мысленного экспериментирования с абстрактными объектами теории, с другой⁴⁷.

Развитие содержания теории предполагает редукцию фундаментальной теоретической схемы к частным. В этой связи исследовался вопрос о способах и приемах такой редукции и подчеркивался сугубо неформальный характер этой процедуры. Так В.С.Степин на большом естественнонаучном материале убедительно демонстрирует, что вывод частных теоретических схем из фундаментальной превращается в решение специфической теоретической задачи и требует творческих усилий ученого⁴⁸. При этом автор утверждает, что операции построения частных теоретических схем не описываются в явном виде в постулатах и определениях теории: они демонстрируются на конкретных примерах. Такие примеры включаются в состав теории в качестве эталонных ситуаций («образцов»), показывающих, как осуществляется вывод следствий из основных уравнений теории⁴⁹. В классической механике к таким эталонам были отнесены выводы из законов Ньютона — законов малых колебаний, законов вращения твердого тела и т.д.⁵⁰.

На первый взгляд может показаться, что данное выше описание процедуры приложения фундаментальной теории к конкретным частным ситуациям тождественна куновской идее нормализованной науки. В самом деле, нормализованная наука характеризуется в работах Т.Куна как деятельность по решению задач, предполагающая использование парадигмальных образцов таких решений. И, таким образом, описание рассматриваемой процедуры, данное В.С.Степиным, оказывается довольно близким к тому, которое содержится в работах Т.Куна. Вместе с тем реконструкция отечественного философа является более содержательной, поскольку вводит в рассмотрение оперирование уже упоминавшимися выше фундаментальной и частными теоретическими схемами. В реконструкции, реализованной Т.Куном, такие компоненты, как идеализированная модель, равно как и представления о деятельности, связанной с мысленным экспериментированием с абстрактными объектами теории, в явном виде не содержатся. И это вполне объяснимо, поскольку американский исследователь продолжает оперировать представлением о теории как о системе высказываний.

Для отечественной философии науки общепризнанной и бесспорной является мысль, продиктованная гносеологическими предпосылками исследования, согласно которой абстрактные объекты теорий, выступая непосредственными референтами ее утверждений, представляют собой логическую реконструкцию реальности. Этот тезис развивался и отстаивался многими исследователями⁵¹. Находит он отражение и в работах В.С.Степина. Автор неоднократно подчеркивает, что конструкты теоретических схем, находясь в определенных отношениях друг к другу, образуют особую модель: это модель исследуемой реальности, выступающая идеализированной схемой изучаемых в теории процессов и репрезентирующая их существенные стороны⁵².

В работах ряда авторов указывалось на существование двух типов идеализированных объектов. Объекты первого типа не могут быть полностью экземплифицированы, т.е. отождествлены с какими-либо конкретными реальными объектами, но их реальные прообразы даны нам непосредственно, в виде «реальных двойников». Это «материальные точки», «идеальные газы» и т.п. идеализированные объекты классической физики. Реальные прообразы второго типа — их как раз и естественно квалифицировать как конструкты — не даны нам непосредственно. Примерами конструктов являются понятия «электромагнитное поле», «гравитационный потенциал», «вектор электрической или магнитной напряженности», «электроны» и т.п.⁵³.

Подытоживая, можно утверждать, что отечественные методологи разделяют реалистическую позицию в вопросе о природе и характере теоретического знания. Вместе с тем их реализм не является «наивным». Это особенно заметно при рассмотрении работ, посвященных природе абстрактных объектов теории и проблеме соотношения структуры теории и структуры изучаемого ею объекта. С позиции отечественных методологов структура научного знания не является следствием структуры исследуемого ею объекта и первая отнюдь не тождественна второй. Как отмечается, в пользу этого тезиса говорит прежде всего возможность существования различных репрезентаций в теории одного и того же объекта, а также частичный характер теорий: они реконструируют реальные системы в каком-либо одном отношении⁵⁴.

Обсуждая вопрос о соотношении теории и объекта, А.И.Ракитов утверждает, что если и возможно в данном случае использовать термин отражение, то речь следует вести о вторичном, знаковом отражении⁵⁵. Раскрывая механизмы такого отражения, А.И.Ракитов полагает, что оно «осуществляется посредством введения фундаментальных понятий, необходимых для формулирования основных законов; они устанавливают связь между изучаемыми процессами и явлениями, с одной стороны, и входят в структуру теории — с другой. При этом структура знаков, по крайней мере с формальной стороны, не изоморфна и не гомоморфна структуре предметной области»⁵⁶.

Понимание опосредованного, вторичного характера отражения присуще всем исследователям этой проблемы в нашей стране. «Элементарные объекты теории, — замечает один из исследователей методологических проблем физического знания (к сожалению, безвременно ушедший из жизни) Н.И.Степанов, — служат определенным источником представлений о реальности, хотя вопрос об их онтологическом статусе достаточно сложен. В свое время были попытки прямого отождествления материальной точки с реальными объектами (например, с атомами, как это делал Лаплас). Теперь эти попытки обнаружили свою несостоятельность. Однако общая проблема осталась и даже обострилась, так как объекты современной физики уже не могут рассматриваться как продукт непосредственного абстрагирования или идеализации чувственно воспринимаемых предметов»⁵⁷.

Специальное исследование иконических и знаковых моделей теории проводилось ленинградскими исследователями Л.Е.Анисимовой и В.А.Штоффом, в работах которых обосновывалось, что эти модели находятся в отношении изоморфизма к репрезентируемому объекту⁵⁸.