Законы науки

, способы их открытия и обоснования

1. Законы и их роль в научном исследовании.

Открытие и формулировка законов составляет важнейшую цель научного исследования: именно с помощью законов выражаются существенные связи и отношения предметов и явлений объективного мира.

Все предметы и явления реального мира находятся в вечном процессе изменения и движения. Там, где на поверхности эти изменения кажутся случайными, не связанными друг с другом, наука вскрывает глубокие, внутренние связи, в которых отражаются устойчивые, повторяющиеся, инвариантные отношения между явлениями. Опираясь на законы, наука получает возможность не только объяснять существующие факты и события, но и предсказывать новые. Без этого немыслима сознательная, целенаправленная практическая деятельность.

Путь к закону лежит через гипотезу. Действительно, чтобы установить существенные связи между явлениями, мало одних наблюдений и экспериментов. С их помощью мы можем обнаружить лишь зависимости между эмпирически наблюдаемыми свойствами и характеристиками явлений. Таким путем могут быть открыты только сравнительно простые, так называемые эмпирические законы. Более глубокие научные или теоретические законы относятся к ненаблюдаемым объектам. Такие законы содержат в своем составе понятия, которые нельзя ни непосредственно получить из опыта, ни проверить на опыте. Поэтому открытие теоретических законов неизбежно связано с обращением к гипотезе, с помощью которой пытаются нащупать искомую закономерность. Перебрав множество различных гипотез, ученый может найти такую, которая хорошо подтверждается всеми известными ему фактами. Поэтому в самой предварительной форме закон можно охарактеризовать как хорошо подтвержденную гипотезу.

В своих поисках закона исследователь руководствуется определенной стратегией. Он стремится найти такую теоретическую схему или идеализированную ситуацию, с помощью которой он смог бы в чистом виде представить найденную им закономерность. Иными словами, чтобы сформулировать закон науки, необходимо абстрагироваться от всех несущественных связей и отношений изучаемой объективной действительности и выделить лишь связи существенные, повторяющиеся, необходимые.

Процесс постижения закона, как и процесс познания в целом, идет от истин неполных, относительных, ограниченных к истинам все более полным, конкретным, абсолютным. Это означает, что в процессе научного познания ученые выделяют все более глубокие и существенные связи реальной действительности.

Второй существенный момент, который связан с пониманием законов науки, относится к определению их места в общей системе теоретического знания. Законы составляют ядро любой научной теории. Правильно понять роль и значение закона можно лишь в рамках определенной научной теории или системы, где ясно видна логическая связь между различными законами, их применение в построении дальнейших выводов теории, характер связи с эмпирическими данными. Как правило, всякий вновь открытый закон ученые стремятся включить в некоторую систему теоретического знания, связать его с другими, известными уже законами. Это заставляет исследователя постоянно анализировать законы в контексте более широкой теоретической системы.

Поиски отдельных, изолированных законов в лучшем случае характеризуют неразвитую, дотеоретическую стадию формирования науки. В современной, развитой науке закон выступает как составной элемент научной теории, отображающей с помощью системы понятий, принципов, гипотез и законов более широкий фрагмент действительности, чем отдельный закон. В свою очередь система научных теорий и дисциплин стремится отобразить единство и связь, существующую в реальной картине мира.

2. Логико-гносеологический анализ понятия “научный закон”

Выяснив объективное содержание категории закона, необходимо ближе и конкретнее рассмотреть содержание и форму самого понятия “научный закон”. Предварительно мы определили научный закон как хорошо подтвержденную гипотезу. Но не всякая хорошо подтвержденная гипотеза служит законом. Подчеркивая тесную связь гипотезы с законом, мы хотим прежде всего указать на решающую роль гипотезы в поисках и открытии законов науки.

В опытных науках не существует другого пути открытия законов, кроме постоянного выдвижения и проверки гипотез. В процессе научного исследования гипотезы, противоречащие эмпирическим данным, отбрасываются, а те, которые обладают меньшей степенью подтверждения, заменяются гипотезами, имеющими более высокую степень. При этом увеличение степени подтверждения в значительной мере зависит от того, может ли быть гипотеза включена в систему теоретического знания. Тогда о надежности гипотезы можно судить не только по тем эмпирически проверяемым следствиям, которые из нее непосредственно вытекают, но и по следствиям других гипотез, которые в рамках теории логически с ней связаны.

В качестве примера можно показать, как с помощью гипотетико-дедуктивного метода Галилей открыл закон свободного падения тел. Вначале он, как и многие его предшественники, исходил из интуитивно более очевидной гипотезы, что скорость падения пропорциональна пройденному пути. Однако следствия из этой гипотезы противоречили эмпирическим данным, и поэтому Галилей вынужден был отказаться от нее. Ему потребовалось около трех десятков лет, чтобы найти гипотезу, следствия которой хорошо подтверждались на опыте. Чтобы прийти к верной гипотезе, Кеплеру пришлось проанализировать девятнадцать различных предположений о геометрической орбите Марса. Вначале он исходил из простейшей гипотезы, согласно которой эта орбита имеет форму круга, но такое предположение не подтверждалось данными астрономических наблюдений. В принципе таков общий путь открытия закона. Ученый редко сразу находит верную идею. Начиная с простейших гипотез, он постоянно вносит в них коррективы и вновь проверяет их на опыте. В науках, где возможна математическая обработка результатов наблюдений и экспериментов, такая проверка осуществляется путем сравнения теоретически вычисленных значений с фактическими результатами измерений. Именно таким путем Галилей смог убедиться в правильности своей гипотезы и окончательно сформулировать ее в виде закона свободного падения тел. Этот закон, как и многие другие законы теоретического естествознания, представлен в математической форме, что значительно облегчает его проверку и делает легко обозримой связь между величинами, которую он выражает. Поэтому мы воспользуемся им для того, чтобы уточнить понятие закона, которое по крайней мере используется в наиболее развитых отраслях современного естествознания.

Как видно из формулы

,

закон свободного падения математически выражается с помощью функциональной зависимости двух переменных величин: времениt и пути S. Первую из этих величин мы принимаем в качестве независимой переменной, или аргумента, вторую - зависимой переменной, или функции. В свою очередь эти переменные величины отображают реальную взаимосвязь таких свойств тела, как путь и время падения. Выбрав соответствующие единицы измерения, мы можем выразить эти физические свойства или величины с помощью чисел. Таким путем оказывается возможным подвергнуть математическому анализу взаимосвязь между самыми различными по своей конкретной природе физическими или другими свойствами реальных предметов и процессов. Вся трудность при этом будет состоять не столько в том, чтобы найти подходящую математическую функцию для отображения зависимости между свойствами, сколько в том, чтобы обнаружить такую связь фактически. Иначе говоря, задача состоит в том, чтобы абстрагироваться от всех несущественных факторов исследуемого процесса и выделить свойства и факторы существенные, основные, определяющие ход процесса. Действительно, интуитивно мы вполне можем допустить, что расстояние, пройденное падающим телом, зависит от его массы, скорости, а может быть, даже и температуры. Однако физический опыт не подтверждает эти предположения.

Вопрос о том, какие факторы оказывают существенное влияние на ход процесса, а от каких можно абстрагироваться, представляет весьма сложную проблему. Ее решение связано с выдвижением гипотез и их последующей проверкой. Рассуждая абстрактно, можно допустить бесконечное множество гипотез, в которых учитывалось бы влияние самых различных факторов на процесс. Ясно, однако, что проверить все их экспериментально нет никакой практической возможности. Возвращаясь к закону свободного падения, мы видим, что движение падающего тела всегда происходит единообразным путем и зависит прежде всего от времени. Но в формуле закона встречаются также начальный путь, пройденный теломS₀ , и его начальная скорость V₀ , которые представляют фиксированные величины, или параметры. Они характеризуют первоначальное состояние движения какого-либо конкретного физического тела. Если известны эти начальные условия, то мы можем точно описать его поведение в любой момент времени, т. е. в данном случае найти путь, пройденный падающим телом в течение любого промежутка времени.

Возможность абстрагирования законов движения из хаотического множества происходящих вокруг нас явлений, замечает известный американский физик Е. Вигнер, основывается на двух обстоятельствах. Во-первых, во многих случаях удается выделить множество начальных условий, которое содержит все то, что существенно для интересующих нас явлений. В классическом примере свободно падающего тела можно пренебречь почти всеми условиями, кроме начального положения и начальной скорости: его поведение всегда будет одним и тем же, независимо от степени освещенности, наличия вблизи от него других тел, их температуры и т. д. Не менее важноезначение имеет то обстоятельство, что при одних и тех же существенных начальных условиях результат будет одним и тем же независимо от того, где и когда мы их реализуем. Иначе говоря, абсолютное положение и время никогда не являются существенными начальными условиями. Это утверждение, продолжает Вигнер, стало первым и, может быть, наиболее важным принципом инвариантности в физике. Не будь ее, мы бы не могли открывать законы природы.

Существование устойчивых, постоянных инвариантных отношений среди беспрестанно изменяющихся свойств, признаков и характеристик предметов и явлений служит основой для выделения или абстрагирования законов. При этом безразлично, идет ли речь о свойствах отдельно взятого предмета или различных предметов. Как сами предметы, так и их свойства не остаются одинаковыми, они испытывают различные изменения, которые в естественных науках описываются с помощью переменных величин. Как бы ни менялись свойства и характеристики предметов и процессов, в их изменении всегда можно выделить некоторые устойчивые, постоянные отношения. Хотя расстояние, пройденное падающим телом, непрерывно изменяется с течением времени, отношение пути к квадрату времени остается постоянным. Эта постоянная величина представляет ускорение свободно падающего тела. В более общем, втором законе Ньютона ускорение изменяется пропорционально действующей силе:

F == та,

гдеF - сила, т - масса, а - ускорение.

Однако и здесь отношение силы к ускорению представляет величину постоянную, численно равную массе тела.

Все эти примеры показывают, что там, где возможно количественное измерение исследуемых величин, понятие закона выражает постоянное, инвариантное отношение между переменными величинами, которое в свою очередь отображает существование постоянных, устойчивых отношений между определенными свойствами, признаками и характеристиками реальных предметов и процессов. Такое уточнение является конкретизацией общего понятия закона в отношении к тем наукам, законы которых могут быть выражены на языке математики.

Обратимся теперь к анализу логической структуры высказываний, выражающих законы науки. Первой, чаще всего бросающейся в глаза особенностью законов является их общность, или универсальность, в каком-либо отношении. Эта черта ясно видна при сопоставлении законов с фактами. В то время как факты являются единичными утверждениями об отдельных вещах и их свойствах, законы характеризуют устойчивые, повторяющиеся, общие отношения между вещами и их свойствами. В простейших случаях закон представляет обобщение эмпирически наблюдаемых фактов и поэтому может быть получен индуктивным путем. Но так обстоит дело только с эмпирическими законами. Более сложные, теоретические законы возникают, как правило, из гипотез. Поэтому наиболее очевидным условием, чтобы гипотеза стала законом, является требование, чтобы эта гипотеза была хорошо подтверждена фактами. Однако хорошо подтвержденная гипотеза не обязательно выражает закон. Она может представлять и предсказание какого-либо отдельного явления или события и даже какого-то нового факта. Вот почему необходимо внимательнее рассмотреть логическую форму тех высказываний, которые называют законами науки.

•Первый критерий, который относится скорее к количественной характеристике высказываний, дает нам возможность отличать законы от фактов. Как мы уже отмечали, факты всегда выражаются с помощью единичных, утверждений, законы же формулируются с помощью общих высказываний. В каком же смысле можно говорить об общности, или универсальности, высказываний? В науке выделяют, по крайней мере, три таких смысла, когда говорят о высказываниях, выражающих ее законы.

Во-первых, общность, или универсальность, может относиться к понятиям или терминам, встречающимся в высказывании о законе. Такую общность называют концептуальной или понятийной. Если все понятия, входящие в формулировку закона, являются общими, или универсальными, то и сам закон считается универсальным. Эта особенность присуща наиболее общим, универсальным и фундаментальным законам. К числу таких законов следует отнести в первую очередь законы материалистической диалектики. Наряду с ними фундаментальными считают и многие законы природы, такие, как закон всемирного тяготения, сохранения энергии, заряда и другие. В фундаментальных законах все понятия являются универсальными по объему, и поэтому в них не встречаются индивидуальные термины и константы. Так, закон всемирного тяготения устанавливает существование гравитационного взаимодействия между любыми двумя телами во Вселенной. Но многие законы естествознания имеют форму частных, или экзистенциальных, утверждений. Поэтому в них наряду с универсальными терминами встречаются также и термины, характеризующие индивидуальные тела, события или процессы. Например, за коны Кеплера, описывающие движение планет Солнечной системы, не относятся к фундаментальным, так как содержат в своем составе термины, обозначающие Солнце, планеты и некоторые частные константы. Законы геофизики отображают процессы, которые происходят на Земле. Законы биологии относятся только к живой материи, а законы психологии - к функционированию сознания. Мы не касаемся здесь статистических законов, начинающих играть все более существенную роль в современной науке. Эти законы также не являются фундаментальными, поскольку они выражаются в форме экзистенциальных утверждений.

Все приведенные примеры достаточно ясно показывают, что требование концептуальной, или понятийной, универсальности нельзя считать ни необходимым, ни достаточным условием закона. Очень часто в законе вместе с универсальными понятиями (терминами) встречаются также термины частного или даже индивидуального характера. Строго универсальными и фундаментальными кроме законов материалистической диалектики являются лишь некоторые законы физики и химии, в которых отображаются наиболее общие свойства материи. И все же признак общности, универсальности в каком-либо отношении представляет характерную черту всех законов. В противном случае нельзя было бы даже говорить о законе как существенной, устойчивой, повторяющейся связи свойств и отношений реального мира. Эта общность может выражаться по-разному, начиная от законов, имеющих строго универсальный или почти универсальный характер, и кончая законами, относящимися к довольно узкой области явлений. Но какова бы ни была эта общность, тенденция к универсализации законов достаточно ясно прослеживается в философской литературе и она помогает нам понять природу современной науки.

В связи с этим вполне целесообразно разделение законов на фундаментальные и производные. Фундаментальные законы должны удовлетворять требованию концептуальной универсальности: они не должны содержать никаких частных, индивидуальных терминов и констант, ибо иначе не смогут служить в качестве посылок для выводов. Производные законы можно вывести из фундаментальных вместе с необходимой для этого дополнительной информацией, содержащей характеристику параметров системы или процесса. Так, например, законы Кеплера можно логически вывести из закона всемирного тяготения и основных законов классической механики вместе с необходимой для этого эмпирической информацией о массах, расстояниях, периодах обращения планет и другими характеристиками.

Второй смысл понятия универсальности законов касается их пространственно-временной общности. Часто законы называют фундаментальными или универсальными также потому, что они применяются к соответствующим объектам или процессам, независимо от времени и места. В физике и химии к таким законам относят законы, являющиеся универсальными относительно пространства и времени. Как впервые подчеркнул выдающийся английский ученый Д.К. Максвелл, основные законы физики ничего не говорят об индивидуальном положении в пространстве и времени. Они являются совершенно общими относительно пространства и времени. Максвелл был твердо убежден в том, что сформулированные им законы электромагнетизма в форме математических уравнений являются универсальными во Вселенной и поэтому выполняются и на Земле, и на других планетах, и в космосе. В отличие от этого частные законы применимы лишь в определенной области пространства-времени. Признак пространственно-временной универсальности явно не подходит, например, к законам геологии, биологии, психологии и ко многим другим, которые действительны не всюду в пространстве и времени, а лишь в тех или иных ограниченных областях. В связи с этим кажется целесообразным различать законы универсальные в пространстве и времени, региональные и индивидуальные. К универсальным будут относиться законы физики и химии, имеющие фундаментальный характер. К региональным можно отнести многие законы биологии, психологии, социологии и других наук. Такие законы выполняются лишь в более или менее ограниченных областях (регионах) пространства-времени. Наконец, индивидуальные законы отображают функционирование и развитие какого-либо фиксированного в пространстве объекта с течением времени. Так, законы геологии выражают существенные отношения процессов, происходящих на Земле. Даже многие законы физики и химии, не говоря уже о биологии, по сути дела, связаны с изучением процессов, происходящих на Земле.

Третий смысл понятия универсальности закона связан с возможностью квантификации суждения, выражающего закон. Строго универсальные или фундаментальные законы, справедливые для всех частных случаев их проявления, логически можно выразить с помощью высказываний с универсальным квантором. Все производные и региональные законы, которые действительны лишь для определенного числа случаев, представляются в форме высказываний с экзистенциальным квантором, или квантором существования. При этом для символической логики совершенно безразлично, идет ли речь об одном или нескольких и даже почти всех случаях закона. Экзистенциальный квантор постулирует возможность, что существует по крайней мере один случай, для которого выполняется закон. Но такой абстрактный подход неадекватно отражает положение дел в эмпирических науках, где высказывания, справедливые для большинства или почти всех случаев, часто рассматриваются как подлинные законы. Мы не говорим уже о


29-04-2015, 03:02