Сучасна методологія науки: сенс і перспективи

– Але світ! Але життя! Адже людина доросла, щоб знати відповідь на всі свої загадки.
– Що значить знати? Ось, друже мій, в чому питання. (Гете).

У стародавньому Єгипті і Вавилоні математика була організована як звід рецептів, зразків вирішення завдань. Знаходь аналогічне і роби так само. Наводити докази, що обґрунтовують такі рецепти, не тільки вважалося зайвим — просто не приходило в голову. Лише в античній культурі утвердилася звична для нас норма викладу математичних знань — доказ теорем, що виводяться з аксіом. Евклідова геометрія була першою розвиненою теорією в історії науки, побудованою відповідно до цієї норми.

Як ми сьогодні пояснюємо, чому настоянка волоського горіха знімає головний біль? До її складу входить компонент, який знижує артеріальний тиск. А вчений епохи Відродження, великий Парацельс, пояснював це інакше: симпатією між головою людини і горіхом. І те, і інше «росте нагорі». Вміст голови так само одягнений в тверду оболонку черепа, як ядро горіха — в шкаралупу. Розколіть горіх – і ви побачите, як його поверхня схожа на поверхню мозку.

У його час таке пояснення «через аналогію» вважалося цілком доказовим. Парацельс жив у переломну епоху, коли ще зберігалися риси стилю мислення середньовічної науки. Вчений же середньовіччя чітко поділяв знання правильне, підтверджене досвідом, і знання істинне, яке розкривало символічний сенс явищ і дозволяло через земне стикнутися зі світом небесних сутностей.

Історія науки яскраво демонструє, як від епохи до епохи змінювалися ідеали і норми пізнання, способи організації знання, способи наукової роботи.

Все змінюється – ідея не нова. А як змінюється і чому саме так, а не інакше? Не зрозумівши цього, не можна передбачити і майбутніх змін.

У наш час зміна фундаментальних теорій і цілих наукових парадигм відбувається стрімко. В таких умовах вчений повинен вміти вийти за рамки загальноприйнятого, сумніватися в непорушному і формувати все нові і нові методи, норми, ідеали наукового знання. Якщо врахувати прискорені темпи розвитку науки, то в майбутньому його навряд чи чекає більш легке життя. Те, що раніше робили великі вчені, тепер має стати професійним навиком — потрібен принципово інший рівень методологічної культури і, як ніколи, необхідне спеціальне знання про те, як будуються і перебудовуються наукові теорії. Отримати таке знання – одне з найважливіших завдань методології науки.

Три кити методології: форми методології науки

Її успіх вирішують, перш за все, вихідні принципи аналізу, бачення предмета дослідження, який для нас є сам процес наукового пізнання.

У західній філософії науки довгий час домінувала позитивістська традиція. Її прихильники намагалися будувати методологію пізнання, свідомо виганяючи з науки всю «філософську напівпоезію». Передбачалося, що науку слід розглядати тільки як систему знань, організованих формально-логічно, що в ідеалі на наукове значення не повинні впливати культура і соціальне середовище. З цієї точки зору, щоб зрозуміти «внутрішній устрій» науки, не потрібні ні філософія, ні проблеми людини, місця людини в світі. Туманна в’язь категорій, невизначена мова філософського обґрунтування, апеляція до мотивів, цінностей — все це треба рішуче вигнати з науки. Тоді, очистивши її мову, представники цієї школи сподівалися зрозуміти логіку науки, її внутрішні закони. Позитивістський підхід виявився обмеженим і малопродуктивним. Це зараз визнають навіть колишні його прихильники. Ми працюємо в іншій традиції. І вважаємо головними три принципи.

Ми вважаємо, що наука ніколи не вивчала об’єкт «сам по собі», але тільки об’єкт, залучений в людську діяльність — минулу, теперішню або майбутню.

Ми вважаємо також, що наука безліччю зв’язків вплетена в культуру даної історичної епохи і нею обумовлена.

Ми вважаємо, нарешті, що наш об’єкт – наукове пізнання – є розвинена система, яка постійно нарощує нові рівні, перебудовуючи при цьому старі.

Мова, якою говорить наука

Ми працюємо з науковими текстами. Багато хто з нас – з текстами фізики. Є прекрасна ідея: розвинений організм в своїй структурі містить основні етапи свого становлення. Розвиток – це, по суті, нарощування все нових і нових рівнів, кожен з яких взаємодіє з раніше виниклими, видозмінюючи їх. Якщо реконструювати цю взаємодію «знімаючи» один пласт за іншим, можна відновити процес становлення системи, краще зрозуміти структуру наукової методології.

У природознавстві теоретично найбільш розвинена наука – фізика. Значить, вона може служити хорошим матеріалом для такої роботи. Структуру наукового знання можна «намацати», аналізуючи мову наукових текстів.

У мові фізики можна побачити чотири поступово «наростаючих» один над одним рівня організації знань, кожен з яких закріплений у висловлюваннях особливого типу.

Перший: результати спостережень над об’єктами, даними нам в практиці, – з цього починається будь-яка наука.

Далі: емпіричні залежності між ознаками об’єктів, які ми встановлюємо в досліді, в експерименті. Коли ми говоримо: дріт з прямолінійним струмом приводить в обертання магнітну стрілку, ми вже оперуємо з абстракціями, тому що з безлічі ознак реального проводу (легкий, довгий, блискучий і т.д.) нас цікавить тільки те, що він проводить струм. Це і є мова емпіричних залежностей.

А ось коли починають пояснювати цю залежність і говорять про розподіл щільності струму, який породжує стаціонарне магнітне поле,— це вже мова теорії. Поки – приватної теорії, що описує приватний клас явищ.

Нарешті, взаємодія об’єктів, що вивчаються в експерименті, можна описати і пояснити в термінах фундаментальної теорії. У нашому прикладі це буде класична теорія електромагнітного поля. Узагальнюючи і синтезуючи приватні теорії, наука будує фундаментальні теоретичні закони, з яких приватні виводяться як наслідки. Так, з рівнянь Максвелла — основних законів теорії електромагнітного поля — як окремий випадок виводиться закон магнітної дії постійного струму (Біо-Савара).

Кожна наука проходить всі ці рівні (від спостережень до фундаментальних теорій) як етапи розвитку — і, вже освоєні, вони залишаються в її структурі. На кожному з них своя мова, свої методи роботи, свій комплекс обов’язкових операцій, свої засоби відображення реального світу.

Наприклад, на рівні спостережень і емпіричних залежностей вчений оперує головним чином такими абстракціями, в яких фіксовані ознаки предметів, що спостерігаються в досвіді. Але при переході до теоретичного рівня основну роль починають грати абстракції іншого типу: ідеалізації або абстрактні об’єкти, які наділені неіснуючими в реальності ознаками. Матеріальна точка (тіло, позбавлене розмірів), ідеальний газ, абсолютно тверде тіло у фізиці, нескінченно велика популяція, для якої сформульований закон Харді — Вайнберга в біології, і так далі — ось типові зразки абстрактних об’єктів.

Вони схематизують і спрощують нескінченно складну дійсність. Але зате вони дозволяють відволіктися від побічних і «затемнюючих» факторів, виділити сутність досліджуваного процесу «в чистому вигляді».

В основі будь-якої більш-менш розвиненої теорії завжди можна виявити порівняно невеликий набір абстрактних об’єктів. Вони пов’язані між собою і утворюють модель досліджуваної в теорії реальності.

Отже, чотири рівні структури наукового знання, чотири пласти мови наукових текстів: мова спостережень, емпіричних залежностей, приватних теоретичних моделей і законів і, нарешті, фундаментальної теорії. Чотири етапи розвитку науки. Здавалося б, все. Але в наукових текстах можна виявити ще один шар мови науки – шар дивний, не співвідносний безумовно ні з одним з перерахованих рівнів, а присутній на всіх чотирьох.

Образи там, за формулами

Основні поняття механіки Ньютона: матеріальна точка, сила, інерціальна система відліку. За допомогою цих понять формулюються основні закони механіки. Але навіщо ж тоді фізикам XVII—XVIII століть поряд з цією стрункою і цілком закінченою системою вибудовувати ще одну систему понять, у якій матеріальній точці відповідає неподільна корпускула, силі — миттєва передача імпульсу від тіла до тіла, інерціальній системі звіту — абсолютний простір і абсолютний час?

Це – мова фізичної картини світу. Термін, може бути, не з найвдаліших, але він прижився: це образ тієї реальності, яка вивчається у фізиці. Саме реальності: завжди і всі визнавали, що матеріальна точка — тіло, позбавлене розмірів,— чиста абстракція, такого в природі бути не може; а ось в реальне існування неподільних корпускул вчені свято вірили до тих пір, поки не народилася і не зміцнилася в свідомості інша картина світу.

У кожній науці складається своє бачення досліджуваної реальності, своя спеціальна картина світу (світу фізики, світу біології, світу хімічних процесів). Вона ширше будь-якої фундаментальної теорії – одна картина світу може обґрунтовувати кілька таких теорій. Але жодна теорія не може бути створена без картини світу.

Більш того, той, хто лише спостерігає за поведінкою об’єкта (перший рівень наукового пізнання), теж орієнтований картиною світу: виходячи з неї, він виділяє саме ці, а не інші характеристики об’єкта. Цей специфічний шар знань — спеціальна картина світу – дійсно присутній на всіх рівнях розвитку науки, він як би об’єднує їх.

Синтез спеціальних картин дає цілісне уявлення науки про світ – загальну наукову картину світу. Вона вписує в культуру основні знання про Всесвіт, суспільство і людину, вироблені наукою в дану історичну епоху.

Саме в картині світу фізик черпає впевненість, що «зміна вектора щільності струму в точці, що змінює напруженість поля в точці», і «провід з прямолінійним струмом приводить в обертання магнітну стрілку» є висловлювання про один і той же реальний процес: на відміну від проводу поля не можна ні побачити, ні «помацати».

Картина світу «підказує» вченому і засоби для побудови нової теорії. Образ силового поля, введений Фарадеєм, підказав Максвеллу аналогію між процесами електромагнетизму і поширенням сил в суцільному механічному середовищі, наприклад у воді. Тому вихідні математичні структури Максвелл взяв з механіки суцільних середовищ, обґрунтувавши їх потім як вираз законів магнетизму.

Відкриття увійде в науку лише в тому випадку, якщо воно може бути пояснено в термінах картини світу, прийнятої в цей час науковим співтовариством. У середині XIX століття Ріман, розвиваючи ідеї фізичної школи Ампера-Вебера, вивів систему рівнянь, дивно схожих на рівняння Лоренца для запізнілих потенціалів. Це був своєрідний ривок у майбутнє, у післямаксвеллівську фізику, до сучасної форми класичної теорії електромагнетизму.

Але сучасники – фізики XIX століття – не прийняли роботу Рімана, тому що вона суперечила тодішній електродинамічній картині світу: абсолютний простір, заповнений ефіром. За теорією Рімана, сили поширюються з кінцевою швидкістю в порожнечі – образ, неприйнятний для сучасників.

Без постійної перебудови картини світу наука не могла б рухатися вперед. Можливо, багато труднощів сучасної фізики пов’язані саме з необхідністю такої перебудови.

Сьогодні прогрес фізики елементарних частинок – це прогрес фізики високих енергій. Тут потрібен синтез квантових і релятивістських уявлень. Але як здійснити цей синтез? Часткова відповідь – теорія квантованих полів. Однак в ній виникають парадокси (нескінченна маса і нескінченний заряд частинок), які доводиться знімати досить штучним прийомом.

Очевидно, необхідна нова картина світу, нове системне бачення фізичних об’єктів. Контури такого бачення вже промальовуються в сучасній науці. Все частіше фізичний об’єкт постає перед вченими у вигляді великої системи, в якій жорстка причинність характерна лише для верхніх рівнів, керуючих системою, а в підсистемах йдуть випадкові, імовірнісні процеси. Фізика пішла зі світу Декарта і Ньютона, світу, влаштованого на зразок простої машини.

А в космології вже народжується образ фізичного світу, що розвивається в часі: сингулярна точка, від якої він веде початок, первинні елементарні частинки, що з’явилися після першого вибуху, від яких «відбулися» всі інші. Значить, і фізичні закони повинні змінюватися в часі?

Поки фізика не може будуватися на основі такої картини світу. Вона немислима без вимірювань, а теорії вимірювання для систем, що розвиваються, поки немає. З такими системами працюють біологи і соціологи, – може бути, теорію вимірювань створять на цій основі і її можна буде «перекинути» у фізику? Але попередньо в математиці повинні бути знайдені структури, які висловлять специфіку систем, що розвиваються.

Поки образ фізичної реальності як об’єкта, що розвивається не став спеціальною картиною світу. Це скоріше філософсько-методологічний начерк майбутньої картини.

Правила наукової гри: філософія і методологія науки

Але картина світу сама потребує обгрунтування. З чого ви взяли, що електромагнітні поля – реальність, що вони існують в природі? Може бути, це фікція?

Фарадей, Максвелл відповідають: якщо є сили, повинна бути матерія, що їх передає. Якщо є вихори сил, є і вихори матерії, тобто поля. Це вже взагалі не мова фізичної теорії і фізичної картини світу. Це мова філософії, філософське обґрунтування картини світу. Ще один поперечний зріз структури наукового знання: як і картину світу, його можна виявити на будь-якому етапі розвитку науки.

І ще один такий зріз, особливо важливий для нас, методологів: вчений завжди має деяке уявлення про те, як треба будувати наукове знання. Виявили: провід з прямолінійним струмом приводить в обертання магнітну стрілку – чому б цим не обмежитися, навіщо шукати пояснення досліду? Вчений відповість: тому що явища треба пояснювати сутністю. Тому що наука повинна відкривати закони. Він заговорив як гносеолог, заговорив про ідеали (потрібно відкривати закони) і норми (теорія повинна бути підтверджена експериментом) науки.

На кожному етапі розвитку науки – свої ідеали і норми, але вони є завжди. Це самий консервативний шар знання, він змінюється дуже повільно.

Норми науки реалізуються в способах і операціях побудови нового знання. Саме тут основне поле роботи методолога, який повинен виявити ланцюг операцій, необхідних для створення нової теорії.

Розвиваючись, наука створює нові теоретичні процедури, частково зберігає колишні, частково їх видозмінює. Навіть максвеллівська теорія електромагнітного поля, яка безпосередньо передувала сучасній фізиці, створювалася інакше, ніж сьогоднішні теорії.

З точки зору сьогоднішнього дня, Максвелл рухався вкрай повільно. Будувати фізичну модель процесу, описувати її в математичних рівняннях, пристосовувати ці рівняння для того, щоб описати ще одне коло явищ, повертатися назад і перевіряти, чи не втрачений при цьому колишній фізичний зміст… Так створені до нього приватні теорії Фарадея, Кулона, Ампера узагальнювалися в єдиній фундаментальній теорії електромагнітного поля. Цей човниковий рух з фізики в математику і назад, звичайно, ускладнював справу, але зате забезпечував фізичний сенс кожного нового рівняння.

Широко застосовуваний в сучасній фізиці метод математичної гіпотези прискорює побудову теорії. Від вихідних рівнянь, взятих з вже сформованої області фізичних знань, теоретик може досить довго рухатися тільки в математичній площині, вибудовуючи математичний апарат теорії і не звертаючи уваги на те, що фізичний сенс багатьох ланок цього апарату не ясний. Часто саме так його будують до кінця, і тільки коли математична модель вже завершена, починають уточнювати її інтерпретацію. При такому способі створення теорії в ній можуть з’явитися парадокси, які виявляються далеко не відразу.

Чому вони можуть з’явитися? Тому що разом з вихідними рівняннями теоретик мимоволі «перетягує» зі старих теорій і «осколки» старої інтерпретації. І переносячи рівняння на нову область, тим самим занурює абстрактні об’єкти колишніх теорій в нову систему зв’язків, наділяє їх новими фізичними ознаками. А як узгоджуються нові ознаки зі старими? Чи можна отримати їх у досліді? Чи не вкралися в теорію неконструктивні елементи, які потім і дадуть дивні протиріччя, погрожуючи розвалити зсередини математично струнку систему?

Був в історії квантової фізики момент, коли така загроза здавалася цілком реальною — коли створювалася квантова електродинаміка.

Її математичний апарат, що описує вільні електромагнітне та електронно-позитронне поля, був вже побудований, вже робилися спроби описати взаємодію цих речей, коли фізики виявили, що два основних положення нової теорії суперечать один одному, якщо поле складається з окремих квантів, які виникають і зникають з певною ймовірністю, то класичні напруженості поля в точці не можна точно виміряти, тому що завжди можливі хаотичні флуктуації.

Але апарат теорії будувався так, що спостережуваними повинні бути саме поля в точці. Цікаво вже те, що фізики довго працювали, не помічаючи цього протиріччя в самому фундаменті теорії. Вихід був знайдений Н. Бором. Суть його ідеї добре відома фахівцям, а нас тут більше цікавить продовження історії: в квантову механіку належало ввести нові величини і довести, що вони її не зруйнують і не «скасують». Ось ця процедура, яку ми назвали конструктивним введенням в теорію нового абстрактного об’єкта, бездоганно проведена Н. Бором і Л. Розенфельдом, здається мені абсолютно необхідною в сучасній математизованій фізиці.

Вони повторили шлях, пройдений тими, хто до них створював математичний апарат квантової механіки (і хто не помітив парадоксу незмірності) — повторили по найважливіших, вузлових точках. По суті, вони провели серію експериментів, які кожен раз обґрунтовували введення нових величин: так, їх можна отримати, так, ми отримаємо саме те, що нам потрібно.

Вони не провели жодного експерименту – того реального експерименту, з яким пов’язане всяке уявлення про фізику. Всі експерименти були уявними. І до сих пір фізики вражаються їх красі і витонченості.

Вчений, який проводить такі експерименти, повинен поєднувати в собі фізика, математика та інженера. Бор і Розенфельд кожен раз проходили весь шлях від загальної і абстрактної схеми вимірювання до її детального і конкретного опрацювання. І це давало впевненість, що уявний експеримент відповідає реальному, що його можна провести,— значить, вже можна і не проводити, щоб рухатися далі.

Важливо не тільки ще раз висловити захоплення цією копіткою і блискучою роботою – важливо побачити в ній процедуру, необхідну для створення фізичної теорії.

Сьогодні переважна більшість фізиків-теоретиків створює і вдосконалює математичний апарат теорій, не завжди підкріплюючи його аналізом фізичного сенсу роботи.

Будівельні ліси для храму науки

Довгий час вважалося, що наукова теорія є просте індуктивне узагальнення даних досліду.

Однак на основі цього уявлення важко було пояснити, чому одні й ті ж досвідчені факти часто використовуються як доказ істинності абсолютно різних, часом протилежних теорій. Множинність теорій виглядала незбагненною.

І не менш важко зрозуміти з цієї точки зору, чому одна фундаментальна теорія змінює іншу, якщо і колишня пояснювала всі відомі факти; в цьому сенсі система Птолемея не поступалася системі Коперника і все-таки була витіснена нею.

Незводимість теоретичного пошуку до індуктивного узагальнення дослідних даних, його залежність від історично сформованих засобів пізнання, важлива роль філософських і методологічних ідей в цьому процесі чітко виявилися завдяки революціям в природознавстві на переході від класичної науки до сучасної. Вже революція у фізиці кінця XIX – початку XX століття чітко продемонструвала, що успіх спеціальних досліджень залежить від філософсько-методологічних установок натураліста, які багато в чому визначають спосіб узагальнення емпіричного матеріалу.

Ми повинні не тільки констатувати, що наука розвивається, а й бачити ряд можливих ліній такого розвитку, не всі з яких реалізувалися в історії цивілізації. Не було стовпової дороги історії науки – були і тупики, і обхідні стежки, і розвилки. І можна уявити собі уявний експеримент: що було б, якби наука пішла не цим шляхом, а по-іншому. Якби, наприклад, сучасники прийняли математичний апарат, запропонований Ріманом, і змогли побудувати його фізичну інтерпретацію (забудемо на час про все, що цьому заважало). Класична електродинаміка, близька нинішній лоренцівській, склалася б вже тоді. І на цьому шляху, напевно, рано чи пізно теж були б виявлені ефекти, які ми тепер пояснюємо існуванням електромагнітних хвиль (їх передбачила б теорія запізнілих потенціалів).

А наука була б іншою. Як у цій, іншій науці з абсолютним простором ньютонівської картини світу поза концепцією електромагнітних полів і світового ефіру з’явилася б теорія відносності? Може бути, подібна теорія була б побудована, але принципово іншими засобами. Якими? Які переваги були б у цієї, іншої науки?

Методологія є спосіб усвідомлення устрою науки і методів її роботи. Можна сказати, що всі великі люди науки були в якійсь мірі і її методологами. Щоб вийти з глухого кута, в який потрапила їх область знання, і продовжувати дослідження свого об’єкта, вони виявлялися вимушеними, залишивши на час цей об’єкт, звернутися до аналізу самих способів роботи з ним.

Але фізик, біолог, соціолог стає методологом «не від хорошого життя». Він шукає, багато в чому інтуїтивно, вихід з ситуації, що склалася, шукає новий прийом, принцип, метод — і, знайшовши його, тут же повертається до своїх пенатів: у фізику, біологію, соціологію. Сучасна теорія, як правило, створюється вже не окремим вченим, а «колективним теоретиком» — спільнотою дослідників, кожен з яких здійснює лише частину процедур, необхідних для побудови теорії. Рівняння класичної теорії електромагнітного поля і їх інтерпретацію відкрив один Д. Максвелл. Створення квантової електродинаміки зажадало вже колективних зусиль таких видатних фізиків, як Н. Бор, В. Гейзенберг, В. Паулі, П. Дірак та інші.

У цьому поділі наукової праці філософсько-методологічна частина починає усвідомлюватися і виділятися в особливу сферу досліджень. Пошук нових методів і принципів наукової роботи стає не менш складним, ніж їх застосування.

Усередині філософії, на стику між нею і спеціальними науками формується нова галузь знань — методологія науки.

Методологи по-різному бачать її майбутнє. Деякі з нас думають, що на її основі можна буде проектувати розвиток науки, як сьогодні проектується розвиток міст і промислових технологій. Детальний аналіз всіх можливих дослідницьких ситуацій, на їхню думку, дасть цілий комплекс норм наукової діяльності, які більше не доведеться шукати «на дотик» і відкривати кожен раз заново.

Я не думаю, що методологія стане коли-небудь таким нормативним знанням для всієї науки. Але, безсумнівно, стратегію пошуку і фізику, і біологу, і соціологу буде легше розробляти, спираючись на весь теоретично осмислений досвід роботи науки в цілому: у них буде набір варіантів. І я вірю, що коли-небудь в групу вчених — теоретиків, фахівців в якійсь конкретній галузі знань – на повних правах увійде методолог — прикладник, який зможе, спираючись на методологічну теорію, кваліфіковано застосовувати її в практиці наукових досліджень.

Але не тільки в надії на далекий «практичний вихід» ми, на моє глибоке переконання, повинні черпати впевненість в необхідності того, що робимо. Я переконаний, що глибокий теоретичний аналіз науки і наукового пізнання має цілком самостійну цінність, безвідносно до його можливих утилітарних додатків.

Ми живемо в техногенній цивілізації. Породжена нашою культурою, наука тепер надає на неї виключно потужний вплив. Вона «тисне» на інші сфери культури, вона багато в чому формує буденну свідомість як вчених, так і людей, від неї далеких. Будь-яке висловлювання практично в будь-якій галузі життя, щоб бути авторитетним, приймає тепер хоча б зовні наукову форму або принаймні апелює до науки. Що буде далі? Якими шляхами піде розвиток нашої техногенної гілки цивілізації?

На ці питання неможливо відповісти, не знаючи, як «влаштована» наука, за якими законами вона розвивається, в чому відмінність цих законів від законів розвитку інших сфер культури, в чому специфіка наукового мислення. І де вичерпуються можливості науки, які зараз багатьом здаються невичерпними.

Наука нашого часу – система динамічна, вона начебто дзига, яка, коли стоїть, падає, а стійка тільки в русі. Методологія як особлива область знань тому і з’явилася, щоб прискорити розвиток науки. Такий розвиток – найбільша цінність сьогоднішньої цивілізації. Але чи завжди буде так?

Важко сказати, наскільки правомірне перенесення в майбутнє наших сьогоднішніх турбот. Якщо ж коли-небудь ідеалом для нас стане стабільність, стійкість, ставлення до науки докорінно зміниться, тому що вона тепер найпотужніше джерело мутацій в культурі. Але тоді зміниться підхід і до методології науки.

Думаю, однак, цінність знання про науку як про складову частину нашої культури залишиться, як би не склалася далі історія нашої цивілізації.

Автор: Стьопін В’ячеслав Семенович, доктор філософських наук.