Эмпирический и теоретический уровни научного исследования

Вывел этот закон физик Д. Бернулли (академик Санкт-Петербургской Императорской  академии) в 1730 г. Он исходил из атомистических представлений о газе и представил частицы газа в качестве материальных точек, соударяющихся наподобие  упругих шаров.

К идеальному газу, находящемуся в идеальном  сосуде под давлением, Бернулли применил законы ньютоновской механики и путем расчетов получил формулу PV = const. Это была та же самая формула, которую уже ранее получил Р. Бойль. Но смысл ее был уже иной. У Бойля PV = const соотносилась со схемой реальных экспериментов и таблицами их результатов. У Бернулли она была связана с теоретической моделью идеального газа. В этой модели были выражены сущностные характеристики поведения любых газов при относительно небольших давлениях. И закон, непосредственно описывающий эти сущностные связи, выступал уже как достоверное, истинное знание.

Итак, выделив эмпирическое и теоретическое  познание как два особых типа исследовательской  деятельности, можно сказать, что  предмет их разный, т. е. теория и  эмпирическое исследование имеют дело с разными срезами одной и  той же действительности. Эмпирическое исследование изучает явления и  их корреляции; в этих корреляциях, в отношениях между явлениями  оно может уловить проявление закона. Но в чистом виде он дается только в результате теоретического исследования.

Следует подчеркнуть, что увеличение количества опытов само по себе не делает эмпирическую зависимость достоверным фактом, потому что индукция всегда имеет  дело с незаконченным, неполным опытом. Сколько бы мы ни проделывали опытов и ни обобщали их, простое индуктивное  обобщение опытных результатов  не ведет к теоретическому знанию. Теория не строится путем индуктивного обобщения опыта. Это обстоятельство во всей его глубине было осознано в науке сравнительно поздно, когда  она достигла достаточно высоких  ступеней теоретизации.

Итак, эмпирический и теоретический уровни познания отличаются по предмету, средствам  и методам исследования. Однако выделение  и самостоятельное рассмотрение каждого из них представляет собой  абстракцию. В реальности эти два  слоя познания всегда взаимодействуют.

Структура эмпирического  исследования

Выделив эмпирический и теоретический уровни, мы получили лишь первичное и достаточно грубое представление об анатомии научного познания. Формирование же более детализированных представлений о структуре научной  деятельности предполагает анализ строения каждого из уровней познания и  выяснение их взаимосвязей.

Как эмпирический, так и теоретический  уровни имеют достаточно сложную  системную организацию.

В них можно выявить особые слои знания и соответственно порождающие  эти знания познавательные процедуры.

Рассмотрим  вначале внутреннюю структуру эмпирического  уровня. Его образуют по меньшей  мере два подуровня: а) непосредственные наблюдения и эксперименты, результатом  которых являются данные наблюдения; б) познавательные процедуры, посредством  которых осуществляется переход  от данных наблюдения к эмпирическим зависимостям и фактам.

Эксперименты и данные наблюдения

Различие  между данными наблюдения и эмпирическими  фактами как особыми типами эмпирического  знания было зафиксировано еще в  позитивистской философии науки 30-х  годов. В это время шла довольно напряженная дискуссия относительно того, что может служить эмпирическим базисом науки. Вначале предполагалось, что ими являются непосредственные результаты опыта - данные наблюдения. В языке науки они выражаются в форме особых высказываний - записей  в протоколах наблюдения, которые  были названы протокольными предложениями.

В протоколе наблюдения указывается, кто наблюдал, время наблюдения, описываются приборы, если они применялись  в наблюдении, а протокольные предложения  формулируются как высказывания типа: "NN наблюдал, что после включения  тока стрелка на приборе показывает цифру 5", "NN наблюдал в телескоп на участке неба (с координатами x,y) яркое световое пятнышко" и т.п.

Если, например, проводился социологический  опрос, то в роли протокола наблюдения выступает анкета с ответом опрашиваемого. Если же в процессе наблюдения осуществлялись измерения, то каждая фиксация результата измерения эквивалентна протокольному  предложению.

Анализ  смысла протокольных предложений показал, что они содержат не только информацию об изучаемых явлениях, но и, как  правило, включают ошибки наблюдателя, наслоения внешних возмущающих  воздействий, систематические и  случайные ошибки приборов и т.п. Но тогда стало очевидным, что  данные наблюдения, в силу того что  они отягощены субъективными  наслоениями, не могут служить основанием для теоретических построений.

В результате была поставлена проблема выявления таких форм эмпирического  знания, которые бы имели интерсубъективный статус, содержали бы объективную и достоверную информацию об изучаемых явлениях.

В ходе дискуссий было установлено, что  такими знаниями выступают эмпирические факты. Именно они образуют эмпирический базис, на который опираются научные  теории.

Факты фиксируются в языке науки  в высказываниях типа: "сила тока в цепи зависит от сопротивления  проводника"; "в созвездии Девы вспыхнула сверхновая звезда"; "более  половины опрошенных в городе недовольны экологией городской среды" и  т.п.

Уже сам характер фактофиксирующих высказываний подчеркивает их особый объективный статус, по сравнению с протокольными предложениями. Но тогда возникает новая проблема: как осуществляется переход от данных наблюдения к эмпирическим фактам и что гарантирует объективный статус научного факта?

Постановка  этой проблемы была важным шагом на пути к выяснению структуры эмпирического  познания. Эта проблема активно разрабатывалась  в методологии науки XX столетия. В конкуренции различных подходов и концепций она выявила многие важные характеристики научной эмпирии, хотя и на сегодняшний день проблема далека от окончательного решения.

Определенный  вклад в ее разработку был внесен и позитивизмом, хотя нелишне подчеркнуть, что его стремление ограничиться только изучением внутренних связей научного знания и абстрагироваться от взаимоотношения науки и практики резко суживали возможности адекватного  описания исследовательских процедур и приемов формирования эмпирического  базиса науки.

Нам представляется, что деятельностный подход открывает больше возможностей для анализа. С позиций этого подхода мы и будем рассматривать структуру и функции каждого из отмеченных слоев эмпирического уровня познания. Начнем с более детального анализа подуровня наблюдений, который обеспечивает непосредственный контакт субъекта с исследуемыми процессами. Важно сразу же уяснить, что научное наблюдение носит деятельностный характер, предполагая не просто пассивное созерцание изучаемых процессов, а их особую предварительную организацию, обеспечивающую контроль за их протеканием.

Деятельностная природа эмпирического исследования на уровне наблюдений наиболее отчетливо проявляется в ситуациях, когда наблюдение осуществляется в ходе реального эксперимента. По традиции эксперимент противопоставляется наблюдению вне эксперимента. Не отрицая специфики этих двух видов познавательной деятельности, мы хотели бы тем не менее обратить внимание на их общие родовые признаки.

Для этого целесообразно вначале  более подробно рассмотреть, в чем  заключается особенность экспериментального исследования как практической деятельности, структура которой реально выявляет те или иные интересующие исследователя  связи и состояния действительности.

Предметная  структура экспериментальной практики может быть рассмотрена в двух аспектах: во-первых, как взаимодействие объектов, протекающее по естественным законам, и, во-вторых, как искусственное, человеком организованное действие. В первом аспекте мы можем рассматривать  взаимодействие объектов как некоторую  совокупность связей и отношений  действительности, где ни одна из этих связей актуально не выделена в качестве исследуемой. В принципе, объектом познания может служить любая из них. Лишь учет второго аспекта позволяет  выделить ту или иную связь по отношению к целям познания и тем самым зафиксировать ее в качестве предмета исследования. Но тогда явно или неявно совокупность взаимодействующих в опыте объектов как бы организуется в системе определенной цепочки отношений: целый ряд их реальных связей оказывается несущественным, и функционально выделяется лишь некоторая группа отношений, характеризующих изучаемый "срез" действительности.

Проиллюстрируем это на простом примере. Допустим, что в рамках классической механики изучается движение относительно поверхности  земли массивного тела небольших  размеров, подвешенного на длинной  нерастягивающейся нити. Если рассматривать такое движение только как взаимодействие природных объектов, то оно предстает в виде суммарного итога проявления самых различных законов. Здесь как бы "накладываются" друг на друга такие связи природы, как законы колебания, свободного падения, трения, аэродинамики (обтекание газом движущегося тела), законы движения в неинерциальной системе отсчета (наличие сил Кориолиса вследствие вращения Земли) и т.д. Но как только описанное взаимодействие природных объектов начинает рассматриваться в качестве эксперимента по изучению, например, законов колебательного движения, то тем самым из природы вычленяется определенная группа свойств и отношений этих объектов.

Прежде  всего взаимодействующие объекты - Земля, движущееся массивное тело и нить подвеса - рассматриваются  как носители только определенных свойств, которые функционально, самим способом "включения" их в "экспериментальное  взаимодействие", выделяются из всех других свойств. Нить и подвешенное  на ней тело предстают как единый предмет - маятник. Земля фиксируется  в данной экспериментальной ситуации 1) как тело отсчета (для этого  выделяется направление силы тяжести, которое задает линию равновесия маятника) и 2) как источник силы, приводящий в движение маятник. Последнее в  свою очередь предполагает, что сила тяжести Земли должна рассматриваться  лишь в определенном аспекте. А именно, поскольку, согласно цели эксперимента, движение маятника представляется как  частный случай гармонического колебания, то тем самым учитывается лишь одна составляющая силы тяжести, которая  возвращает маятник к положению  равновесия. Другая же составляющая не принимается во внимание, поскольку  она компенсируется силой натяжения  нити.

Описанные свойства взаимодействующих объектов, выступая в акте экспериментальной  деятельности на передний план, тем  самым вводят строго определенную группу отношений, которая функционально  вычленяется из всех других отношений  и связей природного взаимодействия. По существу описанное движение подвешенного на нити массивного тела в поле тяжести  Земли предстает как процесс  периодического движения центра массы  этого тела под действием квазиупругой силы, в качестве которой фигурирует одна из составляющих силы тяготения Земли. Эта "сетка отношений", выступающая на передний план в рассматриваемом взаимодействии природы, и есть та объектная структура практики, в рамках которой изучаются законы колебательного движения.

Допустим, однако, что то же самое движение в поле тяжести Земли тела, подвешенного на нити, выступает как эксперимент  с маятником Фуко. В этом случае предметом изучения становится иная связь природы - законы движения в  инерциальной системе. Но тогда требуется  выделить совершенно иные свойства взаимодействующих  фрагментов природы.

Фактически  закрепленное на нити тело функционирует  теперь только как движущаяся масса  с фиксированным относительно Земли  направлением движения. Строго говоря, при этом система "тело плюс нить в поле тяжести" уже не рассматривается  как маятник (поскольку здесь  оказывается несущественной с точки  зрения изучаемой связи основная характеристика маятника - период его  колебания). Далее, Земля, относительно которой рассматривается движение тела, теперь фиксируется по иным признакам. Из всего многообразия ее свойств  в рамках данного эксперимента оказываются  существенными направление оси  вращения Земли и величина угловой  скорости вращения, задание которых  позволяет определить кориолисовы силы. Силы же тяготения в принципе уже не играют существенной роли для целей экспериментального исследования кориолисовых сил. В результате выделяется новая "сетка отношений", которая характеризует изучаемый в рамках данного эксперимента срез действительности. На передний план выступает теперь движение тела с заданной скоростью вдоль радиуса равномерно вращающегося диска, роль которого играет плоскость, перпендикулярная оси вращения Земли и проходящая через ту точку, где в момент наблюдения находится рассматриваемое тело. Это и есть структура эксперимента с маятником Фуко, позволяющего изучать законы движения в неинерциальной (равномерно вращающейся) системе отсчета.

Аналогичным образом в рамках анализируемого взаимодействия природы можно было бы выделить объектные структуры  иного типа, если данное взаимодействие представить как разновидность  экспериментальной практики по изучению, например, законов свободного падения  или, допустим, законов аэродинамики (разумеется, отвлекаясь при этом от того, что в реальной экспериментальной  деятельности такого рода опыты для  данной цели не используются). Анализ таких  абстрактных ситуаций хорошо иллюстрирует то обстоятельство, что реальное взаимодействие природы может быть представлено как своего рода "суперпозиция" различного типа "практических структур", число которых в принципе может  быть неограниченным.

В системе научного эксперимента каждая из таких структур выделяется благодаря  фиксации взаимодействующих объектов по строго определенным свойствам. Эта  фиксация, конечно, не означает, что  у объектов природы исчезают все  другие свойства, кроме интересующих исследователя. В реальной практике необходимые свойства объектов выделяются самим характером оперирования с  ними. Для этого объекты, приведенные  во взаимодействие в ходе эксперимента, должны быть предварительно выверены практическим употреблением на предмет  существования у них свойств, стабильно воспроизводящихся в  условиях будущей экспериментальной  ситуации. Так, нетрудно видеть, что  эксперимент с колебанием маятника мог быть осуществлен лишь постольку, поскольку предшествующим развитием практики было строго выявлено, что, например, сила тяжести Земли в данном месте постоянна, что любое тело, имеющее точку подвеса, будет совершать колебания относительно положения равновесия и т.п. Важно подчеркнуть, что вычленение этих свойств стало возможным лишь благодаря соответствующему практическому функционированию рассматриваемых объектов. В частности, свойство Земли быть источником постоянной силы тяготения многократно использовалось в человеческой практике, например, при перемещении различных предметов, забивании свай с помощью падающего груза и т.п. Подобные операции позволили функционально выделить характеристическое свойство Земли "быть источником постоянной силы тяжести".