Теоретические методы научного познания

Теоретические методы научного познания

В первой половине XX века традиционно считалось, что наука базируется на опытно-индуктивном методе. Однако нет непосредственной связи опытных данных с теорией. Бэкон: индукция не может и не должна быть полной. Если бы теории следовали из данных, они не были бы нужны. Общие утверждения как правило следуют из частных.

     Гипотетико-дедуктивный  метод. Выдвигается и принимается  в качестве истинного максимально  общее положение, не связанное с  эмпирической базой. Оно принимается в качастве аксиомы (становится исходно истинным) Сочетаем общее с частным и делаем выводы. Пример: все люди смертны, а Сократ -- человек.

     Метод математических гипотез (математической экстраполяции). Математические средства могут использоваться как описательные (например, Ньютон использовал дифференциальные уравнения для описания механических закономерностей) и как эвристические (характерно для современной науки).

     Метод аксиоматизации. Из исходных общих  положений (аксиом) логически выводятся  следствия в виде лемм, теорем и законов. Впервые аксиоматический метод успешно применил Евклид. Первоначально требовались наглядность и самоочевидность аксиом, но появление неевклидовых геометрий привело к новым требованиям: непротиворечивость (не выводятся противоположные предложения), полнота (любое положение доказывается или опровергается), независимость (нет выводимых аксиом). Гильберт утвердил взгляд на аксиомы как абстрактные формы, допускающие многие интерпретации. (Гильберт, «Основания геометрии», 1899): если основные понятия заменить другими, то теория не станет ни лучше, ни хуже. Евклид допускал единственную интерпретацию аксиом. Гёдель установил неполноту арифметической системы и несуществование доказательства непротиворечивости этой системы с помощью средств, формализуемых в ней. Метод аксиоматизации позволяет систематизировать научную теорию.

     Метод формализации. Основан на том, что  содержание и форма мысли не всегда совпадают. Для выделения формы  используются заменители -- знаки. Выделяют логическую и нелогическую формализации. Формализуемость классической математики не удалось доказать (эту задачу поставил Гильберт), однако теории с простой логической структурой и небольшим запасом знаний (например, исчисление высказываний, узкое исчисление предикатов, элементарная геометрия) формализуемы. Метод формализации позволяет систематизировать научную теорию.

     Метод восхождения от абстрактного к конкретному. Появился в работах Гегеля и Маркса. Здесь абстрактное -- неполная характеристика, а конкретное -- полная. То есть метод состоит в восхождении от малосодержательных представлений к всеобъемлющему, полному знанию. Например, у Маркса: закон эквивалентного обмена  товар, стоимость  цена, прибавочная стоимость, заработная плата  капитал. Метод восхождения от абстрактного к конкретному используется в современной физике.  
 

(греч. axioma — значимое, принятое положение)  — способ построения теории, при  котором некоторые истинные утверждения  избираются в качестве исходных  положений (аксиом), из которых  затем логическим путем выводятся  и доказываются остальные истинные утверждения (теоремы) этой теории. Научная значимость A.M. была обоснована еще Аристотелем, который первым разделил все множество истинных высказываний на основные (“принципы”) и требующие доказательства (“доказываемые”). В своем развитии A.M. прошел три этапа. На первом этапе A.M. был содержательным, аксиомы принимались на основании их очевидности. Примером такого дедуктивного построения теории служат “Начала” Евклида. На втором этапе Д. Гильберт внес формальный критерий применения A.M. — требование непротиворечивости, независимости и полноты системы аксиом. На третьем этапе A.M. становится формализованным. Соответственно, изменилось и понятие “аксиома”. Если на первом этапе развития A.M. она понималась не только как отправной пункт доказательств, но и как истинное положение, не нуждающееся в силу своей очевидности в доказательстве, то в настоящее время аксиома обосновывается в качестве необходимого элемента теории, когда подтверждение последней рассматривается одновременно как подтверждение ее аксиоматических оснований как исходного пункта построения. Помимо основных и вводимых утверждений в A.M. стал выделяться также уровень специальных правил вывода. Таким образом наравне с аксиомами и теоремами как множеством всех истинных утверждений данной теории формулируются аксиомы и теоремы для правил вывода — метааксиомы и метатеоремы. К. Геделем в 1931 была доказана теорема о принципиальной неполноте любой формальной системы, ибо в ней содержатся неразрешимые предложения, которые одновременно недоказуемы и неопровержимы. Учитывая накладываемые на него ограничения, А. М. рассматривается как один из основных методов построения развитой формализованной (а не только содержательной) теории наряду с гипотетико-дедуктивным методом (который иногда трактуется как “полуаксиоматический”) и методом математической гипотезы. Гипотетико-дедуктивный метод, в отличие от A.M., предполагает построение иерархии гипотез, в которой более слабые гипотезы выводятся из более сильных в рамках единой дедуктивной системы, где сила гипотезы увеличивается по мере удаления от эмпирического базиса науки. Это позволяет ослабить силу ограничений A.M.: преодолеть замкнутость аксиоматической системы за счет возможности введения дополнительных гипотез, жестко не связанных исходными положениями теории; вводить абстрактные объекты разных уровней организации реальности, т.е. снять ограничение на справедливость аксиоматики “во всех мирах”; снять требование равноправности аксиом. С другой стороны, A.M., в отличие от метода математической гипотезы, акцентирующего внимание на самих правилах построения математических гипотез, относящихся к неисследованным явлениям, позволяет апеллировать к определенным содержательным предметным областям. В.Л. Абушенко 

Формализация  — отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях, т. е. построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности. Формализация играет важную роль в анализе, уточнении и экспликации научных понятий. Она неразрывно связана с построением искусственных или формализованных научных законов. 
Аксиоматизация — построение теорий на основе аксиом-утверждений, доказательства истинности которых не требуется. Истинность всех утверждений аксиоматической теории обосновывается в результате строгого соблюдения дедуктивной техники вывода (доказательства) и нахождения (или построения) интерпретации формализации аксиоматических систем. При самом же построении аксиоматики исходят из того, что принятые аксиомы — истины.  

Формализация— совокупность познавательных операций, обеспечивающая отвлечение от значения понятий и смысла выражений научной теории с целью исследования ее логических особенностей, дедуктивных и выразительных возможностей. В математике и формальной логике, где Ф. наиболее развита, под Ф. понимают реконструкцию содержательной научной теории в виде формализованного языка. Ф. исходит из того, что дано исчерпывающее описание дедуктивных взаимосвязей между положениями теории, осуществляемое чаще всего с помощью аксиоматического метода. Она предполагает, что выявлены и четко сформулированы все те логические средства, к-рые используются при выводе из исходных положений теории др. ее утверждений. Если же, наряду с аксиоматизацией и точным установлением логических средств, понятия и выражения научной теории заменяются нек-рыми символическими обозначениями, она превращается в формальную систему. Такая теория может рассматриваться как система материальных объектов определенного рода (символов), с к-рымн можно обращаться как с конкретными физическими объектами, а развертывание теории свести к манипулированию с этими объектами в соответствии с нек-рои совокупностью правил, принимающих во внимание только и исключительно вид и порядок символов, н тем самым абстрагироваться от того познавательного содержания, к-рое выражается научной теорией, подвергшейся Ф. Различают два типа формализованных теорий: полностью формализованные, в полном объеме реализующие перечисленные требования, и частично формализованные, когда логические средства, используемые при развертывании данной науки, явным образом не фиксируются. Возможность Ф. отдельных отраслей научного знания подготовлена длительным историческим развитием, она стала реальной лишь после того, как аксиоматический метод и теория вывода получили необходимое-развитие. Сама же потребность в Ф. возникает перед той или иной наукой на достаточно высоком уровне ее развития, когда задача логической систематизации и организации наличного знания приобретает первостепенное значение, а возможность реализации этой потребности предполагает огромную предварительную работу мышления, совершаемую на предшествующих Ф. этапах становления научной теории. Ф.— мощное средство выявления и уточнения содержания научной теории. Вся совокупность познавательных приемов и средств, лежащих в основе Ф., ориентирована на то, чтобы обеспечить необходимое соответствие между содержательной научной теорией, подвергаемой Ф., и формальной системой, возникающей в результате ее Ф.: класс выводимых в формализованной теории формул должен совпадать с классом содержательно-истинных положений подвергшейся Ф. теории (но обратное утверждение, как правило, неверно). Поскольку для построения формальной системы необходимо использовать (хотя и в весьма ограниченном объеме) естественный, разговорный язык и в терминах этого языка проанализировать ее структуру, описать логические особенности формализма (непротиворечивость, разрешимость, полнота и т. д.), это означает, что Ф. предполагает содержательное мышление также и в качестве средства построения и исследования своих собственных дедуктивных и выразительных возможностей. Ф. играет важную роль в систематизации той суммы знаний, к-рая накоплена содержательной теорией, позволяет вычленить и уточнить логическую структуру теории, обеспечить стандартизацию используемого языка и понятийного аппарата, элиминировать несущественные ограничения в степени общности теории, сократить число положений теории, принимаемых за исходные, и т. д. Вместе с тем Ф. дает не только точный язык, но и является ценным орудием мышления, позволяющим получать новые результаты. История математики, логики, лингвистики и ряда др. наук свидетельствует, что Ф. стимулирует движение познания к новым результатам, открывает возможность формулировки и постановки новых проблем, поиска их решения и т. д. В расширении возможностей Ф. существенную роль играет бурный прогресс вычислительной техники. Полученные с помощью методов Ф. результаты имеют важное философское значение для понимания природы и познавательных возможностей точных методов исследования, диалектики формального и содержательного в научном познании, критики формалистского истолкования природы математики и логики. Общеметодологическое значение приобрели важнейшие из результатов, полученных в ходе исследований в области оснований математики и логики, осуществлявшихся на основе методов Ф.,— теоремы Гёделя о неполноте достаточно богатых формализованных теорий и теоремы Тарского о неформализуемости понятия истины для таких теорий, выявившие ограниченность дедуктивных и выразительных возможностей формализмов. Эту ограниченность можно в известной степени преодолеть путем создания более богатых систем. В этом смысле можно утверждать, что Ф. позволяет шаг за шагом приближаться ко все более полному выражению познавательного содержания теории через ее форму. Тем не менее во всех тех случаях, когда мы имеем дело с достаточно развитыми научными теориями, этот процесс не может быть завершен. Ф. не может исчерпать всего богатства содержания таких теорий. 
 

(от  лат. forma – вид, образ) – отображение  результатов мышления в точных понятиях и утверждениях. При Ф. изучаемым объектам, их свойствам и отношениям ставятся в соответствие некоторые устойчивые, хорошо обозримые и отождествимые материальные конструкции, дающие возможность выявить и зафиксировать существенные стороны объектов. Ф. уточняет содержание путем выявления его формы и может осуществляться с разной степенью полноты. Выражение мышления в естественном языке можно считать первым шагом Ф. Дальнейшее ее углубление достигается введением в обычный язык разного рода специальных знаков и созданием частично искусственных и искусственных языков. Логическая Ф. направлена на выявление и фиксацию логической формы выводов и доказательств. Полная Ф. теории имеет место тогда, когда совершенно отвлекаются от содержательного смысла ее исходных понятий и положений и перечисляют все правила логического вывода, используемые в доказательствах. Такая Ф. включает в себя три момента: 1) обозначение всех исходных, неопределяемых терминов; 2) перечисление принимаемых без доказательства формул (аксиом); 3) введение правил преобразования данных формул для получения из них новых формул (теорем). В формализованной теории доказательство не требует обращения к содержанию используемых понятий, их смыслу. Доказательство является здесь последовательностью формул, каждая из которых либо есть аксиома, либо получается из аксиом по правилам вывода. Проверка такого доказательства (но не его отыскание) превращается в чисто механическую процедуру, которая может быть передана вычислительной машине. Ф. играет существенную роль в уточнении научных понятий. Многие проблемы не могут быть не только решены, но даже сформулированы, пока не будут формализованы связанные с ними рассуждения. Так обстоит дело, в частности, с широко используемым понятием алгоритма и вопросом о том, существуют ли алгоритмически неразрешимые проблемы. Только с Ф. арифметики появилась возможность поставить вопрос, охватывает ли формализованная арифметика всю содержательную арифметику. Как показал К. Гёдель, достаточно богатая содержанием теория (охватывающая арифметику натуральных чисел) не может быть полностью отображена в ее формализованной версии; как бы ни пополнялась дополнительными утверждениями последняя, в теории всегда останется невыявленный, неформализованный остаток (см.: Гёделя теорема). 
 

Формализация.

Под формализацией  понимается особый подход в научном  познании, который заключается в  использовании специальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов, от содержания описывающих  их теоретических положений и оперировать вместо этого некоторым множеством символов (знаков).

     Этот  прием заключается в построении абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности. При формализации рассуждения об объектах переносятся в плоскость оперирования со знаками (формулами). Отношения знаков заменяют собой высказывания о свойствах и отношениях предметов. Таким путем создается обобщенная знаковая модель некоторой предметной области, позволяющая обнаружить структуру различных явлений и процессов при отвлечении от качественных характеристик последних. Вывод одних формул из других по строгим правилам логики и математики представляет формальное исследование основных характеристик структуры различных, порой весьма далеких по своей природе явлений.

     Ярким примером формализации являются широко используемые в науке математические описания различных объектов, явлений, основывающиеся на соответствующих  содержательных теориях. При этом используемая математическая символика не только помогает закрепить уже имеющиеся знания об исследуемых объектах, явлениях, но и выступает своего рода инструментом в процессе дальнейшего их познания.

     Для построения любой формальной системы  необходимо: а) задание алфавита, т. е. определенного набора знаков; б) задание правил, по которым из исходных знаков этого алфавита могут быть получены “слова”, “формулы”; в) задание правил, по которым от одних слов, формул данной системы можно переходить к другим словам и формулам (так называемые правила вывода).

     В результате создается формальная знаковая система в виде определенного искусственного языка. Важным достоинством этой системы является возможность проведения в ее рамках исследования какого-либо объекта чисто формальным путем (оперирование знаками) без непосредственного обращения к этому объекту.

Другое  достоинство формализации состоит  в обеспечении краткости и  четкости записи научной информации, что открывает большие возможности  для оперирования ею.

Разумеется, формализованные искусственные  языки не обладают гибкостью и богатством языка естественного. Зато в них отсутствует многозначность терминов (полисемия), свойственная естественным языкам. Они характеризуются точно построенным синтаксисом (устанавливающим правила связи между знаками безотносительно их содержания) и однозначной семантикой (семантические правила формализованного языка вполне однозначно определяют соотнесенность знаковой системы с определенной предметной областью). Таким образом, формализованный язык обладает свойством моносемичности.