Современная методология науки: смысл и перспективы

— Но мир! Но жизнь! Ведь человек дорос, чтоб знать ответ на все свои загадки.
— Что значит знать? Вот, друг мой, в чем вопрос. (Гёте).

В Древнем Египте и Вавилоне математика была организована как свод рецептов, образцов решения задач. Находи аналогичную и делай так же. Приводить доказательства, обосновывающие такие рецепты, не только считалось излишним — просто не приходило в голову. Лишь в античной культуре утвердилась привычная для нас норма изложения математических знаний — доказательство теорем, выводимых из аксиом. Евклидова геометрия была первой развитой теорией в истории науки, построенной в соответствии с этой нормой.

Как мы сегодня объясняем, почему настойка грецкого ореха снимает головную боль? В ее состав входит компонент, который снижает артериальное давление. А ученый эпохи Возрождения, великий Парацельс, объяснял это иначе: симпатией между головой человека и орехом. И то, и другое «растет наверху». Содержимое головы так же облачено в твердую оболочку черепа, как ядро ореха — в скорлупу. Расколите орех — и вы увидите, как его поверхность похожа на поверхность мозга.

В его время такое объяснение «через аналогию» считалось вполне доказательным. Парацельс жил в переломную эпоху, когда еще сохранялись черты стиля мышления средневековой науки. Ученый же средневековья четко разделял знание правильное, подтвержденное опытом, и знание истинное, которое вскрывало символический смысл явлений и позволяло через земное соприкоснуться с миром небесных сущностей.

История науки ярко демонстрирует, как от эпохи к эпохе менялись идеалы и нормы познания, способы организации знания, способы научной работы.

Все меняется — идея не нова. А как меняется и почему именно так, а не иначе? Не поняв этого, нельзя предсказать и будущих перемен.

В наше время смена фундаментальных теорий и целых научных парадигм происходит стремительно. В таких условиях ученый должен уметь выйти за рамки общепринятого, сомневаться в незыблемом и формировать все новые и новые методы, нормы, идеалы научного знания. Если учесть ускоренные темпы развития науки, то в будущем его вряд ли ожидает более легкая жизнь. То, что раньше совершали великие ученые, теперь должно стать профессиональным навыком — нужен принципиально иной уровень методологической культуры и, как никогда, необходимо специальное знание о том, как строятся и перестраиваются научные теории. Получить такое знание — одна из важнейших задач методологии науки.

Три кита методологии: формы методологии науки

Ее успех решают, прежде всего, исходные принципы анализа, видение предмета исследования, который для нас есть сам процесс научного познания.

В западной философии науки долгое время доминировала позитивистская традиция. Ее приверженцы пытались строить методологию познания, сознательно изгоняя из науки всю «философскую полупоэзию». Предполагалось, что науку следует рассматривать только как систему знаний, организованных формально-логически, что в идеале на научное значение не должны влиять культура и социальная среда. С этой точки зрения, чтобы понять «внутреннее устройство» науки, не нужны ни философия, ни проблемы человека, места человека в мире. Туманная вязь категорий, неопределенный язык философского обоснования, апелляция к мотивам, ценностям — все это надо решительно изгнать из науки. Тогда, очистив ее язык, представители этой школы надеялись понять логику науки, ее внутренние законы. Позитивистский подход оказался ограниченным и малопродуктивным. Это сейчас признают даже бывшие его сторонники. Мы работаем в другой традиции. И считаем главными три принципа.

Мы считаем, что наука никогда не изучала объект «сам по себе», но только объект, вовлеченный в человеческую деятельность — прошлую, настоящую или будущую.

Мы считаем также, что наука множеством связей вплетена в культуру данной исторической эпохи и ею обусловлена.

Мы считаем, наконец, что наш объект — научное познание — есть развивающаяся система, которая постоянно наращивает новые уровни, перестраивая при этом старые.

Язык, на котором говорит наука

Мы работаем с научными текстами. Многие из нас — с текстами физики. Есть прекрасная идея: развитый организм в своей структуре содержит основные этапы своего становления. Развитие — это, по существу, наращивание все новых и новых уровней, каждый из которых взаимодействует с ранее возникшими, видоизменяя их. Если реконструировать это взаимодействие, «снимая» один пласт за другим, можно восстановить процесс становления системы, лучше понять структуру научной методологии.

В естествознании теоретически наиболее развитая наука — физика. Значит, она может служить хорошим материалом для такой работы. Структуру научного знания можно «нащупать», анализируя язык научных текстов.

В языке физики можно увидеть четыре постепенно «нараставших» друг над другом уровня организации знаний, каждый из которых закреплен в высказываниях особого типа.

Первый: результаты наблюдений над объектами, данными нам в практике,— с этого начинает любая наука.

Дальше: эмпирические зависимости между признаками объектов, которые мы устанавливаем в опыте, в эксперименте. Когда мы говорим: провод с прямолинейным током приводит во вращение магнитную стрелку, мы уже оперируем с абстракциями, потому что из множества признаков реального провода (легкий, длинный, блестящий и т. д.) нас интересует только то, что он проводит ток. Это и есть язык эмпирических зависимостей.

А вот когда начинают объяснять эту зависимость и говорят о распределении плотности тока, который порождает стационарное магнитное поле,— это уже язык теории. Пока — частной теории, описывающей частный класс явлений.

Наконец, взаимодействие объектов, изучаемых в эксперименте, можно описать и объяснить в терминах фундаментальной теории. В нашем примере это будет классическая теория электромагнитного поля. Обобщая и синтезируя частные теории, наука строит фундаментальные теоретические законы, из которых частные выводятся как следствия. Так, из уравнений Максвелла — основных законов теории электромагнитного поля — как частный случай выводится закон магнитного действия постоянного тока (Био-Савара).

Каждая наука проходит все эти уровни (от наблюдений до фундаментальных теорий) как этапы развития — и, уже освоенные, они остаются в ее структуре. На каждом из них свой язык, свои методы работы, свой комплекс обязательных операций, свои средства отражения реального мира.

Например, на уровне наблюдений и эмпирических зависимостей ученый оперирует главным образом такими абстракциями, в которых фиксированы признаки предметов, наблюдаемых в опыте. Но при переходе к теоретическому уровню основную роль начинают играть абстракции другого типа: идеализации или абстрактные объекты, которые наделены несуществующими в реальности признаками. Материальная точка (тело, лишенное размеров), идеальный газ, абсолютно твердое тело в физике, бесконечно большая популяция, для которой сформулирован закон Харди — Вайнберга в биологии, и так далее — вот типичные образцы абстрактных объектов.

Они схематизируют и упрощают бесконечно сложную действительность. Но зато они позволяют отвлечься от побочных и «затемняющих» факторов, выделить сущность изучаемого процесса «в чистом виде».

В основании любой более или менее развитой теории всегда можно обнаружить сравнительно небольшой набор абстрактных объектов. Они связаны между собой и образуют модель изучаемой в теории реальности.

Итак, четыре уровня структуры научного знания, четыре пласта языка научных текстов: язык наблюдений, эмпирических зависимостей, частных теоретических моделей и законов и, наконец, фундаментальной теории. Четыре этапа развития науки. Казалось бы, все. Но в научных текстах можно обнаружить еще один слой языка науки — слой странный, не соотносимый определенно ни с одним из перечисленных уровней, а присутствующий на всех четырех.

Образы там, за формулами

Основные понятия механики Ньютона: материальная точка, сила, инерциальная система отсчета. С помощью этих понятий формулируются основные законы механики. Но зачем же тогда физикам XVII—XVIII веков нужно было рядом с этой стройной и вполне законченной системой выстраивать еще одну систему понятий, в которой материальной точке соответствует неделимая корпускула, силе — мгновенная передача импульса от тела к телу, инерциальной системе отчета — абсолютное пространство и абсолютное время?

Это — язык физической картины мира. Термин, может быть, не из самых удачных, но он прижился: это образ той реальности, которая изучается в физике. Именно реальности: всегда и все признавали, что материальная точка — тело, лишенное размеров,— чистая абстракция, такого в природе быть не может; а вот в реальное существование неделимых корпускул ученые свято верили до тех пор, пока не родилась и не укрепилась в сознании иная картина мира.

В каждой науке складывается свое видение изучаемой реальности, своя специальная картина мира (мира физики, мира биологии, мира химических процессов). Оно шире любой фундаментальной теории — одна картина мира может обосновывать несколько таких теорий. Но ни одна теория не может быть создана без картины мира.

Более того, тот, кто лишь наблюдает за поведением объекта (первый уровень научного познания), тоже ориентирован картиной мира: исходя из нее, он выделяет именно эти, а не другие характеристики объекта. Этот специфический слой знаний — специальная картина мира — действительно присутствует на всех уровнях развития науки, он как бы объединяет их.

Синтез специальных картин дает целостное представление науки о мире — общую научную картину мира. Она вписывает в культуру основные знания о Вселенной, обществе и человеке, выработанные наукой в данную историческую эпоху.

Именно в картине мира физик черпает уверенность, что «изменение вектора плотности тока в точке, изменяющее напряженность поля в точке», и «провод с прямолинейным током приводит во вращение магнитную стрелку» есть высказывания об одном и том же реальном процессе: в отличие от провода поля нельзя ни увидеть, ни «пощупать».

Картина мира «подсказывает» ученому и средства для построения новой теории. Образ силового поля, введенный Фарадеем, подсказал Максвеллу аналогию между процессами электромагнетизма и распространением сил в сплошной механической среде, например в воде. Поэтому исходные математические структуры Максвелл взял из механики сплошных сред, обосновав их затем как выражение законов магнетизма.

Открытие войдет в науку лишь в том случае, если оно может быть объяснено в терминах картины мира, принятой в это время научным сообществом. В середине XIX века Риман, развивая идеи физической школы Ампера — Вебера, вывел систему уравнений, удивительно похожих на уравнения Лоренца для запаздывающих потенциалов. Это был своеобразный рывок в будущее, в послемаксвелловскую физику, к современной форме классической теории электромагнетизма.

Но современники — физики XIX века — не приняли работу Римана, потому что она противоречила утвердившейся тогда электродинамической картине мира: абсолютное пространство, заполненное эфиром. По теории Римана, силы распространяются с конечной скоростью в пустоте — образ, неприемлемый для современников.

Без постоянной перестройки картины мира наука не могла бы двигаться вперед. Возможно, многие трудности современной физики связаны именно с необходимостью такой перестройки.

Сегодня прогресс физики элементарных частиц — это прогресс физики высоких энергий. Здесь требуется синтез квантовых и релятивистских представлений. Но как осуществить этот синтез? Частичный ответ — теория квантованных полей. Однако в ней возникают парадоксы (бесконечная масса и бесконечный заряд частиц), которые приходится снимать довольно искусственным приемом.

Очевидно, необходима новая картина мира, новое — системное — видение физических объектов. Контуры такого видения уже прорисовываются в современной науке. Все чаще физический объект предстает перед учеными в виде большой системы, в которой жесткая причинность характерна лишь для верхних уровней, управляющих системой, а в подсистемах идут случайные, вероятностные процессы. Физика ушла из мира Декарта и Ньютона, мира, устроенного наподобие простой машины.

А в космологии уже рождается образ физического мира, развивающегося во времени: сингулярная точка, от которой он ведет начало, первичные элементарные частицы, появившиеся после первой взрыва, от которых «произошли» все остальные. Значит, и физические законы должны меняться во времени?

Пока физика не может строиться на основе такой картины мира. Она немыслима без измерений, а теории измерения для развивающихся систем пока нет. С такими системами работают биологи и социологи,— может быть, теорию измерений создадут на этой основе и ее можно будет «перебросить» в физику? Но предварительно в математике должны быть найдены структуры, которые выразят специфику развивающихся систем.

Пока образ физической реальности как развивающегося объекта не стал специальной картиной мира. Это скорее философско-методологический набросок будущей картины.

Правила научной игры: философия и методология науки

Но картина мира сама нуждается в обосновании. С чего вы взяли, что электромагнитные поля — реальность, что они есть в природе? Может быть, это фикция?

Фарадей, Максвелл отвечают: если есть силы, должна быть материя, их передающая. Если есть вихри сил, есть и вихри материи, то есть поля. Это уже вообще не язык физической теории и физической картины мира. Это язык философии, философское обоснование картины мира. Еще один поперечный срез структуры научного знания: как и картину мира, его можно обнаружить на любом этапе развития науки.

И еще один такой срез, особенно важный для нас, методологов: ученый всегда имеет некоторое представление о том, как надо строить научное знание. Обнаружили: провод с прямолинейным током приводит во вращение магнитную стрелку — почему бы этим не ограничиться, зачем искать объяснение опыту? Ученый ответит: потому что явления надо объяснять сущностью. Потому что наука должна открывать законы. Он заговорил как гносеолог, заговорил об идеалах (нужно открывать законы) и нормах (теория должна быть подтверждена экспериментом) науки.

На каждом этапе развития науки — свои идеалы и нормы, но они есть всегда. Это самый консервативный слой знания, он меняется очень медленно.

Нормы науки реализуются в способах и операциях построения нового знания. Именно здесь основное поле работы методолога, который должен выявить цепь операций, необходимых для создания новой теории.

Развиваясь, наука создает новые теоретические процедуры, частично сохраняет прежние, частично их видоизменяет. Даже максвелловская теория электромагнитного поля, которая непосредственно предшествовала современной физике, создавалась иначе, чем сегодняшние теории.

С точки зрения сегодняшнего дня, Максвелл двигался крайне медленно. Строить физическую модель процесса, описывать ее в математических уравнениях, приспосабливать эти уравнения для того, чтобы описать еще один круг явлений, возвращаться назад и проверять, не потеряно ли при этом прежнее физическое содержание… Так созданные до него частные теории Фарадея, Кулона, Ампера обобщались в единой фундаментальной теории электромагнитного поля. Это челночное движение из физики в математику и обратно, конечно, осложняло дело, но зато обеспечивало физический смысл каждого нового уравнения.

Широко применяемый в современной физике метод математической гипотезы ускоряет построение теории. От исходных уравнений, взятых из уже сложившейся области физических знаний, теоретик может довольно долго двигаться только в математической плоскости, выстраивая математический аппарат теории и не обращая внимания на то, что физический смысл многих звеньев этого аппарата не ясен. Часто именно так его строят до конца, и только когда математическая модель уже завершена, начинают уточнять ее интерпретацию. При таком способе создания теории в ней могут появиться парадоксы, которые обнаруживаются далеко не сразу.

Почему они могут появиться? Потому что вместе с исходными уравнениями теоретик невольно «перетаскивает» из старых теорий и «осколки» старой интерпретации. И перенося уравнения на новую область, тем самым погружает абстрактные объекты прежних теорий в новую систему связей, наделяет их новыми физическими признаками. А как согласуются новые признаки со старыми? Можно ли получить их в опыте? Не вкрались ли в теорию неконструктивные элементы, которые потом и дадут странные противоречия, грозя развалить изнутри математически стройную систему?

Был в истории квантовой физики момент, когда такая угроза казалась вполне реальной — когда создавалась квантовая электродинамика.

Ее математический аппарат, описывающий свободные электромагнитное и электронно-позитронное поля, был уже построен, уже предпринимались попытки описать взаимодействие этих вещей, когда физики обнаружили, что два основных положения новой теории противоречат друг другу, если поле состоит из отдельных квантов, которые возникают и исчезают с определенной вероятностью, то классические напряженности поля в точке нельзя точно измерить, потому что всегда возможны хаотические флуктуации.

Но аппарат теории строился так, что наблюдаемыми должны быть именно поля в точке. Интересно уже то, что физики долго работали, не замечая этого противоречия в самом фундаменте теории. Выход был найден Н. Бором. Суть его идеи хорошо известна специалистам, а нас здесь больше интересует продолжение истории: в квантовую механику предстояло ввести новые величины и доказать, что они ее не разрушат и не «отменят». Вот эта процедура, которую мы назвали конструктивным введением в теорию нового абстрактного объекта, безупречно проведенная Н. Бором и Л. Розенфельдом, кажется мне совершенно необходимой в современной математизированной физике.

Они повторили путь, пройденный теми, кто до них создавал математический аппарат квантовой механики (и кто не заметил парадокса неизмеримости) — повторили по самым важным, узловым точкам. В сущности, они провели серию экспериментов, которые каждый раз обосновывали введение новых величин: да, их можно получить, да, мы получим именно то, что нам нужно.

Они не провели ни одного эксперимента — того реального эксперимента, с которым связано всякое представление о физике. Все эксперименты были мысленными. И до сих пор физики поражаются их красоте и изяществу.

Ученый, проводящий такие эксперименты, должен совмещать в себе физика, математика и инженера. Бор и Розенфельд каждый раз проходили весь путь от общей и абстрактной схемы измерения до ее детальной и конкретной проработки. И это давало уверенность, что мысленный эксперимент соответствует реальному, что его можно провести,— значит, уже можно и не проводить, чтобы двигаться дальше.

Важно не только еще раз выразить восхищение этой кропотливой и блестящей работой — важно увидеть в ней процедуру, необходимую для создания физической теории.

Сегодня подавляющее большинство физиков-теоретиков создает и совершенствует математический аппарат теорий, не всегда подкрепляя его анализом физического смысла работы.

Строительные леса для храма науки

Долгое время считалось, что научная теория есть простое индуктивное обобщение данных опыта.

Однако на основе этого представления трудно было объяснить, почему одни и те же опытные факты часто используются как доказательство истинности совершенно разных, порой противоположных теорий. Множественность теорий выглядела непостижимой.

И не менее трудно понять с этой точки зрения, почему одна фундаментальная теория сменяет другую, если и прежняя объясняла все известные факты; в этом смысле система Птолемея не уступала системе Коперника и все-таки была вытеснена ею.

Несводимость теоретического поиска к индуктивному обобщению опытных данных, его зависимость от исторически сложившихся средств познания, важная роль философских и методологических идей в этом процессе четко обнаружились благодаря революциям в естествознании на переходе от классической науки к современной. Уже революция в физике конца XIX — начала XX века отчетливо продемонстрировала, что успех специальных исследований зависит от философско-методологических установок естествоиспытателя, которые во многом определяют способ обобщения эмпирического материала.

Мы должны не только констатировать, что наука развивается, но и видеть ряд возможных линий такого развития, не все из которых реализовались в истории цивилизации. Не было столбовой дороги истории науки — были и тупики, и обходные тропки, и развилки. И можно представить себе мысленный эксперимент: что было бы, если бы наука пошла не по этому пути, а по-другому. Если бы, например, современники приняли математический аппарат, предложенный Риманом, и смогли построить его физическую интерпретацию (забудем на время обо всем, что этому мешало). Классическая электродинамика, близкая нынешней лоренцовской, сложилась бы уже тогда. И на этом пути, наверное, рано или поздно тоже были бы обнаружены эффекты, которые мы теперь объясняем существованием электромагнитных волн (их предсказала бы теория запаздывающих потенциалов).

А наука была бы другой. Как в этой, другой науке с абсолютным пространством ньютоновской картины мира вне концепции электромагнитных полей и мирового эфира появилась бы теория относительности? Может быть, сходная теория была бы построена, но принципиально иными средствами. Какими? Какие преимущества были бы у этой, другой науки?

Методология есть способ осознания устройства науки и методов ее работы. Можно сказать, что все великие люди науки были в какой-то мере и ее методологами. Чтобы выйти из тупика, в который попала их область знания, и продолжать исследование своего объекта, они оказывались вынужденными, оставив на время этот объект, обратиться к анализу самих способов работы с ним.

Но физик, биолог, социолог становится методологом «не от хорошей жизни». Он ищет, во многом интуитивно, выход из сложившейся ситуации, ищет новый прием, принцип, метод — и, найдя его, тут же возвращается к своим пенатам: в физику, биологию, социологию. Современная теория, как правило, создается уже не отдельным ученым, а «коллективным теоретиком» — сообществом исследователей, каждый из которых осуществляет лишь часть процедур, необходимых для построения теории. Уравнения классической теории электромагнитного поля и их интерпретацию открыл один Д. Максвелл. Создание квантовой электродинамики потребовало уже коллективных усилий таких выдающихся физиков, как Н. Бор, В. Гейзенберг, В. Паули, П. Дирак и другие.

В этом разделении научного труда философско-методологическая часть начинает осознаваться и выделяться в особую сферу исследований. Поиск новых методов и принципов научной работы становится не менее сложным, чем их применение.

Внутри философии, на стыке между ней и специальными науками формируется новая область знаний — методология науки.

Методологи по-разному видят ее будущее. Некоторые из нас думают, что на ее основе можно будет проектировать развитие науки, как сегодня проектируется развитие городов и промышленных технологий. Детальный анализ всех возможных исследовательских ситуаций, по их мнению, даст целый комплекс норм научной деятельности, которые больше не придется искать «на ощупь» и открывать каждый раз заново.

Я не думаю, что методология станет когда-нибудь таким нормативным знанием для всей науки. Но, несомненно, стратегию поиска и физику, и биологу, и социологу будет легче разрабатывать, опираясь на весь теоретически осмысленный опыт работы науки в целом: у них будет набор вариантов. И я верю, что когда-нибудь в группу ученых — теоретиков, специалистов в какой-то конкретной области знаний — на полных правах войдет методолог-прикладник, который сможет, опираясь на методологическую теорию, квалифицированно применять ее в практике научных исследований.

Но не только в надежде на далекий «практический выход» мы, по моему глубокому убеждению, должны черпать уверенность в необходимости того, что делаем. Я убежден, что глубокий теоретический анализ науки и научного познания имеет вполне самостоятельную ценность, безотносительно к его возможным утилитарным приложениям.

Мы живем в техногенной цивилизации. Порожденная нашей культурой, наука теперь оказывает на нее исключительно мощное влияние. Она «давит» на другие сферы культуры, она во многом формирует обыденное сознание как ученых, так и людей, от нее далеких. Любое высказывание практически в любой области жизни, чтобы быть авторитетным, принимает теперь хотя бы внешне научную форму или по крайней мере апеллирует к науке. Что будет дальше? Какими путями пойдет развитие нашей техногенной ветви цивилизации?

На эти вопросы невозможно ответить, не зная, как «устроена» наука, по каким законам она развивается, в чем отличие этих законов от законов развития других сфер культуры, в чем специфика научного мышления. И где исчерпываются возможности науки, которые сейчас многим кажутся неисчерпаемыми.

Наука нашего времени — система динамическая, она вроде волчка, который, когда стоит, падает, а устойчив только в движении. Методология как особая область знаний затем и появилась, чтобы ускорить развитие науки. Такое развитие — величайшая ценность сегодняшней цивилизации. Но всегда ли будет так?

Трудно сказать, насколько правомерен перенос в будущее наших сегодняшних забот. Если же когда-нибудь идеалом для нас станет стабильность, устойчивость, отношение к науке в корне изменится, потому что она теперь самый мощный источник мутаций в культуре. Но тогда изменится подход и к методологии науки.

Думаю, однако, ценность знания о науке как о составной части нашей культуры останется, как бы ни сложилась дальше история нашей цивилизации.

Автор: Степин Вячеслав Семенович, доктор философских наук.