Тема IV. Эмпирическое и теоретическое в структуре научного исследования
Понятие эмпирического и теоретического
Предваряя рассмотрение темы, отметим, что достаточно четкая фиксация эмпирического и теоретического уровней познания была осуществлена еще в позитивизме 30-х годов XX века, когда анализ языка науки выявил различие в смыслах эмпирических и теоретических терминов. Такое различие касается средств исследования. Но кроме этого можно провести демаркацию двух уровней научного познания, принимая во внимание специфику методов и сам характер предмета исследования.
Рассмотрим более детально эти различия. Начнем с особенностей средств теоретического и эмпирического исследования. Эмпирическое исследование базируется на непосредственном практическом взаимодействии исследователя с изучаемым объектом. Оно предполагает осуществление наблюдений и экспериментальную деятельность. Именно поэтому средства эмпирического исследования с необходимостью включают в себя приборы, приборные установки и другие средства реального наблюдения и эксперимента.
В теоретическом же исследовании отсутствует непосредственное практическое взаимодействие с объектами. На этом уровне объект может изучаться только опосредованно, в мысленном эксперименте, но не в реальном. Кроме средств, которые связаны с организацией экспериментов и наблюдений, в эмпирическом исследовании применяются и понятийные средства. Они функционируют как особый язык, который часто называют эмпирическим языком науки. Последний имеет сложную организацию, в которой взаимодействуют собственно эмпирические термины и термины теоретического языка.
Смыслом эмпирических терминов являются особые абстракции, которые можно было бы назвать эмпирическими объектами. Их следует четко отличать от объектов реальности. Сразу подчеркнем, что эмпирические объекты — это абстракции, выделяющие в действительности некоторый набор свойств и отношений вещей. Итак, реальные объекты представлены в эмпирическом познании в образе идеальных объектов, обладающих жестко фиксированным и ограниченным набором признаков. Как нетрудно догадаться, реальному объекту присуще бесконечное число признаков. Любой такой объект практически неисчерпаем в своих свойствах, связях и отношениях.
Для примера можно взять опыты Био и Савара, в которых было обнаружено магнитное действие электрического тока. Можно вспомнить, что это действие фиксировалось по поведению магнитной стрелки, находящейся вблизи прямолинейного провода с током. И провод с током, и магнитная стрелка обладают, как можно предположить, бесконечным числом признаков: они имеют определенную длину, толщину, вес, конфигурацию, окраску, находятся на некотором расстоянии друг от друга, от стен помещения, в котором проводится опыт, от Солнца, от центра Галактики и т.п.
Вместе с тем, из этого бесконечного набора свойств и отношений в эмпирическом термине «провод с током », как он используется при описании данного опыта, было выделено всего лишь несколько таких признаков: 1) быть на определенном расстоянии от магнитной стрелки; 2) быть прямолинейным; 3) проводить электрический ток определенной силы. Все остальные свойства здесь не имеют значения, и от них мы абстрагируемся в эмпирическом описании. Точно так же по ограниченному набору признаков конструируется тот идеальный эмпирический объект, который образует смысл термина «магнитная стрелка». Необходимо отметить, что каждый признак эмпирического объекта можно обнаружить в реальном объекте, но отнюдь не наоборот.
Что же касается теоретического познания, то в нем, вполне естественно, применяются иные исследовательские средства. Во-первых, здесь отсутствуют средства материального, практического взаимодействия с изучаемым объектом. Но и язык теоретического исследования отличается от языка эмпирических описаний. В качестве его основы выступают теоретические термины, смыслом которых являются теоретические идеальные объекты. Их также называют идеализированными объектами, абстрактными объектами или теоретическими конструктами. И снова подчеркнем, что это особые абстракции, которые являются логическими реконструкциями действительности. Заметим, что ни одна теория не строится без применения таких объектов.
Их примерами могут служить материальная точка, абсолютно черное тело, идеальный товар, который обменивается на другой товар строго в соответствии с законом стоимости (здесь происходит абстрагирование от колебаний рыночных цен), идеализированная популяция в биологии, по отношению к которой формулируется закон Харди — Вайнберга (бесконечная популяция, где все особи скрещиваются равновероятно и т.п.). Можно обратить внимание, что идеализированные теоретические объекты, в отличие от эмпирических объектов, наделены не только теми признаками, которые мы можем обнаружить в реальном взаимодействии объектов опыта, но и признаками, которых нет ни у одного реального объекта. Например, материальную точку определяют как тело, лишенное размеров, но сосредоточивающее в себе всю массу тела. Как известно, таких тел в природе не существует. Они выступают как результат мысленного конструирования, когда мы абстрагируемся от несущественных (в том или ином отношении) связей и признаков предмета и строим идеальный объект, который выступает носителем только сущностных связей. Задачей теоретического исследования является познание сущности в чистом виде. Введение в теорию абстрактных, идеализированных объектов как раз и позволяет решать эту задачу.
Однако эмпирический и теоретический типы познания различаются не только по средствам, но и по методам исследовательской деятельности. На эмпирическом уровне в качества основных методов применяются реальный эксперимент и реальное наблюдение. Важную роль так же играют методы эмпирического описания, ориентированные ни максимально очищенную от субъективных наслоений объективную характеристику изучаемых явлений. Что же касается теоретического исследования, то здесь применяются особые методы: идеализация (метод построения идеализированною объекта); мысленный эксперимент с идеализированными объектами, который замещает реальный эксперимент с реальными объектами; особые методы построения теории (например, восхождение от абстрактного к конкретному, аксиоматический и гипотетико-дедуктивный методы); методы логического и исторического исследования и т.п.
Следует подчеркнуть, что названные особенности средств и методов связаны со спецификой предмета эмпирического и теоретическою исследования. На каждом из этих уровней исследователь может иметь дело с одной и той же объективной реальностью, но он изучает ее в разных предметных срезах. Именно поэтому ее видение, ее представление в знаниях будут даваться по-разному. Эмпирическое исследование в основе своей ориентировано на изучение явлений и зависимостей между ними. На этом уровне познания сущностные связи не выделяются еще в чистом виде, но они как бы высвечиваются в явлениях, проступают через их конкретную оболочку. На уровне же теоретического познания происходит выделение сущностных связей в чистом виде. Сущность объекта представляет собой взаимодействие ряда законов, которым подчиняется данный объект. Задача теории как раз и заключается в том, чтобы, расчленив эту сложную сеть законов на компоненты, затем воссоздать шаг за шагом их взаимодействие и таким образом раскрыть сущность объекта.
Изучая явления и связи между ними, эмпирическое познание способно обнаружить действие объективного закона. Однако, оно фиксирует это действие, как правило, в форме эмпирических зависимостей, которые следует отличать от обобщения теоретического характера как особого знания, получаемого в результате теоретического исследования объектов. Эмпирическая зависимость является результатом индуктивного обобщения опыта и представляет собой вероятностно-истинное знание. Теоретический же закон — это всегда знание достоверное. Получение такого знания требует особых исследовательских процедур. Рассмотрим это обстоятельство подробнее.
Широко известен, к примеру, закон Бойля — Мариотта, описывающий корреляцию между давлением и объемом газа: РV = const, где Р — давление газа, V — его объем. Вначале этот закон был открыт Р. Бойлем как индуктивное обобщение опытных данных, когда в эксперименте была обнаружена зависимость между объемом сжимаемого под давлением газа и величиной этого давления. Сама история открытия этого закона весьма интересна и поучительна. Отметим, что рассматриваемый закон как эмпирическая зависимость был получен во многом случайно, в качестве побочного результата спора между двумя известными физиками XVIII столетия Р. Бойлем и Ф. Линнусом. Сам спор шел по поводу интерпретации опытов Бойля, обнаруживших явление барометрического давления. Ученый проделал следующий опыт: трубку, запаянную сверху и наполненную ртутью, он погружал в чашку с ртутью. Согласно принципу сообщающихся сосудов следовало ожидать, что уровень ртути в трубке и в чашке будет выровнен. Но опыт показал, что лишь некоторая часть ртути выливается в чашку, а остальная часть в виде столбика стоит над поверхностью ртути в чашке. Ученый интерпретировал этот опыт следующим образом: давление воздуха на поверхность ртути в чашке удерживает столбик ртути над этой поверхностью. Высота столбика является показателем величины атмосферного давления. Тем самым был предложен принцип барометра — прибора, измеряющего давление.
Однако его оппонент Ф. Линнус выдвинул следующие возражения: воздух состоит из легких частиц, он подобен тонкой и податливой жидкости, которая не может устоять под давлением тяжелых частиц ртути. Поэтому воздух не может удерживать столб ртути. Удерживает его притяжение ртути к верхнему концу барометрической трубки. Линнус писал, что, затыкая сверху барометрическую трубку пальцем, он чувствовал нити притяжения, когда опускал ее в чашку. Сам по себе этот исторический факт весьма показателен. Он свидетельствует о том, что один и тот же результат опыта может получить различные интерпретации и использоваться для подтверждения весьма отличных друг от друга концепций.
Чтобы доказать Линнусу, что воздух способен удерживать столб ртути, Бойль поставил новый опыт. Он взял изогнутую в виде сифона стеклянную трубку со спаянным коротким коленом и стал постепенно наполнять ее ртутью. По мере увеличения столбика ртути воздух в колене сжимался, но не вытеснялся полностью. Исследователь составил таблицу отношения объемов воздуха и величины столбика ртути и послал ее Линнусу как доказательство правильности своей интерпретации.
Казалось бы, история с объяснением барометрического давления пришла к закономерному итогу. Однако она получила весьма неожиданное развитие. У Бойля был ученик, молодой человек по имени Тоунлей, которого известный ученый обучал основам физики и математики. Именно этот молодой ученый, изучая таблицу опытов Бойля, подметил, что объемы сжимаемого воздуха пропорциональны высоте давящего на воздух столбика ртути. После этого Бойль увидел свои опыты в новом ракурсе. Можно предположить, что столбик ртути - это своеобразный поршень, сжимающий воздух, и вес столбика соответствует давлению. Поэтому пропорция в табличных данных означает зависимость между величиной давления и объема газа. Так, собственно, было получено соотношение РV = const, которое Бойль подтвердил множеством опытов с давлениями, большими и меньшими атмосферного.
Зададимся вопросом: имела ли эта зависимость статус достоверного знания? Очевидно нет, хотя и выражалась математической формулой. Это была зависимость, полученная путем индуктивного обобщения результатов опыта и имевшая поэтому статус вероятностно-истинного высказывания, а не достоверного знания, каковым является лишь теоретический закон. Если бы Бойль перешел к опытам с большими давлениями, то он обнаружил бы, что эта зависимость нарушается. Физики подчеркивают, что закон РV = const применим только в случае очень разреженных газов, когда система приближается к модели идеального газа и межмолекулярными взаимодействиями в данном случае можно пренебречь. А при больших давлениях существенными становятся взаимодействия между молекулами, и тогда закон Бойля нарушается. Зависимость, обнародованная этим ученым, являлась, стало быть, вероятностно-истинным знанием, обобщением такого же типа, как и известное утверждение "все лебеди белые", которое считалось справедливым до тех пор, пока в человеческой практике не были обнаружены черные лебеди. Теоретический же закон РV = const был получен позднее, когда была построена модель идеального газа.
Необходимо отметить, что вывел этот закон физик Даниил Бернулли (академик Петербургской Академии Наук) в 1730 году. Ученый исходил из атомистических представлений о газе и представил его частицы в качестве материальных точек, соударяющихся наподобие упругих шаров. К идеальному газу, находящемуся в идеальном сосуде под давлением, исследователь применил законы ньютоновской механики и путем расчетов получил формулу РV = const. Как видим, это была та же самая формула, которую ранее получил Р. Бойль. Однако смысл ее был уже существенно иной. У Бойля зависимость РV = const соотносилась со схемой реальных экспериментов и таблицами их результатов. Тогда как у Бернулли она была связана с теоретической моделью идеального газа. В этой модели были выражены сущностные характеристики поведения любых газов при относительно небольших давлениях. Именно поэтому закон, непосредственно описывающий эти сущностные связи, выступал уже как достоверное, истинное знание.
Итак, выделяя эмпирическое и теоретическое познание в качестве двух особых типов исследовательской деятельности, можно сказать, что предмет их разный, т. е. теоретическое и эмпирическое исследование имеют дело с разными срезами одной и той же действительности. Эмпирическое исследование изучает явления и их корреляции; в этих корреляциях, взаимосвязях явлений можно уловить проявление закона. Однако в чистом виде он дается только в результате теоретического исследования. Следует еще раз подчеркнуть, что увеличение количества опытов само по себе не делает некую эмпирическую зависимость достоверным фактом, потому что индукция всегда имеет дело с незаконченным, неполным опытом. Сколько бы мы ни проделывали опытов и ни соотносили их друг с другом, простое индуктивное обобщение опытных результатов не ведет к теоретическому знанию. Теория не строится путем индуктивного обобщения опыта. Это непреложное положение во всей его глубине было осознано в науке сравнительно поздно, когда она достигла достаточно высоких степеней теоретизации. Подводя итоги данному разделу, отметим, что эмпирический и теоретический уровни познания отличаются по предмету, средствам и методам исследования. Однако само выделение и самостоятельное рассмотрение каждого из них представляет собой необходимую в изучении этих феноменов абстракцию. В реальной ткани познания эти два слоя познавательной деятельности всегда взаимодействуют.