Модели играют большую роль в научно-теоретическом познании. Они позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия: например, модель атома, модель Вселенной, модель генома человека и пр. Теоретические модели отражают строение, свойства и поведение реальных объектов. Известный западный философ науки Имре Лакатос отмечал, что процесс формирования первичных теоретических моделей может опираться на программы троякого рода, каждая из которых исходит из организации знания как дедуктивной системы:
1) Эмпиристская программа;
2) Индуктивистская программа;
3) Система Евклида (Евклидова программа).
Евклидианскую программу, которая предполагает, что все можно дедуцировать из конечного множества тривиальных истинных высказываний, состоящих только из терминов с тривиальной смысловой нагрузкой, принято называть программой тривиализации (упрощения) знания. Данная программа содержит сугубо истинные суждения, но она не работает ни с предположениями, ни с опровержениями. Знание как истина вводится на верхушку теории и без какой-либо деформации «стекает» от терминов-примитивов к определяемым терминам.
В отличие от Евклидовой, эмпиристская программа строится на основе базовых положений, имеющих общеизвестный эмпирический характер. Эмпиристы не могут допустить иного введения смысла, чем снизу теории. Если эти положения оказываются ложными, то данная оценка проникает вверх по каналам дедукции и наполняет всю систему. Следовательно, эмпиристская теория предположительна и фальсифицируема. И если евклидианская теория располагает истину наверху и освещает ее естественным светом разума, то эмпиристская - располагает ее внизу и освещает светом опыта. Но обе программы опираются на логическую интуицию.
Об индуктивистской программе Лакатос говорит так: «Изгнанный с верхнего уровня разум стремится найти прибежище внизу. Индуктивистская программа возникла в рамках усилий соорудить канал, посредством которого истина течет вверх от базисных положений, и, таким образом, установить дополнительный логический принцип, принцип ретрансляции истины».
По мнению академика В. С. Степина, «главная особенность теоретических схем состоит в том, что они не являются результатом чисто дедуктивного обобщения опыта». В развитой науке теоретические схемы вначале строятся как гипотетические модели с использованием ранее сформулированных абстрактных объектов. На ранних стадиях научного исследования конструкты теоретических моделей создаются путем непосредственной схематизации опыта.
Важными характеристиками теоретической модели являются ее структурность, а также возможность переноса абстрактных объектов из других областей знания. Лакатос считает, что основные структурные единицы — это жесткое ядро, пояс защитных гипотез, положительная и отрицательная эвристика. Отрицательная эвристика запрещает применять опровержения к жесткому ядру программы. Положительная эвристика разрешает дальнейшее развитие и расширение теоретической модели.
Теоретические объекты передают смысл таких понятий, как «идеальный газ», «абсолютное черное тело», «точка», «сила», «окружность», «отрезок» и пр. Абстрактные объекты направлены на замещение тех или иных связей действительности, но они не могут существовать в статусе реальных объектов, так как представляют собой идеализации.
Перенос абстрактных объектов из одной области знания в другую предполагает существование прочного основания для аналогий, которые указывают на сходства между вещами. Современные интерпретаторы выделяют: 1) аналогию неравенства, когда разные предметы имеют одно имя (тело небесное, тело земное); 2) аналогию пропорциональности (здоровье физическое - здоровье умственное); 3) аналогию атрибуции, когда одинаковые отношения по-разному приписываются объекту (здоровый образ жизни - здоровый организм - здоровое общество и т. п.). Таким образом, умозаключение по аналогии позволяет уподоблять новое единичное явление другому, уже известному явлению. Аналогия с определенной долей вероятности позволяет расширять имеющиеся знания путем включения в их сферу новых предметных областей. Примечательно, что Гегель очень высоко ценил возможности метода аналогий, называя последний «инстинктом разума».
Абстрактные объекты должны удовлетворять связям и взаимодействиям складывающейся области знания. Поэтому всегда актуален вопрос о достоверности аналогии. Различают аналогии предметов и аналогии отношений, а также строгую аналогию и нестрогую. Строгая аналогия обеспечивает необходимую связь переносимого признака с признаком сходства. Аналогия нестрогая носит проблемный характер. Важно отметить, что отличие аналогии от дедуктивного умозаключения состоит в том, что в аналогии имеет место уподобление единичных объектов, а не подведение отдельного случая под общее положение, как в дедукции.
Как отмечает В. Н. Порус, «важную роль в становлении классической механики играла аналогия между движением брошенного тела и движением небесных тел; аналогия между геометрическими и алгебраическими объектами реализована Декартом в аналитической геометрии; аналогия селективной работы в скотоводстве использовалась Дарвином, в его теории естественного отбора; аналогия между световыми, электрическими и магнитными явлениями оказалась плодотворной для теории электромагнитного поля Максвелла. Обширный класс аналогий используется в современных научных дисциплинах: в архитектуре и теории градостроительства, бионике и кибернетике, фармакологии и медицине, логике и лингвистике; в сфере технических наук, для которых огромное значение имеет процедура схематизации, которая замещает реальный инженерный объект идеализированным представлением (схемой, моделью).
Известны также многочисленные примеры ложных аналогий. Таковы аналогии между движением жидкости и распространением тепла в учении о «теплороде» XVII—ХVШ вв. (гипотетическая тепловая материя (невесомая жидкость), присутствием которой в телах пытались объяснять наблюдаемые тепловые явления (нагрев тел, теплообмен, тепловое расширение, тепловое равновесие и т. п.); специфическая жидкость, которая якобы переливается в нагреваемые тела).
Формирование законов предполагает, что обоснованная экспериментально или эмпирически гипотетическая модель имеет возможность для превращения в схему. Причем «теоретические схемы вводятся вначале как гипотетические конструкции, но затем они адаптируются к определенной совокупности экспериментов и в этом процессе обосновываются как обобщение опыта». Затем следовал этап ее применения к качественному многообразию вещей, т. е. ее качественное расширение. И лишь после этого следовал этап количественного математического оформления в виде уравнения или формулы, что знаменовало собой фазу появления закона.
Итак, модель → схема → качественные и количественные расширения → математизация → формулировка закона. На всех без исключения стадиях реально осуществлялась как корректировка самих абстрактных объектов, так и их теоретических схем, а также их количественных математических формализации. Теоретические схемы также могли видоизменяться под воздействием математических средств, однако все эти трансформации оставались в пределах выдвинутой гипотетической модели.
B.C. Степин подчеркивает, что «в классической физике можно говорить о двух стадиях построения частных теоретических схем как гипотез: стадии их конструирования в качестве содержательно-физических моделей некоторой области взаимодействий и стадии возможной перестройки теоретических моделей в процессе их соединения с математическим аппаратом». На высших стадиях развития эти два аспекта гипотезы сливаются, а на ранних они разделены. Понятие «закон» указывает на наличие внутренне необходимых, устойчивых и повторяющихся связей между событиями и состояниями объектов. Закон отражает объективно существующие взаимодействия в природе и в этом смысле понимается как природная закономерность. Законы науки прибегают к искусственным языкам для формулировки этих естественно-природных закономерностей. Законы, выработанные человеческим сообществом как нормы человеческого сосуществования, имеют, как правило, конвенциальный (четко структурированный) характер.
Законы науки стремятся к адекватному отображению закономерностей действительности. Однако сама мера адекватности и то, что законы науки есть обобщения, которые изменчивы и подвержены фальсификации, вызывают к жизни весьма острую философско-методологическую проблему. Не случайно Кеплер и Коперник понимали законы науки как гипотезы. Кант вообще был уверен, что законы не извлекаются из природы, а предписываются ей.
Поэтому одной из наиболее важных процедур в науке всегда считалась процедура научного обоснования теоретических знаний, да и сама наука частенько трактовалась как чисто «объяснительное мероприятие». Однако последние достижения науки показывают, что многие процессы современной физической картины мира принципиально не представимы и невообразимы. Это говорит о том, что обоснование лишается своего модельного характера, наглядности и должно опираться на чисто концептуальные приемы, в которых сомнению подвергается сама процедура сведения (редукции) неизвестного к известному.
Возникает и еще один парадоксальный феномен: объекты, которые необходимо объяснить, оказывается, нельзя наблюдать в принципе (кварк - фундаментальная частица, обладающая электрическим зарядом; ненаблюдаемая сущность). Таким образом, научно-теоретическое познание приобретает, увы, внеопытный характер. Внеопытная реальность позволяет иметь о себе внеопытное знание. Это заключение, у которого остановилась современная философия науки, не всеми учеными воспринимается как научное, ибо процедура научного обоснования опирается на то, что объясненным быть не может.
Правильному обоснованию способствует обособление одной или нескольких важных групп фактов, которые должны быть указаны в исходных условиях и утверждении того, что рассматриваемое событие «детерминируется» и, следовательно, должно объясняться в терминах только этой группы фактов.
Научное объяснение включает в себя следующие элементы:
а) эмпирическую проверку предложений, говорящих об определенных условиях;
б) эмпирическую проверку универсальных гипотез, на которых основывается объяснение;
в) исследование того, является ли объяснение логически убедительным.
Объяснение закономерности осуществляется на основе подведения ее под другую, более общую, закономерность. На основе этого выводится двухчастная структура объяснения: экспланандум - это описание явления; эксплананс - класс предложений, которые приводятся для объяснения данного явления. Эксплананс в свою очередь разбивается на два подкласса: один из них описывает условия; другой - общие законы.
Экспланандум должен быть логически выводим из эксплананса - таково логическое условие адекватности. Эксплананс должен подтверждаться всем имеющимся эмпирическим материалом, должен быть истинным - это эмпирическое условие адекватности.
Неполные объяснения опускают часть эксплананса как очевидную. Причинные или детерминистские законы отличаются от статистических тем, что последние устанавливают то, что в перспективе определенный процент всех случаев, удовлетворяющих данному набору условий, будет сопровождаться явлением определенного типа.
Предсказание в отличие от объяснения состоит в утверждении о некотором будущем событии. Здесь даны исходные условия, а следствия еще не имеют места, но должны быть установлены. Можно говорить о структурном равенстве процедур обоснования и предсказания. Очень редко, однако, объяснения формулируются столь полно, что могут проявить свой предсказательный характер, чаще объяснения неполны. Выделяют объяснения «причинные» и «вероятностные», основанные скорее на вероятностных гипотезах, чем на общих «детерминистических» законах, т. е. законах в форме универсальных условий.
Самый общий взгляд на механизм развития научного знания с позиций рационализма говорит о том, что знание может быть обобщающим (синтетическим) и расчленяющим (аналитическим). Синтетическое знание ведет не просто к обобщению, но к созданию принципиально нового содержания, которое ни в разрозненных элементах, ни в их суммативной целостности не содержится. Суть аналитического подхода состоит в том, что основные существенные стороны и закономерности изучаемого явления полагаются как нечто, содержащееся в заданном, взятом за исходный материал. Синтетический подход ориентирует исследователя на нахождение зависимостей за пределами самого объекта, в контексте извне идущих системных отношений. Именно синтетическое движение предполагает формирование новых теоретических смыслов, типов мысленного содержания, новых горизонтов, нового слоя реальности. Синтетическое - это то новое, которое выводит к обнаружению качественно иной, отличной от прежней, имеющейся в наличии, основы.
Аналитическое знание позволяет прояснить детали и частности, выявить весь потенциал содержания, присутствующий в исходной основе. Аналитическое движение предполагает логику, направленную на выявление элементов, о которых еще не знали, но которые содержались в предшествующей основе. Аналитическая форма получения нового знания фиксирует новые связи и отношения предметов, которые уже попали в сферу практической деятельности человека. Она тесно связана с дедукцией и с понятием «логического следования». Примером такого аналитического приращения нового знания выступает нахождение новых химических элементов в периодической таблице Менделеева.