Выдвижение и обоснование гипотез

Содержание научной гипотезы, ее выдвижение и обоснование

Теоретическая стадия исследования проблемы начинается с выдвижения и обоснования гипотезы, которая призвана дать пробное решение проблемы. Гипотеза должна предопределить правильный ответ на поставленную проблему или показать ее несостоятельность.

В широком смысле слова гипотеза — любое предположение, догадка или предсказание, основывающееся либо на предшествующем знании, либо на новых фактах, но чаще всего — на том и другом одновременно. В научном исследовании гипотеза — это такая форма развития знания, которая выражает научно обоснованное предположение, объясняющее причину какого-либо явления, хотя истинность (или ложность) этого предположения пока еще не доказана. Гипотетическое знание носит вероятностный, а не достоверный характер и требует проверки, обоснования.

В лингвистическом отношении гипотеза может выражаться либо повествовательным предложением, либо формулой. В процессе научного исследования гипотеза используется для двух целей: объяснить существующие факты и предсказать новые, неизвестные.

При решении одной и той же проблемы может быть выдвинуто несколько гипотез, причем нередко диаметрально противоположных. Истории науки известны многие конкурирующие гипотезы: корпускулярная и волновая в объяснении природы света; противоположные гипотезы о существовании «праязыка» в языкознании и т.д.

Не всякое предположение может претендовать на статус научной гипотезы. Гипотеза как форма теоретического знания должна отвечать ряду требований, образующих условия состоятельности гипотезы:

1. Гипотеза призвана объяснить все имеющиеся достоверные факты и явления, для анализа которых она выдвигается; не противоречить ранее установленным фактам, научным положениям и законам.

2. Гипотеза должна быть проверяемой. При этом различается практическая и принципиальная проверяемость гипотезы. Гипотезы, не проверяемые практически, то есть на данном этапе научного развития, не следует отбрасывать, но они должны выдвигаться с известной осторожностью, поскольку наука не в состоянии свои основные усилия концентрировать на разработке таких гипотез.

3. Гипотеза должна быть приложима к возможно более широкому кругу явлений.

4. Необходима принципиальная простота гипотезы — ее способность, исходя из единого основания, объяснять возможно более широкий круг различных явлений, не прибегая при этом к сложным искусственным построениям.

Научные гипотезы обосновываются и проверяются. Обоснованность гипотезы — необходимое условие ее применимости. Сопоставление полученных из гипотезы следствий с практическим опытом есть процесс проверки гипотез. Если следствия (даже некоторые из них) не подтверждаются опытом, то делают вывод о ложности гипотезы. Таким образом, основной путь обоснования гипотезы — практика, экспериментирование в сочетании с логическими операциями. Проверенная и доказанная гипотеза переходит в разряд достоверных истин, становится научной теорией.

Выдвижение, построение и проверка научных гипотез

Гипотезы создаются для пробного решения возникающих в науке проблем. Иногда вместо них выдвигаются простые предположения или даже догадки, которые не отличаются особой надежностью. Поэтому они уступают место более обоснованным, проверенным и правдоподобным гипотезам. Однако поскольку заключения гипотез имеют лишь вероятный характер, то отношение к ним на протяжении долгого периода истории научного познания было, если не негативное, то крайне сдержанное. В античной науке гипотетические или правдоподобные рассуждения исключались из области «эпистемы» или достоверного знания и причислялись к «доксе», т.е. к мнениям. В эпоху Возрождения и Нового времени к гипотезам относили различные натурфилософские предположения и спекулятивные построения, когда для объяснения реальных физических и других процессов придумывались разного рода невесомые жидкости и скрытые силы. По-видимому, именно это обстоятельство вынудило великого Ньютона публично заявить, что гипотез он не измышляет («hypothesis non jingo»). Между тем в своем фундаментальном труде «Математические начала натуральной философии» он фактически пользуется гипотезами в современном их понимании. Более того, именно он впервые использовал аксиоматический метод античных греков для построения теоретической механики. Этот метод сам Ньютон называл методом принципов, а теперь его нередко называют гипотетико-дедуктивным методом, так как в нем в качестве аксиом используются принципы или гипотезы, отображающие существенные свойства и отношения явлений и процессов изучаемой области действительности.

Признание гипотезы в качестве самостоятельной формы и развития научного знания тормозилось широко распространенными эмпирическими и позитивистскими взглядами. Сторонникам эмпиризма принадлежит знаменитый тезис: «в интеллекте, или уме, нет ничего, кроме того, что приходит от ощущений». Но выдающийся немецкий философ и математик Г.В. Лейбниц добавил к нему убедительную оговорку: «если не считать самого интеллекта», что в корне подрывает основы эмпиризма.

Позитивисты считали заслуживающими доверия только те утверждения науки, которые опираются на чувственные восприятия или простейшие их обобщения. Поэтому они рассматривали гипотезы в лучшем случае как временное средство исследования. Особенно подозрительно они относились к гипотезам, содержащим понятия о теоретических, ненаблюдаемых объектах. В конце XIX в. с резкой критикой гипотез о таких ненаблюдаемых объектах, как атомы и молекулы выступили сторонники эмпириокритицизма во главе с известным австрийским физиком и философом Э. Махом. Сторонники влиятельного направления в философии науки — логические позитивисты или эмпиристы, выдвинули даже программу редукции, или сведения, теоретических терминов к эмпирическим. Они считали надежным только эмпирический базис науки в виде так называемых протокольных предложений, в которых фиксируются результаты наблюдений. Логические позитивисты настаивали также на том, чтобы все утверждения науки должны быть верифицированы, т.е. проверены на истинность и ложность. Как известно, на этом основании они всю традиционную философию рассматривали как метафизическую на том основании, что ее утверждения не допускают эмпирической проверки. Как было показано в 1 и 2 главах, критерий верификации не может быть применен не только к утверждениям теоретических наук, но непосредственно и к тем гипотезам эмпирических наук, в которых речь идет о ненаблюдаемых объектах. Тем не менее при выдвижении гипотез в эмпирических науках руководствуются также определенными критериями научности, среди которых важнейшим является возможность их принципиальной проверяемости.

Требования, предъявляемые к научным гипотезам. Прежде чем начать разрабатывать гипотезу, она должна пройти стадию предварительной проверки и обоснования. Ведь для объяснения одних и тех же фактов можно предложить множество различных гипотез. Поэтому и возникает задача отобрать среди них те, которые можно подвергнуть дальнейшему исследованию и проверке. Но это не означает, что выбранная гипотеза обязательно окажется истинной или даже наиболее правдоподобной. Специфические требования к научным гипотезам заслуживают особого внимания потому, что они помогают сделать выбор между гипотезами с различной объяснительной и предсказательной силой.

  • 1. Релевантность гипотезы представляет собой предварительное условие для признания ее допустимой в науке. Термин «релевантный» (от англ, relevant — уместный, относящийся к делу) характеризует отношение гипотезы к фактам, на которых она основывается. Если эти факты подтверждают или опровергают гипотезу, то она считается релевантной к ним. Поскольку любая гипотеза выдвигается либо для объяснения фактов известных и предсказания неизвестных, то иррелевантная, безразличная к ним гипотеза не будет представлять никакого научного интереса.
  • 2. Проверяемость гипотезы в эмпирических науках всегда связана в конечном итоге с возможностью сопоставления ее следствий с результатами наблюдений или экспериментов. Отсюда, разумеется, не вытекает требование эмпирической проверки каждой гипотезы. Как мы отмечали уже раньше, речь должна идти о принципиальной возможности такой проверки. Известно, что многие фундаментальные гипотезы науки содержат в своем составе понятия о ненаблюдаемых объектах, их свойствах и отношениях, как, например, электромагнитные волны, элементарные частицы, кварки и т.п. Об их существовании можно судить только косвенно, по логическим следствиям из гипотезы или теории, которые можно проверить с помощью показаний приборов и других регистрирующих устройств.

С развитием науки, проникновением ее в глубинные структуры материи возрастает число гипотез более высокого теоретического уровня, которые вводят различные ненаблюдаемые объекты. А это требует усложнения и совершенствования экспериментальной техники для их проверки.

Таким образом, прогресс в научном исследовании сопровождается, с одной стороны, выдвижением более абстрактных гипотез, содержащих ненаблюдаемые объекты, а с другой — совершенствованием наблюдательной и экспериментальной техники. Можно ли в этой связи говорить о непроверяемых гипотезах?

Обычно различают три рода непроверяемых гипотез. Во-первых, принципиально непроверяемыми являются гипотезы, структура которых не допускает проверки с помощью возможных фактов или же когда они создаются специально для оправдания данной гипотезы, которые получили название ad hoc гипотез. Чтобы проверить гипотезу о существовании мирового эфира, американский физик А. Май- кельсон осуществил оригинальный эксперимент, в результате которого выяснил, что эфир не оказывает никакого влияния на скорость распространения света. Для объяснения этого была выдвинута гипотеза Лоренца — Фицджеральда, которая предполагала, что отрицательный результат вызван сокращением линейных размеров плеча интерферометра, движущегося в одинаковом направлении с движением Земли. Вследствие этого гипотеза оказалась принципиально непроверяемой и поэтому приобрела характер гипотезы типа ad hoc. Несостоятельность гипотезы Лоренца-Фицджеральда была доказана в теории относительности, в которой А. Эйнштейн установил, что понятия пространства и времени имеют относительный, а не абсолютный характер.

Во-вторых, универсальные математические и философские гипотезы, имеющие дело с крайне абстрактными понятиями и суждениями, не допускают эмпирической проверки их следствий. Проводя демаркацию между ними и эмпирически проверяемыми гипотезами, К. Поппер был совершенно прав, когда в отличие от логических позитивистов не объявлял философские гипотезы бессмысленными суждениями. Что касается математических гипотез, то они должны найти рациональное обоснование при их применении в естествознании, технических и других науках. Философские же гипотезы имеют универсальный характер и поэтому их критическая проверка и обоснование осуществляется во всей рациональнопознавательной и практической деятельности человечества.

В-третьих, нередко следствия некоторых гипотез нельзя проверить существующими в данный период времени средствами наблюдений и экспериментов. Создатель первой неевклидовой геометрии Н.И. Лобачевский стремился убедить современников в том, что его «воображаемая» система геометрии может реализоваться в окружающем пространстве. В «Пангеометрии» он писал: «один опыт только может подтвердить истину предположения (о сумме внутренних углов треугольника — Г.Р.), например, измерение на самом деле трех углов прямолинейного треугольника…». Сообщают, что Гаусс даже предпринял специальные измерения углов треугольника, образованных тремя горными вершинами, но не обнаружил отклонения от евклидовой геометрии. После создания общей теории относительности А. Эйнштейна удалось показать, что реальные свойства физического пространства более адекватно описываются геометрией переменной отрицательной кривизны Б. Римана. Приведенный пример показывает, во-первых, что геометрические гипотезы, — именно такими являются ее аксиомы — проверяются с помощью физических теорий, во-вторых, сама проверка и связанные с ней измерения имеют относительный характер.

С развитием науки и экспериментальной техники совершенствуются как ее теоретические методы, так и измерительные средства. Поэтому в науке существуют некоторые гипотезы, которые в данный период времени невозможно проверить либо потому, что из них невозможно вывести эмпирически проверяемые следствия, либо точно измерить соответствующие эффекты. Такая участь постигла, например, единую теорию поля, над которой многие годы работал А. Эйнштейн, а также гипотезу о существовании гравитонов — частиц поля тяготения.

3.Совместимость гипотез с существующим научным знанием. Это требование вытекает из общего методологического принципа о преемственности в развитии научного знания. Действительно, современное научное знание представляет собой не совокупность разрозненных фактов, отдельных обобщений и гипотез, а определенную логически связанную систему. Вот почему отдельная гипотеза не должна противоречить не только установленным фактам, но и обоснованному теоретическому знанию. Но это требование также нельзя абсолютизировать, ибо в противном случае наука сводилась бы к простому накоплению информации, и поэтому невозможны были бы коренные, качественные изменения в ее развитии, называемые научными революциями.

Требование совместимости выдвигаемых гипотез с существующим научным знанием скорей всего можно отнести к тому этапу развития науки, который Т. Кун в своей книге «Структура научных революций» называет нормальным периодом ее эволюции. В этом случае достаточно хорошо проверенная и обоснованная гипотеза должна войти в качестве элемента существующей научной парадигмы. Точнее говоря, она будет решением частной задачи, или по терминологии Т. Куна, некоторой головоломки в рамках нормальной науки. Только гипотезы, кардинально меняющие облик науки, такие, как гипотеза о строении атома или космологической эволюции Вселенной оказываются несовместимыми с существовавшим прежде научным знанием.

4. Объяснительная и предсказательная сила гипотез. Под объяснительной силой гипотезы или любого другого суждения в логике понимают количество дедуктивных следствий, которое можно из нее вывести. Если из двух гипотез выводится неодинаковое число следствий, тогда большей объяснительной силой будет обладать та из них, из которой выводится большее количество следствий, подтверждаемых фактами и наоборот. Когда Ньютон выдвинул свою гипотезу об универсальной гравитации, то она оказалась в состоянии объяснить не только те факты, которые были объяснены законами Галилея и Кеплера, но и дополнительное количество новых фактов. Только после этого она стала законом всемирного тяготения. В свою очередь факты, которые оставались не объясненными в ньютоновской теории гравитации (равенство инертной и гравитационной масс, движение перигелия Меркурия), сумела объяснить общая теория относительности А. Эйнштейна.

Хотя логическая структура предсказания гипотезы по форме совпадает со структурой объяснения, но методологически они принципиально отличаются друг от друга, во-первых, потому, что объяснение имеет дело с фактами существующими, а предсказание — с событиями и явлениями, которые могут возможно произойти или нет, во-вторых, оценка предсказаний всегда дается в вероятностных терминах. Следовательно, и сравнение гипотез по предсказательной силе при прочих равных условиях осуществляется вероятностными методами.

В связи с этим заслуживает внимания сравнение двух конкурирующих гипотез по предсказательной силе, которое служит логической основой решающего эксперимента. Пусть имеются две гипотезы Н] и Н2, причем из первой гипотезы выводится предсказание Еь а из второй — несовместное с первым предсказание Е2. Тогда, если в результате эксперимента будет подтверждена гипотеза Нь то тем самым ее вероятность будет выше в сравнении с гипотезой Н2.

На идею решающего эксперимента опирался еще X. Колумб, а после него Н. Коперник при доказательстве шарообразности Земли. Наблюдая отдаление корабля от пристани, указывал Колумб, сначала невидимыми оказываются его корпус и палуба и только потом исчезают из поля зрения его верхние части и мачты с парусами. Ничего подобного не было бы, если бы Земля имела плоскую, а не сферическую форму.

5. Критерий простоты гипотез. В истории науки не раз бывали случаи, когда две конкурирующие гипотезы одинаково удовлетворяли всем перечисленным выше требованиям. Тем не менее только одна из них оказывалась приемлемой именно в силу своей простоты. Самым известным историческим примером может служить судьба гипотез об «устройстве мира» К. Птолемея и Н. Коперника. В гипотезе Птолемея в центре мира находится Земля, от которой происходит ее название «геоцентрическая система мира»: (от греч. Ge — Земля). Вокруг нее вращается Солнце и другие планеты. Чтобы согласовать предсказания своей гипотезы с данными наблюдений, Птолемею пришлось построить сложную геометрическую конструкцию, в которой планеты перемещались по малым окружностям, названным эпициклами, а они в свою очередь двигались по орбитам. По мере расхождения предсказаний с наблюдениями гипотетическая конструкция становилась все более сложной и запутанной.

Гелиоцентрическая гипотеза Н. Коперника сразу покончила с этими трудностями, поставив в «центр мира» Солнце, от которого происходит ее название (от греч. Helios — Солнце). Несмотря на кажущееся противоречие этой гипотезы с наблюдаемым движением Солнца, а не Земли, и упорное сопротивление церкви ее признанию, она в конце концов победила не в последнюю очередь благодаря своей простоте, ясности и убедительности. В связи с этим возникает важный методологический вопрос, о какой простоте идет речь в научном познании? Ведь гипотеза Птолемея с точки зрения здравого смысла кажется проще и очевиднее, поскольку она согласуется с нашими непосредственными наблюдениями. Значит, простота гипотезы в субъективном смысле, связанная с наглядным ее представлением и легкостью понимания, не может служить критерием простоты в науке. Поэтому в науке простота рассматривается скорей интерсубъективно и включает три различных смысла: во-первых, одна гипотеза будет проще другой, если она содержит меньшее число исходных посылок для вывода следствий; во-вторых, простота связана с общностью гипотезы, определяемая глубиной ее содержания и существенным характером исследуемых свойств; в-третьих, в наиболее развитых науках, где используется математический аппарат, простота и общность гипотезы сопровождаются усложнением ее математического аппарата. «Чем проще и фундаментальнее становятся наши допущения, — отмечают А. Эйнштейн и Л. Инфельд, — тем сложнее математическое орудие нашего рассуждения». Свой тезис они обосновывают сравнением общей теории относительности с теорией тяготения И. Ньютона, математический аппарат которой проще теории относительности, но исходные допущения имеют менее фундаментальный характер.

Эвристические принципы поиска гипотез. Процесс генерирования новых научных идей и гипотез представляет собой самую трудную и творческую стадию научного поиска, в котором решающую роль играют интуиция, воображение и талант ученого. Именно поэтому этот процесс не поддается алгоритмизации и точному логическому анализу. Когда же новая гипотеза будет найдена и точно сформулирована, ее дальнейшая разработка ведется с помощью рациональных, логических и эмпирических методов исследования. Однако это не исключает использования логических и методологических средств и приемов для целенаправленного и организованного поиска истины.

В период формирования и становления опытного естествознания в XVII—XVIII вв. большие надежды возлагались на индукцию как единственный способ рассуждения, направленный на получение общих заключений из частных фактов наблюдений и экспериментов. Основатель индуктивной логики Ф. Бэкон считал аристотелевскую силлогистику совершенно непригодной для опытных наук. «Логика, которой теперь пользуются, — писал он в XVII в., — скорее служит укреплению и сохранению заблуждений, имеющих основание в общепринятых понятиях, чем отысканию истины».

Однако, как мы отмечали в гл. 3, его попытка построить «Новый Органон» мышления, в котором научные истины получались бы по канонам созданной им индуктивной логики чуть ли не механически, оказалась утопией. Джон Стюарт Милль, предпринявший в XIX в. систематизацию канонов Бэкона, назвал их методами установления причинной зависимости между явлениями. Но и с их помощью можно открывать лишь простейшие причинные зависимости между эмпирически наблюдаемыми явлениями и их свойствами. В настоящее время среди сторонников гипотетико-дедуктивного взгляда на науку существует тенденция рассматривать индукцию именно как метод подтверждения гипотез, происхождение которых либо относят к компетенции психологии, либо остается неизвестным. С этой точки зрения задача методологии науки ограничивается лишь проверкой гипотез, т.е. выведением логических следствий из них и сравнением их с данными наблюдений и экспериментов.

Однако многие оппоненты гипотетико-дедуктивного взгляда на науку справедливо указывают, что недедуктивные методы рассуждения, такие, как индукция, аналогия и статистика играют важную эвристическую роль в науке, помогая в поиске истины и приближения к ней. Еще в XIX веке известный английский историк науки У. Уэвелл в полемике с Д.С. Миллем отмечал, что индукция, используемая в науке, не ограничивается простым накоплением подтверждающих гипотезу фактов. Она стремится выявить общность между ними и создать соответствующие понятия.

Эта идея о концептуализации эмпирических фактов получила более детальную разработку в абдуктивных умозаключениях, которые мы рассмотрим во 2 части книги, таким образом объясняющая все имеющиеся факты.

Все вышесказанное свидетельствует о том, что все недедуктивные рассуждения (абдукция, аналогия, индукция и статистика), заключения которых вероятны в той или иной степени, представляют собой логические эвристические методы поиска истины. Но они скорее имеют дело с формой, чем с содержанием рассуждений. Конкретное содержание рассуждений меняется от одной науки к другой и на первый взгляд кажется, что в их рамках или в рамках ряда родственных наук трудно надеяться на создание специфических эвристических приемов или способов поиска истины, которые для отличия называют регулятивными принципами.

Для физики и математического естествознания в целом наиболее распространенным является принцип соответствия, который был впервые применен при построении математического аппарата квантовой механики. Согласно этому принципу, исходные понятия и посылки двух родственных гипотез или теорий, например, классической и квантовой механики, определенным образом соответствуют друг другу. Поэтому посылки квантовой теории в предельном случае переходят в посылки классической теории. В свою очередь посылки классической теории можно использовать в качестве эвристического средства для поиска квантовой гипотезы. Впервые такую попытку «применения квантовой теории на такой точке зрения, которая дает надежду рассматривать теорию квантов как рациональное расширение наших обычных представлений» предпринял выдающийся датский физик Нильс Бор. В неявной форме принцип соответствия применялся уже при концептуальной проверке специальной и общей теории относительности, когда утверждения общей теории относительности в предельном случае переходят в утверждения специальной теории.

В качестве эвристического средства научного поиска часто используется также мысленный эксперимент, который дает возможность отвлечься от целого ряда несущественных особенностей реальных процессов и явлений. Самым простым примером такого эксперимента является установление закона инерции в классической механике. Мысленно уменьшая воздействие внешних сил на тело, путем предельного перехода можно освободиться от действия всех сил и таким образом рассмотреть идеальный случай инерциального движения, когда на тело перестают действовать внешние силы, и оно остается либо в покое, либо движется равномерно и прямолинейно. Более сложным примером является мысленный эксперимент со свободно падающим лифтом, который стал для А. Эйнштейна «путеводной нитью в создании общей теории относительности».

В последние годы для эвристического поиска все чаще применяются концептуальные и математические модели, в особенности компьютерный, или вычислительный эксперимент. Во всех подобных моделях исследуемые процессы представлены в форме знаковых систем, главным образом математических моделей — уравнений и других абстрактных структур. Компьютерный эксперимент отличается от других тем, что в нем вычисляются все варианты математического уравнения модели и путем сравнения их с действительностью выбирается наилучший вариант.

В заключение отметим, что все рассмотренные выше приемы и способы эвристического поиска не гарантируют построения гипотезы, которая может оказаться истинной и даже наиболее правдоподобной. Они лишь облегчают, систематизируют и организуют поиск истины. Окончательный же ответ на вопрос об истинности гипотезы дает ее эмпирическая и практическая проверка.

Проверка научных гипотез. Общая схема проверки гипотезы может быть представлена в двух формах. 1) Если обобщение или основание гипотезы Н будет истинно, то истинным будет и ее следствие. Этот способ умозаключения называют логическим правилом вывода modus ponens:

Однако чаще всего гипотезы проверяются по подтверждению их следствий. Такая схема имеет следующий вид:

где Н обозначает гипотезу или обобщение; Е — свидетельство, подтверждающее его; р(Н/Е) — вероятность гипотезы Н на основе свидетельства Е.

Следует обратить особое внимание на то, что подтверждение следствия гипотезы имеет не окончательный, а относительный характер, так как не исключается возможность обнаружения другого свидетельства или факта, который может опровергнуть гипотезу. Именно поэтому рассматриваемая схема не является логическим законом или правилом вывода.

В отличие от него опровержение гипотезы на основе ложного следствия действительно представляет логическое правило вывода, которое в логике известно как modus tollens.

2) Правило логического опровержения гипотез имеет следующий вид:

Поскольку с логической точки зрения опровержение гипотезы имеет окончательный характер, поэтому ложная гипотеза отбрасывается.

С помощью дедукции следствий из гипотез и других общих утверждений науки (обобщений, законов и теорий) делаются, как известно, прогнозы и предсказания, которые являются наиболее убедительными свидетельствами правдоподобности их истинности. В таких науках, как астрономия, физика или химия, такие предсказания отличаются особой точностью. Например, в астрономии предсказания солнечных и лунных затмений рассчитываются на десятки и сотни лет вперед, а физика с помощью своих теорий предсказала существование не только молекул и атомов, но и элементарных частиц материи. Однако в отличие от обобщений универсального характера, которые применяются в наиболее развитых отраслях естествознания, в социально-экономических и гуманитарных науках преимущественно опираются на статистические обобщения, заключения которых только вероятны.

Исследование и проверка гипотез не служат конечной целью науки. Они представляют собой лишь путь к открытию законов науки, поскольку именно гипотезы наиболее общего характера, тщательно подтвержденные, обоснованные и проверенные, становятся законами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *