Экспериментальное знание: качественные и количественные понятия

В предыдущих главах неоднократно подчеркивалось, что до сих пор не удалось обнаружить какой-либо механизм открытия теории, перехода от фактов к теории. Имея это в виду, французский профессор Р. Том называет экспериментальный метод мифом: в Новое время, т.е. до XX века, считалось, что сначала надо накопить экспериментальные факты, а после их обработки получить теорию. Это устаревшее представление и есть миф [1,с.106]. Возможность жесткого разделения научного знания на фактуальное и теоретическое ныне отрицается. В науках, имеющих фактуально-экспериментальную базу, а именно такие рассматриваются в данном параграфе, всегда существует соотносительность между фактуальным и теоретическим знанием, друг без друга они выпадают из сферы научного.

Разумеется, может так случиться, что факты и теория плохо соответствуют или даже противоречат друг другу. Но даже в этих случаях факты отнюдь не изолированы от теоретического знания, последнее используется, но степень его научности вызывает у исследователей чувство неудовлетворенности. Например, когда физики обнаружили явления сверхтекучести и сверхпроводимости, у них не было достаточно адекватной этим явлениям теории, тем не менее то, что было известно о текучести и проводимости, далеко выходило за границы компетентности людей, несведущих в физике.

Соотносительность фактов и теории (гипотезы) проявляется на событийно-бытийном, перцептуально-когнитивном, логико-лингвистическом уровнях. Неправомерно утверждать, что факты – это что-то действительное, а гипотеза – всего лишь знание, поэтому между ними нет зависимости. Теория имеет дело с общим (схожим) в событиях, значит она не менее действительна, чем факты.

Соотносительность фактов и теории не имеет ничего общего с абсурдным представлением о том, что, например, мир природных явлений такой, каким его придумывают себе. Речь идет совсем о другом, а именно, о соотносительности: а) единичного и общего (схожего); б) перцептуального и когнитивного (взаимосопровождение чувств и мыслей); в) единичных и универсальных высказываний (это следует из того, что даже в единичных высказываниях приходится использовать общие и понятийные имена). Экспериментальные методы существуют, но не вне теоретического контекста.

Том справедливо подчеркивает, что научный закон может быть представлен функцией y=f(x). Здесь х – переменная, не все ее значения могут быть экспериментально подтверждены. Особую значимость приобретают неявные допущения о характере непрерывности или аналитичности функций (из эксперимента эти допущения не извлечь) [1,с.107]. Теория и эксперимент образуют неразрывное единство.

Чтобы еще резче подчеркнуть единство (но не тождественность) фактов и теории, сошлемся на измерение длин – вроде бы, довольно элементарную экспериментальную операцию. Длины измеряют с незапамятных времен. Кажется, что достаточно иметь эталон длины, приложить его к измеряемому объекту и подсчитать сколько раз он укладывается на длине этого объекта. Порой так измеряют длины в обыденной жизни. Но в науке приходится, в частности, учитывать, что: а) согласно математике, отрезки не могут быть соизмеримы, так сказать, абсолютно точно, в силу наличия хотя бы иррациональных чисел типа ; б) из оптики известно, что для различения деталей объекта с линейными размерами порядка d должны использоваться длины волн, сравнимые с d или меньшие, чем d; в) согласно квантовой механике, при одновременном измерении координат и импульсов частиц линейным размерам присуща неустранимая неопределенность; г) согласно специальной теории относительности Эйнштейна, длина одного и того же отрезка не является одинаковой относительно различных систем отсчета; д) согласно целому ряду физических теорий, само приложение масштаба длины к измеряемому объекту приводит к изменению обеих длин; е) существует немало ограничений на измерение "больших" длин, которыми интересуется, например, астрономия.

Можно было бы дополнить список трудностей по измерению длин другими многочисленными аргументами. Приведенный пример свидетельствует о том, что "простое" представление о предшествовании эксперимента теории придется отставить, оно не соответствует современным научным знаниям.

Все сказанное выше не подрывает веру в научную актуальность экспериментирования. Экспериментирование ученых поставляет им факты. Как это происходит? Какие философские проблемы являются здесь самыми значимыми? Рассмотрим в свете единства экспериментального с теоретическим основные аспекты эксперимента.

Латинское слово experimentum буквально означает пробу, опыт. Эксперимент и есть испытание изучаемых явлений в контролируемых и управляемых условиях. Экспериментатор стремится выделить изучаемое явление в чистом виде, чтобы было как можно меньше препятствий в получении искомой информации. Постановке эксперимента предшествует соответствующая подготовительная работа: разрабатывается его программа; если нужно, изготавливаются специальные приборы, измерительная аппаратура; уточняется теория, которая выступает в качестве необходимого инструментария эксперимента. Чаще всего эксперимент проводится группой исследователей, которые действуют согласованно, соизмеряя свои усилия и способности.

Полновесный в научном отношении эксперимент предполагает наличие:

§ самого экспериментатора или группы экспериментаторов;

§ лаборатории (предметный мир экспериментатора, задаваемый его пространственными и временными границами);

§ помещенных в лабораторию изучаемых объектов (физические тела, химические растворы, растения и живые организмы, люди);

§ приборов, объектов, испытывающих непосредственное влияние изучаемых явлений и призванных зафиксировать их специфику;

§ вспомогательных технических устройств, призванных усилить чувственные и рациональные возможности человека и способствовать их задействованию (компьютеры, микро- и телескопы,различного рода усилители).

Центр экспериментальной ситуации – это безусловно ученый-экспериментатор, тот (и те), кто преследует в постановке эксперимента определенные цели и руководствуется определенной мотивацией.

Изучаемое явление поставлено в эксперименте в условия, когда оно вынуждено реагировать на ситуацию и воспринимаемые им вещественные, энергетические или информационные раздражители (это может происходить, например, в процессе смешения химических растворов, освещения растений светом, кормления животных, сообщения испытуемым людям той или иной информации). Реакции испытуемых объектов фиксируются приборами (часто после трансформации и усиления их физико-химических характеристик, а также соответствующего "обсчета" посредством вычислительной техники) и записываются в виде протокольных предложений. Дальнейший научный анализ должен выявить окончательную, не только фактуальную, но и возможно теоретическую, равно как любую иную интересующую экспериментатора результативность.

В описанной выше структуре эксперимента могут отсутствовать некоторые компоненты, например приборы. К тому же сама экспериментальная ситуация по степени своей определенности может соответствовать требованиям научной строгости в большей или меньшей степени. На наш взгляд, старое слово "опыт" можно использовать как родственное слову "эксперимент" в случае, если постановка последнего проводится недостаточно "чисто". Довольно часто эксперимент называют опытом, такая подмена терминов обычно малоуместна.

Следует отметить два способа использования слова "наблюдение". Как момент всякого экспериментирования, наблюдение есть чувственное восприятие всего, что подвластно такому восприятию в эксперименте. В этом контексте наблюдение обеспечивает экспериментатору чувственные, перцептивные факты. Наблюдение дает материал для размышлений, рефлексии. В данном контексте совсем необязательно считать наблюдение созерцанием. Строго говоря, перцептуальный уровень фактов не сводится к зрительным ощущениям. Нельзя исключить, что экспериментатор – слепой человек. Он может наблюдать за ходом эксперимента благодаря не зрительному,а, например, слуховому восприятию.

Достаточно часто термин "наблюдение" противопоставляется термину "эксперимент". Говорят, например, что в астрономии не экспериментируют, а всего лишь наблюдают. Одно дело, мол, когда социолог или политолог отслеживает интересующие его события, а другое – когда он экспериментирует, т.е. ведет себя активно, варьирует условия, цели и задачи эксперимента. С научных позиций структура эксперимента и наблюдения может быть одной и той же: изучаемое в рамках лаборатории (ею может быть и вся Вселенная и, допустим, городской рынок) явление–прибор–экспериментатор (или наблюдатель). Поэтому научные осмысления наблюдения и эксперимента мало чем отличаются друг от друга. Наблюдение вполне можно считать своеобразным, вырожденным в ряде отношений случаем эксперимента. Чтобы выразить богатство изучаемых явлений, ученому необходимо много слов. Но отсюда не следует, что ему надо быть расточительным в их употреблении. Эксперимент совсем необязательно называть то опытом, то наблюдением.

Экспериментируя, исследователь, естественно, имеет представление о тех объектах, которые изучает. Раз так, то он использует определенные понятия. По Карнапу, это классификационные, сравнительные и количественные понятия [2,с.97]. К. Берка эти же понятия определяет соответственно как количественные, топологические и метрические [З]. Карнап справедливо отмечает, что сравнительные понятия часто становятся основой для количественных понятий. Так, понятие "теплее" было развито в понятие температуры [2,с.100]. Данный пример показывает, что нет оснований противопоставлять сравнительные и количественные понятия, в конечном счете они относятся к одному и тому же качеству, которое в первом случае, однако, определялось менее точно, чем во втором, в связи с изобретением термометра. На наш взгляд, в трехчленных делениях Карнапа и Берки одно звено, а именно серединное, является лишним, так как по своей количественной природе сравнительные (топологические) понятия совпадают с количественными (метрическими).

Итак, экспериментатору приходится выделять по крайней мере два типа понятий: классификационные (качественные) и количественные (метрические). Пожалуй, наиболее правильный выбор терминологии сводится к словам качественные и количественные. Метрика – это способ организации элементов множества, правило, по которому определяют "расстояние" между двумя "точками" данного "пространства", множества. Здесь слова "расстояние", "точки" и "пространство" взяты в кавычки не случайно, ибо речь идет о математических конструктах, которые в интерпретации на область действительных событий могут иметь и пространственную (без кавычек), и временную, и какую-либо иную природу. Метрика – это характерная для данного количественного многообразия структура. Ранее метрики должно быть определено понятие количества.

Что касается классификационных понятий, то они часто являются первым приближением к качественным понятиям. Сама классификация приобретает точное научное значение только в случае выделения качественных понятий. Нет оснований противопоставлять указанные понятия, так как они по своей научной природе совпадают.

Понятия качества и количества имеют многовековую историю, их сопровождает шлейф устаревших и даже ненаучных представлений. Равноценная замена этим понятиям, к сожалению, не найдена. Качество в теории – это общее событий, изучаемых методами данной науки, то, что обозначается понятийным именем. Количество в теории – величина качества, то, что может быть измерено, что может изменяться в некоторых пределах. Простой пример: температура – это качество, а величина температуры – количество. Лишен смысла вопрос, насколько температура является температурой. Напротив, вполне оправданным является вопрос о ее значении (какова температура?).

Качество и количество образуют единство, что прекрасно показал Гегель [4,с.228]. Учет этого единства крайне важен для понимания сути научного знания. К сожалению, он часто недопонимается. В современном научном знании слово "количество" вытеснено термином "величина", относящимся в первую очередь к математике, где он определяется со всей строгостью присущих ей методов. При переносе этого термина из математики в физику, биологию или социологию ему не всегда придается качественное звучание, величина принадлежит качеству, она не существует сама по себе.

Так как качество всегда специфично, то специфично и принадлежащее ему количество (величина). Допустим, заданы такие величины: 5 м, 3 кг, 6 рублей, 5 баллов (за знания философии). Здесь м (метры) свидетельствуют о длине как пространственной характеристике, кг (килограммы) о массе, рубли о стоимости товара, баллы о знаниях (а не о степени, положим, красоты студента). Величины как результаты измерений всегда имеют качественную определенность, которая в нашем примере выражалась символами (м, кг, рубли, баллы) при числах. Иногда эти символы вообще опускаются, как, например, при выставлении оценок в так называемые ведомости успеваемости студентов. Из-мер-ение всегда связано с мерами (сравните метр и сантиметр). Но всякая мера имеет качественную определенность (метр и сантиметр – это меры длины как некоего качества).

В математике числа взяты в их безразличии к качествам. В экспериментальных науках представление о самостоятельном существовании чисел, вне их качественной природы, лишено смысла. Разумеется, 10 с в 2 раза больше (длительнее), чем 5 с. Здесь 2 безразмерная величина, но ее смысл произведен от соотношения величин (количеств) вполне конкретных качеств. Природа и общество даны человеку не иначе как в их качественно-количественной соотнесенности. Будучи изученной и понятой научно, она выглядит как весьма органичное единство. Если же стадия научного понимания изучаемых явлений не достигнута, то качество и количество покрыты вуалью непроясненности, их никак не удается органически объединить друг с другом.

Итак, центральное звено всякого эксперимента – сам экспериментатор. Мотивация экспериментатора может быть самой различной. В одних случаях стремятся получить новые экспериментальные факты, особенно о плохо изученных явлениях, в других – интересуются подтверждением новых гипотез. Возможно проведение эксперимента исходя из каких-либо эстетических, этических, технологических или даже обыденных интересов. Однако, какова бы ни была мотивация экспериментатора, он является таковым (а не человеком, случайно зашедшим в лабораторию) лишь в том случае, когда вполне компетентно руководствуется связями, существующими между фактами и теорией (гипотезой). Эта связь может быть представлена в весьма проблемной форме, сопровождаемой сюрпризами эксперимента, ибо он требует о-смысления. Крайне наивное представление о том, что экспериментатор имеет дело только с фактами, но не с теорией, не соответствует действительности.

Согласно самой структуре эксперимента, исследователь должен максимально строго определиться с каждым элементом этой структуры: лабораторией, изучаемыми явлениями, приборами, вспомогательными устройствами, с самим собой (мотивациями, уровнем знаний). С этой целью устанавливается, что является существенным, а что несущественным для эксперимента – как правило, изучаемое явление выделяется в "чистом виде". К экспериментированию предъявляется требование его воспроизводимости, ибо в противном случае невозможно обеспечить интерсубъективность научного знания.

Итак, в эксперименте основополагающее значение имеет "подгонка" друг к другу фактов и теории. Взаимосоотношение теории и экспериментальных фактов отличается многочисленными особенностями, некоторые из которых рассматриваются ниже. Указанное взаимоотношение стало предметом особо тщательных изысканий после создания неевклидовых геометрий.