Глава II
Структура теоретических знаний

Абстрактные объекты теории и их системная организация

Основным эмпирическим материалом, на который опирается методология при анализе структуры теоретического знания, являются тексты исторически сложившихся научных теорий, причем методология ориентируется в первую очередь на высокоразвитые в теоретическом отношении научные дисциплины, поскольку в них легче проследить особенности строения теории, чем в науках, только вступающих в полосу теоретической обработки фактов. Это обусловлено тем, что в развивающейся системе (в нашем случае — теории) принципы функционирования лучше прослеживаются на высших ступенях ее развития, чем на стадии эмбрионального состояния. Поэтому в методологических исследованиях строение развитых наук принимается за своего рода эталон, с позиций которого рассматриваются все другие системы теоретического знания.

В логико-методологических исследованиях в качестве такого эталона чаще всего использовалась математика. Она и по сей день поставляет важный материал для теоретико-познавательного и методологического анализа. Однако в одном отношении этот материал все-таки создает для методолога определенные неудобства. В “чистой” математике нельзя обнаружить ярко выраженный слой эмпирического знания, в связи с чем трудно установить и специфику строения и функционирования научной теории, связанную с ее отношением к эмпирическому базису. Чтобы исследовать эту сторону теоретических знаний, гносеология и методология обращаются к эмпирическим наукам. В этой связи на первый план выдвигается физика как отрасль естествознания, имеющая все признаки высокоразвитой в теоретическом отношении науки и вместе с тем обладающая отчетливо выраженным эмпирическим базисом.

Исторически сложившиеся знания физики, взятые в качестве исходного материала для методологического исследования, позволяют выявить характерные особенности строения и функционирования теорий в эмпирических науках.

Представления и модели динамики науки, выработанные на этом историческом материале, могут потребовать корректировки при переносе на другие науки. Но развитие познания именно так и происходит: представления, выработанные и апробированные на одном материале, затем переносятся на другую область и видоизменяются, если будет обнаружено их несоответствие новому материалу.

Часто можно встретить утверждение, что представления о развитии знаниям при анализе естественных наук, нельзя переносить на область социального познания.

Основанием для таких запретов служит проведенное еще в XIX веке различение наук о природе и наук о духе. Но при этом необходимо отдавать себе отчет в том, что познание в социально-гуманитарных науках и науках о природе имеет общие черты именно потому, что это научное познание. Их различие коренится в специфике предметной области. В социально-гуманитарных науках предмет включает в себя человека, его сознание и часто выступает как текст, имеющий человеческий смысл. Фиксация такого предмета и его изучение требуют особых методов и познавательных процедур. Однако при всей сложности предмета социально-гуманитарных наук установка на объективное его изучение и поиск законов является обязательной характеристикой научного подхода. Это обстоятельство не всегда принимается во внимание сторонниками “абсолютной специфики” гуманитарного и социально-исторического знания. Его противопоставление естественным наукам производится подчас некорректно. Гуманитарное знание трактуется предельно расширительно: в него включают философские эссе, публицистику, художественную критику, художественную литературу и т.п. Но корректная постановка проблемы должна быть иной. Она требует четкого различения понятий “социально-гуманитарное знание” и “научное социально-гуманитарное знание”. Первое включает в себя результаты научного исследования, но не сводится к ним, поскольку предполагает также иные, вненаучные формы творчества. Второе же ограничивается только рамками научного исследования. Разумеется, само это исследование не изолировано от иных сфер культуры, взаимодействует с ними, но это не основание для отождествления науки с иными, хотя и близко соприкасающимися с ней формами человеческого творчества.

Если исходить из сопоставления наук об обществе и человеке, с одной стороны, и наук о природе — с другой, то нужно признать наличие в их познавательных процедурах как общего, так и специфического содержания. Но методологические схемы, развитые в одной области, могут схватывать некоторые общие черты строения и динамики познания в другой области, и тогда методология вполне может развивать свои концепции так, как это делается в любой другой сфере научного познания, в том числе и социально-гуманитарных науках. Она может переносить модели, разработанные в одной сфере познания, на другую и затем корректировать их, адаптируя к специфике нового предмета.

При этом следует учитывать по меньшей мере два обстоятельства. Во-первых, философско-методологический анализ науки независимо от того, ориентирован ли он на естествознание или на социально-гуманитарные науки, сам принадлежит к сфере исторического социального познания. Даже тогда, когда философ и методолог имеет дело со специализированными текстами естествознания, его предмет — это не физические поля, не элементарные частицы, не процессы развития организмов, а научное знание, его динамика, методы исследовательской деятельности, взятые в их историческом развитии. Понятно, что научное знание и его динамика является не природным, а социальным процессом, феноменом человеческой культуры, а поэтому его изучение выступает особым видом наук о духе.

Во-вторых, необходимо учитывать, что жесткая демаркация между науками о природе и науками о духе имела свои основания для науки в XIX столетии, но она во многом утрачивает силу применительно к науке последней трети XX века. Об этом будет сказано более подробно в дальнейшем изложении. Но предварительно зафиксируем, что в естествознании наших дней все большую роль начинают играть исследования сложных развивающихся систем, которые обладают “синергетическими характеристиками” и включают в качестве своего компонента человека и его деятельность. Методология исследования таких объектов сближает естественнонаучное и гуманитарное познание, стирая жесткие границы между ними.

Выбор в качестве исходного материала развитых в теоретическом отношении наук представляет собой лишь первый шаг исследования. Один и тот же материал может быть рассмотрен с различных точек зрения, в результате чего могут быть обнаружены различные аспекты структуры теории. Поэтому необходимо определить исходную позицию анализа научных текстов, установить, какие стороны языка науки будут учитываться в ходе анализа и от каких сторон можно будет абстрагироваться.

В семиотике принято различать три аспекта языка: синтаксический, семантический и прагматический.

Синтаксический аспект предполагает рассмотрение языка только как некоторой совокупности знаков, которые преобразуются по определенным правилам и образуют в своих связях ту или иную языковую систему. При изучении обыденного языка с этой стороной мы сталкиваемся тогда, когда рассматриваем преобразование слов в соответствии с логико-грамматическими правилами языка.

В языке науки синтаксический аспект выступает на первый план при формальных операциях со знаками, например, при оперировании физическими величинами (входящими в математические выражения для физических законов) в соответствии с правилами математики. В процессе таких операций исследователь отвлекается от смысла терминов языка и рассматривает термины только как знаки, образующие в своих связях формулы, из которых выводятся другие формулы по правилам данной языковой системы. Так, интегрируя уравнения движения в механике, физик оперирует с величинами m, F, x, t(“масса”, “сила”, “пространственная координата”, “время”) как математическими объектами. В этих операциях отчетливо представлен синтаксический аспект языка физики.

Семантический аспект языка требует обращения к содержанию языковых выражений. Он предполагает нахождение идеальных объектов и их связей, которые образуют непосредственный смысл терминов ивысказыванийязыка. Кроме того, при семантическом анализе требуется установить, какие стороны внеязыковой реальности репрезентированы посредством указанных идеальных объектов. В физике, например, этот аспект проявляется в отчетливой форме при интерпретации выражений, полученных после серии математических преобразований исходных формул. В этом случае математические символы указанных выражений (функции, числа, векторы ит. д.) рассматриваются как физические величины и выясняется связь последних с реальными свойствами и отношениями объектов материального мира, выделенных из универсума практической деятельностью.

Наконец, прагматический аспект языка предполагает рассмотрение языковых выражений в отношении к практической деятельности и специфике социального общения, характерных для определенной исторической эпохи. Это означает, что идеальные объекты и их корреляции, образующие область смыслов языковых выражений, берутся в их отношении к социокультурной среде, породившей ту или иную “популяцию” научных знаний.

В процессе познавательной деятельности ученого взаимодействуют все три аспекта языка науки. Что же касается текстов, фиксирующих результаты познания, то здесь также выражены все указанные стороны языка. Однако, исходя из поставленной задачи (анализ содержательной структуры научных знаний), мы будем рассматривать данные тексты преимущественно в семантическом и прагматическом аспектах, т. е. в высказываниях языка науки будем выявлять типы идеальных объектов, а затем анализировать их внутриязыковые связи и их отношения к практической деятельности.

Среди идеальных объектов, применяемых в научном исследовании, принято выделять по меньшей мере две основные разновидности — эмпирические и теоретические объекты.

Эмпирические объекты представляют собой абстракции, фиксирующие признаки реальных предметов опыта. Они являются определенными схематизациями фрагментов реального мира. Любой признак, “носителем” которого является эмпирический объект, может быть найден у соответствующих ему реальных предметов (но не наоборот, так как эмпирический объект репрезентирует не все, а лишь некоторые признаки реальных предметов, абстрагированные из действительности в соответствии с задачами познания и практики). Эмпирические объекты составляют смысл таких терминов эмпирического языка, как “Земля”, “провод с током”, “расстояние между Землей и Луной” и т. д.

Теоретические объекты, в отличие от эмпирических, являются идеализациями, “логическими реконструкциями действительности”. Они могут быть наделены не только признаками, которым соответствуют свойства и отношения реальных объектов, но и признаками, которыми не обладает ни один такой объект. Теоретические объекты образуют смысл таких терминов, как “точка”, “идеальный газ”, “абсолютно черное тело” и так далее.

В логико-методологических исследованиях теоретические объекты называют иногда теоретическими конструктами, а также абстрактными объектами.

Высказывания теоретического языка строятся относительно абстрактных объектов, связи и отношения которых образуют непосредственный смысл данных высказываний. Поэтому теоретические высказывания становятся утверждениями о процессах природы лишь в той мере, в какой отношения абстрактных объектов могут быть обоснованы как замещение тех или иных реальных свойств и связей действительности, выявленных в практике. Так, все теоретические высказывания классической механики непосредственно характеризуют связи, свойства и отношения идеализированных конструктов, таких как “материальная точка”, “сила”, “инерциальная пространственно-временная система отсчета” и т. д., которые представляют собой идеализации и не могут существовать в качестве реальных материальных объектов. Последнее наиболее очевидно по отношению к “материальной точке”, которая определяется как тело, лишенное размеров. Но и “сила”, и “пространственно-временнáя система отсчета” также представляют собой идеализации, для которых в реальном мире можно подыскать только прообразы, но которые нельзя отождествлять с реально существующими предметами.

“Сила” в механике определяется как особое свойство одного тела (или нескольких тел) воздействовать на другое тело и изменять состояние его движения. Это свойство абстрагируется от самих тел и превращается в самостоятельный объект, существующий наряду с телами (материальными точками) и воздействующий на них. Такого рода превращение свойства тел в самостоятельный объект может быть осуществлено только в абстракции.

Наконец, нетрудно убедиться, что инерциальная пространственно-временная система отсчета также представляет собой идеализированный объект, сопоставимый реальным предметам опыта, но не тождественный им. Инерциальная система отсчета может быть отождествлена, например, с реальной физической лабораторией с часами и линейками, но при условии, что такая лаборатория наделена рядом реально несуществующих признаков. Предполагается, что ее можно полностью изолировать от внешних воздействий (признак инерциальности). Предполагается далее, что можно пренебречь воздействием измеряемых тел на часы и линейки лаборатории. Вследствие этого последние можно представить как абсолютно жесткие стержни, снабженные делениями, и как стандартные “жесткие” часы (удовлетворяющие требованию постоянства их периода). Такая идеализация позволяет представить пространственно-временные измерения, производимые в физической лаборатории, как преобразования точек эвклидова пространства и квазиэвклидова времени инерциальной системы отсчета. Строго говоря, в реальности не существует таких тел, которые могли бы быть абсолютно изолированы от каких бы то ни было воздействий, и поэтому инерциальная система отсчета, характеризующаяся эвклидовым пространством-временем, суть идеализированный, теоретический конструкт.

Однако все эти теоретические конструкты механики можно сопоставить с некоторыми фрагментами природы: “материальные точки” — с телами, размерами которых можно пренебречь при решении определенных задач, “силу” — с определенными взаимодействиями тел, которые приводят к изменению состояния движения этих тел; “инерциальную систему отсчета” — с реальными предметами и процессами, используемыми в функции линеек и часов, движение которых с определенным допуском можно считать равномерным и прямолинейным. Благодаря связи теоретических конструктов с реальностью высказывания механики, сформулированные относительно упомянутых конструктов, предстают как описание объективных процессов природы.

Подобная ситуация характерна для любой области теоретического знания. Фундаментальные определения и постулаты эвклидовой геометрии выступают как характеристика свойств и отношений таких абстрактных объектов, как “точка”, “отрезок”, “угол”, “окружность”. Основные законы максвелловской электродинамики (уравнения Максвелла) описывают непосред­ственно отношения таких идеализированных конструктов как вектора магнитной и электрической напряженности в точке и вектора в плотности тока в точке в любой заданный момент времени. И лишь потому, что отношения и связи абстрактных объектов каждой из упомянутых теорий могут быть обоснованы в качестве изображения некоторой реальной предметной области, высказывания этих теорий приобретают объективную ценность и значимость.

Отсюда, однако, не следует, что теория получает объективное обоснование только тогда, когда каждый ее абстрактный объект может быть сопоставлен с некоторым реальным фрагментом исследуемой теории действительности. Между фрагментами объективной реальности, выделенными человеческой практикой, и системой абстрактных объектов теории существуют более сложные связи. Известно, что лишь некоторые из теоретических объектов могут быть самостоятельно спроецированы на действительность. Большая же их часть соотносится с изучаемой действительностью только косвенно, благодаря связям с абстрактными объектами первого типа.

Указанная часть теоретических объектов получает свое определение только внутри теории, в системе смысловых связей и отношений ее высказываний. Этот факт часто фиксируется в логике науки в форме утверждения, что не все, а только некоторые термины теоретической системы должны иметь операциональный смысл, т.е. быть связанными посредством особых правил соответствия (операциональных определений) с объектами, преобразуемыми в опыте. Смысл же остальных терминов определяется только внутри той или иной системы теоретического языка, в рамках языковых контекстов, где теоретические термины оказываются связанными друг с другом и с терминами, имеющими операциональный смысл. Иногда первые связи называют внутритеоретическими, а вторые, выходящие за пределы теоретического языка, — эпистемическими[1]. Поскольку смыслом терминов и высказываний являются соответствующие абстрактные объекты и их корреляции, постольку указанная специфика теоретических знаний свидетельствует, что в теории существуют абстрактные объекты, которые имеют как внутритеоретические, так и эпистемические связи, и абстрактные объекты, которые имеют только внутритеоретические связи. К последним могут принадлежать конструкты, чрезвычайно важные для теоретической системы и во многом определяющие ее содержательную специфику (“вектор-потенциал” в классической электродинамике; “заряд” и “масса-энергия” “голого электрона” в квантовой электродинамике и т. д.).

Существование абстрактных объектов, оправданных .только благодаря их внутритеоретическим связям, свидетельствует, что абстрактные объекты теории не могут быть простым конгломератом не связанных между собой элементов. Они всегда образуют целостную систему. Взаимосвязь элементов в этой системе обусловлена прежде всего тем, что развертывание теории сопряжено с введением одних объектов на базе других. Например, когда из основных уравнений ньютоновской механики получают в качестве следствий уравнения движения твердого тела или движения в центрально-симметричном поле, то это предполагает, что на базе фундаментальных абстрактных объектов “силы”, “материальной точки”, “пространственно-временной системы отсчета” (корреляции которых составляют смысл основных законов механики) создаются новые абстрактные объекты, такие как “абсолютно твердое тело”, “центрально-симметричное поле” и т. п.

Конструирование одних абстрактных объектов на основе других по правилам языка данной теории должно удовлетворять принципу целостности создаваемой системы теоретических объектов. Каждый вновь вводимый объект, вступая в отношение с уже построенными теоретическими конструктами, обязан согласовываться с ними. Он не должен приводить к появлению у них таких новых свойств, которые были бы несовместимы с ранее заданными признаками. Это одно из основных требований, которое выполняется при развертывании содержания теории[2]. Понятно, например, что в механике, конструируя абстрактные объекты типа абсолютно твердого тела или центрально-симметричного поля, мы не должны получить в качестве следствия, скажем, такой вывод, что материальная точка обладает принципиально неопределенной координатой в строго заданный момент времени. Это противоречило бы исходным признакам материальной точки, поскольку она, по определению, должна быть сопоставима в каждой данной временнóй точке с одной и только одной точкой пространства.

В конечном счете все абстрактные объекты обосновываются внутри теории тем, что среди них не появляется ни одного объекта, несовместимого с уже введенной системой. В результате возникает представление о своеобразной сети теоретических конструктов, отдельные элементы которой соединены с эмпирией, остальные же не имеют таких связей, но оправданы потому, что играют роль вспомогательных элементов, благодаря которым существует вся сеть. Такого рода связи теоретических объектов между собой и с эмпирически исследуемой действительностью можно проиллюстрировать посредством схемы, предложенной Г. Маргенау[3] (рис.1).

Рис. 1. С – теоретические конструкты; N – непосредственно данная в наблюдении и эксперименте изучаемая реальность; – внутритеоретические связи между конструктами; – связи конструктов с эмпирическим уровнем (эмпирические связи).

Указанная схема охватывает некоторые весьма общие черты организации теоретического знания, но является лишь первым и в определенном смысле весьма ограниченным приближением.

Дальнейший и более детальный анализ (который по ряду причин, в том числе и связанных с общегносеологическими установками, не смог осуществить Маргенау) позволяет выявить более сложное строение теоретического знания и его взаимоотношение с эмпирическим уровнем.

Прежде всего следует обратить внимание на внутреннюю организацию сети теоретических конструктов. Среди них можно обнаружить различные, относительно самостоятельные подсистемы, подчиненные друг другу. В содержании теории в первую очередь следует выделить корреляции фундаментальных абстрактных объектов, которые вводятся через постулаты и определения теории. К ним относятся, например, упомянутые выше корреляции “силы”, “материальной точки” и “пространственно-временнóй системы отсчета”, введенные в рамках исходных определений и аксиом движения ньютоновской механики.

Показательно, что видоизменение или элиминация хотя бы одного из таких объектов сразу же приводит к видоизменению всей теории. Например, если исключить из механики такой объект, как “материальная точка”, то механика будет разрушена. Если же вместо абстрактного объекта “сила” ввести новый фундаментальный объект, например “энергию”, то вместо ньютоновской механики можно получить другую теоретическую конструкцию — механику Гамильтона; а исключая “энергию” и “силу” из состава фундаментальных абстрактных объектов, можно прийти к основным принципам механики Г. Герца, которая также является иной, чем ньютоновская механика, теоретической конструкцией, описывающей механическое движение.

Таким образом, в основании сложившейся теории всегда можно обнаружить взаимосогласованную сеть абстрактных объектов, определяющую специфику данной теории. Эту сеть объектов мы будем называть фундаментальной теоретической схемой. Исходные признаки ее абстрактных объектов и их главные отношения всегда характеризуют наиболее существенные черты исследуемой в теории предметной области. Фундаментальная теоретическая схема может рассматриваться в качестве весьма абстрактной модели изучаемых в теории взаимодействий. Она выявляет структурные особенности таких взаимодействий, фиксируя в познании их глубинные, существенные характеристики.

В нашем примере с ньютоновской механикой фундаментальная теоретическая схема выражает сущность механического движения в форме абстрактной модели, посредством которой вводится представление о перемещениях материальной точки в пространстве системы отсчета с течением времени и изменения под действием силы состояний движения материальной точки. Изображая движущиеся тела в качестве материальных точек или систем таких точек, с помощью такой модели можно описывать и объяснять реальные механические процессы.

Главные признаки и отношения абстрактных объектов, образующих данную модель, фиксируются основными определениями теории и тремя законами Ньютона, которые служат теоретическим выражением объективных законов механического движения.

Можно высказать достаточно универсальный методологический тезис: формулировки теоретических законов непосредственно относятся к системе теоретических конструктов (абстрактных объектов). И лишь в той мере, в какой построенные из них теоретические схемы репрезентируют сущностные связи исследуемой реальности, соответствующие законы могут быть применимы к ее описанию.

Эту особенность теоретических знаний можно проследить не только в физике, хотя здесь она проявляется в наиболее отчетливой форме. Эта особенность прослеживается во всех тех областях науки, которые вступили в стадию теоретизации. Возьмем, например, известный закон популяционной генетики — закон Харди—Вейнберга, характеризующий условия генетической стабильности популяций. Этот закон принадлежит к довольно немногочисленной группе биологических законов, которые получили математическую формулировку. Он был сформулирован относительно построенной Харди и Вейнбергом теоретической модели (схемы) распределения в популяции мутантных форм. Популяция в этой модели представляла собой типичный идеализированный объект - это была неограниченно большая популяция со свободным скрещиванием особей. Она могла быть сопоставлена с реальными, большими по численности популяциями, если пренебрежимо малы миграционные и мутационные процессы и можно отвлечься от факторов естественного отбора и от ограничений на панмиксию[4].

Но именно благодаря этим идеализирующим допущениям теоретическая модель фиксировала сущностные связи, характеризующие относительную стабильность популяций, а сформулированный на базе этой модели закон Харди—Вейнберга по праву занял место одного из важнейших законов популяционной генетики.

Здесь нетрудно увидеть прямое сходство с развитыми формами теоретических знаний физики. Идеализированный объект, относительно которого формулировался закон Харди—Вейнберга, выполнял те же функции, что и, например, модель идеального маятника при открытии закона малых колебаний или модель идеального газа при формулировке законов поведения разряженных газов под относительно небольшими давлениями.

В теориях социальных наук также можно обнаружить, что формулировка теоретических законов сопряжена с введением идеализированных объектов, упрощающих и схематизирующих эмпирически наблюдаемые ситуации.

Так, в современных неоклассических экономических теориях одним из важных законов, который конкретизируется и модифицируется в процессе развертывания этих теорий и их развития, является знаменитый закон Л.Вальраса — швейцарского экономиста конца XIX века. Этот закон предполагает, что в масштабах хозяйства, представленного различными товарными рынками, включая рынок денег, сумма избыточного спроса (величина разрыва между спросом на отдельные товары и их предложением) всегда равна нулю. Нетрудно установить, что закон Вальраса описывает идеализированную модель (схему) взаимоотношения различных товарных рынков, когда их система находится в равновесии (спрос на товары на каждом рынке равен их предложению)[5]. В реальности так не бывает. Но это примерно так же, как не бывает материальных точек, абсолютного твердого тела, идеального газа.

Разумеется, каждая теоретическая схема и сформулированный относительно нее закон имеют границы своей применимости. Закон идеального газа не подходит для ситуаций с большими давлениями. В этом случае он сменяется уравнением (законом) Ван-дер-Ваальса, учитывающим силы молекулярного взаимодействия, от которых абстрагируется модель идеального газа. Точно так же в экономической теории модель и закон Вальраса требует корректировки при описании сложных процессов взаимодействия различных рынков, связанных с нарушениями реализации товаров и не приближенных к равновесным процессам. Эти ситуации выражают более сложные теоретические модели (например, модель Кейнса—Викселя, усовершенствованная Дж.Стейном и Г.Роузом, в которой допускалось неравновесие рынков, а также предложенная американскими экономистами Д.Патинкиным, О.Левхари и Г.Джонсоном в 60—70-х годах модель неравновесия рынков, учитывающих эффект кассовых остатков и активную роль денежного рынка[6]).

Формулировка новых теоретических законов позволяет расширить возможности теоретического описания исследуемой реальности. Но для этого каждый раз нужно вводить новую систему идеализаций (теоретических конструктов), которые образуют в своих связях соответствующую теоретическую схему.

Даже в самых “мягких” формах теоретического знания, к которым относят обычно такие гуманитарные дисциплины как литературоведение, музыковедение, искусствознание (противопоставляя их “жестким” формам математизированных теорий естественных наук), даже в этих дисциплинах можно обнаружить слой абстрактных теоретических объектов, образующих теоретические модели исследуемой реальности. Я сошлюсь здесь на исследования В.М.Розина, применившего разработанную мною концепцию теоретических знаний применительно к техническим и гуманитарным дисциплинам[7]. В.М.Розиным были проанализированы тексты работ М.М.Бахтина и Б.И.Бурсова, посвященные творчеству Достоевского, тексты теоретического музыковедения и текст искусствоведческой работы В.А.Плугина, в которой анализируется живопись Андрея Рублева. Во всех этих ситуациях автор выявляет слой теоретических знаний и показывает, что движение исследовательской мысли в этом слое основано на конструировании идеальных теоретических объектов и оперировании ими[8]. В частности, основные теоретические выводы Бахтина, касающиеся особенностей “полифонического романа” Достоевского, были получены благодаря конструированию теоретической схемы, элементами которой выступают такие идеальные объекты, как “голоса героев” и “голос автора”, вступающие в диалогические отношения[9]. Таким образом можно заключить, что идеальные теоретические объекты и построенные из них целостные теоретические модели (схемы) выступают существенной характеристикой структуры любой научной теории, независимо от того, принадлежит ли она к сфере гуманитарных, социальных или естественных наук.

Теоретическая схема и математический аппарат

В языке теории теоретическая схема может быть охарактеризована по меньшей мере в двух типах высказываний. Ими могут быть содержательные описания типа уже рассмотренных выше утверждений: “материальная точка перемещается по континууму точек пространственно-временнóй системы отсчета”, “сила меняет состояние движения материальной точки” и т. д. Посредством таких высказываний описываются связи и отношения абстрактных объектов, образующих теоретическую схему. Но эти же связи могут быть выражены и в форме математических зависимостей. Последнее достигается благодаря отображению абстрактных объектов теоретической схемы на объекты математики. Например, система отсчета может быть связана с системой координат (инерциальная система отсчета механики может быть в определенных пределах отождествлена с системой прямоугольных, сферических или цилиндрических координат в эвклидовом пространстве). Вследствие этого она предстает как континуум пространственных и временных точек, каждой из которых может быть поставлено в соответствие определенное число (или набор чисел). Далее, материальная точка в классической механике может быть охарактеризована некоторой постоянной величиной, которая обозначает ее массу. Положение материальной точки в системе отсчета может быть описано при помощи пространственных и временнóй координат, а изменение указанных координат может быть рассмотрено как характеристика движения материальной точки. Наконец, сила может быть представлена как некоторый вектор.

Благодаря такому отображению абстрактных объектов теоретических схем физики на объекты математики, корреляции между элементами теоретических схем можно выразить в виде набора некоторых формул. Например, можно выразить отношения между силой, пространственно-временнóй системой отсчета и материальной точкой в виде математической формулировки законов Ньютона.

Признаки абстрактных объектов при переходе к такому описанию фиксируются в форме физических величин, а связи указанных признаков — в виде связей величин в уравнениях. Поскольку теоретическая схема может быть представлена как идеализированный образ изучаемых в теории природных процессов, постольку физические величины и их связи в уравнениях должны выражать некоторые эмпирически констатируемые характеристики таких процессов. Уравнения выступают в этом случае как выражение существенных связей между физическими явлениями и служат формулировкой физических законов.

Уравнения и абстрактные объекты теоретической схемы можно рассматривать как относительно самостоятельные компоненты теоретического знания. Такой подход оправдан, по меньшей мере, двумя обстоятельствами. Во-первых, одни и те же уравнения могут быть связаны с различными теоретическими схемами и, если последние обоснованы как отображение соответствующих фрагментов физической реальности, могут предстать как описание различных физических взаимодействий (хрестоматийными примерами здесь могут служить использование уравнений колебания для теоретического описания и механических, и электромагнитных колебаний, применение Максвеллом уравнений гидродинамики к описанию электромагнитных взаимодействий и т. д.). Во-вторых, теоретическая схема, если зафиксировать ее в языке содержательного описания, может существовать относительно независимо от уравнений. Так, описывая фундаментальную теоретическую схему механики (движение материальной точки в пространстве системы отсчета под действием силы), можно ввести абстрактную модель реальных механических движений, не прибегая к уравнениям. Опираясь на эту модель, можно получить и качественную характеристику законов механики (например, в “Математических началах натуральной философии” Ньютона три основных закона механики излагались вначале без применения формул, в качественном виде).

Однако, подчеркивая некоторую самостоятельность уравнений и фундаментальных теоретических схем, нельзя упускать из виду, что эта самостоятельность относительна и что указанные компоненты теоретического знания тесно связаны между собой. С одной стороны, вне связи с теоретической схемой уравнения являются только математическими формулами, но не выражениями для физических законов. Иначе говоря, уравнения не имеют физической интерпретации. Такую интерпретацию обеспечивает теоретическая схема, предварительно обоснованная в качестве идеализированной модели некоторой реальной области взаимодействий. С другой стороны, вне связи с уравнениями теоретическая схема дает бедное и абстрактное представление об изучаемой реальности. Богатство связей и отношений ее абстрактных объектов, посредством которых в теоретическом знании характеризуются процессы природы, выявляется благодаря уравнениям. Последние как бы развертывают содержание теоретической схемы наиболее простым способом и в наиболее полной форме. Но самое главное во взаимодействии уравнений и теоретических схем заключается в том, что математические средства активно участвуют в самом создании абстрактных объектов теоретической схемы, определяют их признаки. Даже тогда, когда исследователь прибегает к содержательному описанию теоретических схем, он неявно пользуется математическими представлениями. Он может говорить, например, о перемещении материальной точки в пространстве инерциальной системы отсчета с течением времени, но при этом заранее предполагает, что пространство обладает свойствами эвклидового пространства, а время — свойствами “квазиэвклидового времени” (равномерное протекание времени во всех системах отсчета)[10]. Характеризуя состояние движения материальной точки (точечной массы), которое определяется через ее координаты и скорость, исследователь заранее допускает, что система отсчета представляет систему координат и поэтому отношение к ней материальной точки может быть выражено координатами и определенными функциями от координат по времени.

Таким образом, исходные признаки абстрактных объектов фундаментальной теоретической схемы всегда несут следы воздействия математической структуры, применяемой в теории. Они вводятся так, чтобы обеспечить при теоретическом описании процессов природы использование определенных математических формализмов. В этом выражается тесная взаимосвязь между применяемыми в теории математическими средствами и исходными признаками и отношениями абстрактных объектов, образующих фундаментальную теоретическую схему. Такая взаимосвязь позволяет говорить о своеобразном двухслойном каркасе, который образует основание физической теории: первый слой составляет математический формализм, второй — фундаментальная теоретическая схема. Оба эти слоя всегда взаимообусловлены. В узком смысле такая взаимообусловленность выражается в том, что основные уравнения теории, соответствующие математической формулировке ее основных законов, выступают как своеобразная запись основных отношений между признаками абстрактных объектов теоретической схемы. Наделив такие объекты новыми признаками, придется изменить уравнения, и наоборот. В широком смысле взаимообусловленность указанных слоев выражается в связи между типом математической структуры, применяемой для описания некоторой области физических процессов, и способом представления таких процессов в фундаментальной теоретической схеме. Этот аспект взаимосвязи теоретической схемы с математическими средствами описания физических процессов лучше всего пояснить, обращаясь к историческим примерам.

Так, когда Ньютон начал создавать теоретическую схему механических процессов, в которой движущиеся тела были представлены как материальные точки, изменяющие свои координаты и импульсы в пространственно-временнóй точке под действием силы, то эта модель механического движения потребовала создания особого математического аппарата.

В доньютоновский период для описания механических процессов применялась эвклидова геометрия в соединении с обычной алгеброй. Механика удовлетворялась этим аппаратом постольку, поскольку изображала реальные объемные тела в виде идеальных геометрических тел и, рассматривая их движения, не ставила задачи описать изменениев точке количества движения (импульса) тела, а следовательно, изменение в точке его скорости.

Ньютон, приступив к решению этой задачи, был вынужден описывать движение тела и изменение его состоянияв бесконечно малых областях пространства-времени. В частности, для выяснения закономерностей изменения скорости в точке под действием приложенной силы пришлось перейти к рассмотрению стягивающегося в точку приращения пути к стягивающемуся в точку промежутку времени, что трансформировало старый аппарат механики (эвклидову геометрию) в новый аппарат, который явился первой формой дифференциального и интегрального исчисления.

Таким образом, переход к новой теоретической схеме механического движения потребовал новых математических структур, для описания такого движения (после развития дифференциального исчисления Ньютоном, и в особенности после работ Лейбница, этот аппарат превратился в основное средство математического описания механических процессов).

Рассмотренный пример иллюстрирует изменение математического аппарата под влиянием новой содержательно-физической модели изучаемых процессов. Но существует и другой путь, в известном смысле обратный только что рассмотренному, когда математические средства, привлекаемые в сложившуюся теорию для решения тех или иных ее задач, вызывают перестройку фундаментальной теоретической схемы. Так, например, была перестроена механика Ньютона под влиянием аппарата дифференциальных уравнений, развитого в математике XVIII века и с успехом использованного для решения теоретических задач механики в ее приложении к широкому кругу явлений (включая математическое описание механических систем с большим числом степеней свободы). Для того чтобы обеспечить эффективное применение методов анализа при рассмотрении любых механических явлений, Лагранж, а затем Гамильтон и Якоби ввели новые фундаментальные теоретические схемы механики, эквивалентные ньютоновской (в смысле их способности представлять объективную структуру механического движения в форме идеализированной модели). Лагранж, например, предложил описывать состояние движения материальной точки не как изменение ее координат и скоростей в трехмерном эвклидовом пространстве, а как изменение обобщенных координат и обобщенных скоростей в пространстве конфигураций.

Такого рода перестройка уже сложившейся теоретической схемы под влиянием нового математического аппарата типична для развития физики. В квантовой механике, например, вначале возникли две эквивалентные теории квантовых процессов — волновая механика Шредингера и матричная механика Гейзенберга, каждая из которых имела свой математический аппарат и соответственно свою теоретическую схему.

Последующее развитие квантовой механики привело к синтезу этих двух форм теоретического описания в рамках нового описания, которое основывалось на использовании аппарата бесконечномерного гильбертова пространства. Переход к этому аппарату потребовал создать и новую фундаментальную теоретическую схему. В частности, волновая функция в трехмерном пространстве, которая фигурировала в теоретической схеме волновой механики, стала рассматриваться как вектор состояния квантовой системы, но в гильбертовом пространстве. Его корреляции к вектору состояния прибора позволили отобразить в квантовомеханическом описании глубинные характеристики квантовых процессов. По отношению к новой теоретической схеме прежние представления Шредингера и Гейзенберга выступали как “недостаточно совершенные” теоретические модели квантовых процессов. Новая теоретическая схема синтезировала обе эти модели и позволила описать и объяснить широкий круг явлений в атомной области.

Таким образом, под влиянием новых математических структур, вводимых в теорию, происходит определенное обобщение теоретической схемы. Такое обобщение, с одной стороны, обеспечивает наиболее эффективное описание и объяснение новых фактов, с другой — подготавливает базу для перехода к освоению в теоретическом познании новых типов физических объектов. Развивая математический аппарат и насыщая его новым физическим содержанием, познание как бы подготавливает средства для своего будущего развития. Так, разработка механики Лагранжа и Гамильтона послужила необходимой базой для последующей успешной разработки электродинамики и квантовой механики, а фейнмановская формулировка квантовой механики была предварительным и необходимым шагом для новейшего развития квантовой электродинамики (аппарат интегралов по траекториям, развитый Фейнманом, послужил не только эффективным средством решения квантовомеханических задач в нерелятивистской области, но и способствовал построению релятивистски-инвариантной теории взаимодействий квантованного электромагнитного и квантованного электронно-позитронного полей с учетом высших приближений теории возмущений).

Таким образом, взаимодействие применяемого в теории математического формализма и фундаментальной теоретической схемы является не только нормой функционирования теории, но и условием самого развития теоретических знаний.

Активное обратное воздействие математического аппарата на фундаментальную теоретическую схему приводит к тому, что ее элементы (абстрактные объекты) на высших стадиях развития теории предстают в качестве своеобразных эквивалентов абстрактных объектов математики. Набор признаков, по которым введен каждый абстрактный объект теоретической схемы, фиксируется в форме некоторого математического образа, “наполненного физическим смыслом”. Часть таких образов может иметь наглядные аналоги в предметном мире, с которым имеет дело человек в своей реальной практической деятельности (например, материальная точка классической механики легко может быть сопоставлена с реальными макроскопическими телами, с которыми человек на каждом шагу оперирует в практике). Но большая часть из них может не иметь подобных аналогов. Таковыми являются, например, теоретические конструкты типа вектора состояния в гильбертовом пространстве (теоретическая характеристика микрообъекта в квантовой механике), вектора электрического и магнитного поля в пространственно-временнóй точке, взаимодействующего с вектором плотности заряда-тока в точке (теоретическая характеристика электромагнитных взаимодействий в классической электродинамике). В этом случае признаки абстрактных объектов уже не имеют аналога в виде отдельно взятой вещи, выделенной из природы практической деятельностью. Основной формой предметности, которая объединяет и закрепляет эти признаки, является математический образ.

Математическая форма выражения абстрактных объектов позволяет ввести посредством их корреляций обобщенную модель исследуемой реальности даже тогда, когда научное познание начинает изучать непривычные, с точки зрения обыденного здравого смысла, виды материальных взаимодействий. В этом случае часто оказывается невозможным представить каждый абстрактный объект теоретической схемы как аналог предметов, с которыми оперируют в практике. Абстрактные объекты выступают как сложные замещения отношений таких предметов. Но математическая форма позволяет выразить эти отношения в качестве особого идеального объекта, который становится элементом более сложной структуры — теоретической схемы, представляющей в познании исследуемую реальность.

Итак, анализ строения теории требует выделить в качестве ее основания особую организацию абстрактных объектов — фундаментальную теоретическую схему, связанную с соответствующим ей математическим формализмом.

Будучи идеальной моделью исследуемых в теории процессов, теоретическая схема обеспечивает интерпретацию математического аппарата теории и служит своеобразным посредником между ним и экспериментально фиксируемыми свойствами и отношениями физических объектов.

В отличие от формализованных теорий математики, где теорию (исчисление) отделяют от моделей, интерпретирующих исчисление (теория имеет поле интерпретаций), в физике модели, которые определяют физический смысл уравнений, входят в содержание теорий.

Мы назвали такие модели теоретическими схемами для того, чтобы отличить их от других типов моделей, которые применяются в теоретическом исследовании. Некоторые из них служат средством построения теории, но не включаются в ее состав. Теоретические же схемы всегда включены в теорию в качестве важнейшего компонента ее содержания.

Вместе с уравнениями фундаментальная теоретическая схема образует основание физической теории, опираясь на которое исследователь может получать все новые характеристики исследуемой реальности, не обращаясь каждый раз к ее экспериментальному изучению. Такие характеристики можно получить в результате дедуктивного развертывания теории, выявляя новые знаки абстрактных объектов теоретической схемы на базе исходных признаков.

Дедуктивное развертывание теории осуществляется как вывод из основных постулатов и определений теории их следствий. Методы такого вывода могут быть самыми различными. К ним относятся и формально-логические приемы дедуктивного выведения из одних высказываний других, и приемы решения уравнений, и, наконец, мысленные эксперименты с объектами теоретической схемы. Например, используя математический аппарат механики и опираясь на мысленное рассмотрение связей между объектами ее фундаментальной теоретической схемы, можно получить на основе главных признаков указанных объектов новые их признаки, такие как свойство сил совершать работу, свойство материальной точки обладать потенциальной и кинетической энергией и т. п. Эти признаки материальных точек и сил выступают как особые характеристики механического движения. В процессе развертывания теории такие признаки фиксируются в форме понятий, а их связи выражаются в форме соответствующих теоретических высказываний. В математическом аппарате они выступают как новые физические величины, находящиеся в связи с другими величинами.

На первый взгляд кажется, что достаточно иметь набор абстрактных объектов, образующих фундаментальную теоретическую схему, чтобы строить относительно них все новые высказывания и развертывать теорию, не вводя новых абстрактных объектов. Однако в реальном развертывании теории новые признаки объектов фундаментальной теоретической схемы нередко превращаются в самостоятельные абстрактные объекты. Например, при движении в математическом аппарате оперируют указанными признаками как самостоятельными образованиями, представив их в виде соответствующих физических величин, и лишь при интерпретации полученных результатов физические величины рассматривают как характеристику признаков объектов фундаментальной теоретической схемы. Но такая интерпретация — не единственно возможный способ экспликации теоретического смысла физических величин. Нередко в целях успешного развертывания теории важно представить физическую величину в качестве термина, фиксирующего особый абстрактный объект, который существует наряду с фундаментальными абстрактными объектами теории и с которым можно оперировать точно так же, как оперировал исследователь с фундаментальными объектами теоретической схемы. В таком случае теоретическое понятие превращается в соответствующий ему абстрактный объект. Например, в механике, получив в процессе анализа фундаментальной теоретической схемы такой признак материальной точки, как способность обладать энергией, и зафиксировав этот признак в понятии “энергия”, можно затем образовать особый теоретический конструкт “энергия”, который представляет собой результат абстрагирования соответствующего признака материальных точек. С этим конструктом можно осуществлять мысленные эксперименты, рассматривая процессы обмена энергией между механическими системами, превращения энергии одного вида в другой и т. д. Содержательный анализ таких ситуаций и применение к ним средств математического описания позволяет получать новые характеристики движения тел.

Развертывание теории всегда представляет собой создание на базе фундаментальных признаков и отношений абстрактных объектов теоретической схемы, новых абстрактных объектов, признаки и корреляции которых фиксируются в системе соответствующих высказываний. Тогда можно представить, что в сети взаимосвязанных теоретических конструктов, образующих содержание теории, выделена основная подсистема (фундаментальная теоретическая схема), а остальные конструкты формируются вокруг нее, по мере развертывания теории. Однако более детальный анализ показывает, что такое представление о содержательной структуре теории нуждается в дальнейшем уточнении и конкретизации.

“Дочерние” (по отношению к фундаментальным) теоретические конструкты тоже организованы в особые подсистемы, как и конструкты, образующие фундаментальную теоретическую схему. Такие подсистемы могут быть независимы друг от друга и подчинены только фундаментальной теоретической схеме. Каждая такая подсистема характеризуется своей относительно выделенной в теории совокупностью высказываний и понятий, образующих особый раздел теории. Так, в механике отчетливо выступают несколько относительно независимых разделов: механика малых колебаний точки, движения в поле центральных сил, вращения твердого тела и т. д. Каждый из таких разделов образован системой высказываний, вводящих некоторую совокупность своих, специфических абстрактных объектов (например, “период колебания” и “амплитуда” в механике малых колебаний или “относительный вращающий момент”, “мгновенная ось вращения”, “главный момент инерции” в механике твердого тела). Среди этих совокупностей, в свою очередь, можно выделить системы основных абстрактных объектов и производные от них. Так, в теории малых колебаний “материальная точка”, “квазиупругая сила” и “система отсчета” (например, фиксированная прямая, позволяющая регистрировать отклонения точки от положения равновесия) выступают в качестве системыобъектов, имеющих независимый статус (в рамках данного раздела механики). Они вводятся относительно независимо от других абстрактных объектов теории колебания, тогда как, например, “период колебания” уже выступает как теоретический конструкт, оправданный только в силу корреляций вышеперечисленных объектов.

На этом основании их можно выделить в качестве фундамента механической теории малых колебаний. Показательно, что при изложении данного раздела ньютоновской механики обязательно фиксируется особый статус корреляций “материальной точки”, “квазиупругой силы” и “системы отсчета”. Они образуют теоретическую модель малых механических колебаний, которую именуют линейным гармоническим осциллятором и связывают с основным уравнением колебания.

Модель механических колебаний (осциллятор) вводится внутри механики относительно независимо от других, подобных ей систем абстрактных объектов. Но она зависит от фундаментальной теоретической схемы механики. По отношению к ней осциллятор выступает как своего рода частный случай[11].

Нетрудно убедиться, что, опираясь на фундаментальную теоретическую схему механики, можно построить не только осциллятор, но и другие подобные ему системы абстрактных объектов, например, образовать модель абсолютно твердого тела, жестко связывая материальные точки силами реакции, построить модель упругого соударения тел и т. д.

В результате можно сделать вывод, что в содержании развитой теории, кроме ее фундаментальной схемы, можно выделить еще один слой организации абстрактных объектов — уровень частных теоретических схем. Последние конкретизируют фундаментальную теоретическую схему применительно к ситуациям различных теоретических задач и обеспечивают переход от анализа общих характеристик исследуемой реальности и ее фундаментальных законов к рассмотрению отдельных конкретных типов взаимодействия, в которых в специфической форме проявляются указанные законы.

Таким образом, при рассмотрении научной теории в аспекте внутренних смысловых связей ее терминов и высказываний обнаруживается сложная организация содержания теоретических знаний. В теории нет линейной цепочки абстрактных объектов, последовательно конструируемых один из другого (как это представлено у Г. Маргенау). Скорее, следует говорить о некоторых узловых системах таких объектов, вокруг которых формируются непосредственно относящиеся к ним “дочерние” конструкты. Своеобразным каркасом, сцепляющим все эти элементы в единую организацию, служат фундаментальная теоретическая схема и частные теоретические схемы, которые формируются на основе фундаментальной и вместе с ней включаются в состав научной теории. Содержательная структура развитой теории характеризуется тем, что входящие в теорию конструкты организованы не как простая, а как сложная система, включающая относительно самостоятельные подсистемы, которые связаны между собой по принципу уровневой иерархии (подсистемы низшего уровня координированы друг с другом и в то же время подчинены подсистемам высшего уровня).

Роль теоретических схем в дедуктивном развертывании теории

В логико-философском анализе языка науки довольно часто упускают из виду отмеченные особенности системной организации теоретических конструктов и не фиксируют теоретические схемы в качестве особых компонентов теории. На наш взгляд, это вызвано широко распространенным в логике и методологии науки подходом к любой научной теории только как к знанию, построенному по нормам аксиоматико-дедуктивной организации[12]. При рассмотрении научной теории с таких позиций видят в ней лишь выведение по правилам логики одних высказываний из других, что, в аспекте теоретического содержания, может быть истолковано как формирование все новых абстракций, призванных охарактеризовать исследуемую предметную область. Эти абстракции предстают как целостная система, внутри которой тем не менее весьма трудно выделить какие-либо уровни организации.

Однако естественнонаучные теории (впрочем, как и многие из теоретических систем математики), вообще говоря, лишь условно могут быть приняты за аксиоматико-дедуктивные системы. При анализе теоретических текстов обнаруживается, что даже в высокоразвитых теориях, широко использующих приемы формализованной аксиоматики, кроме формально-аксиоматической части существует некоторый принципиальный неформальный остаток, причем организованный вовсе не по нормам аксиоматико-дедуктивного построения.

Выясняется, что в процессе дедуктивного развертывания теории, наряду с аксиоматическими приемами рассуждения, большую роль играет генетически-конструктивный метод построения знаний, причем выступающий в форме своего содержательного варианта[13]. В отличие от аксиоматического метода, при котором “за исходное берут некоторую систему высказываний, описывающих некоторую область объектов, и систему логических действий над высказываниями”[14], генетический метод предполагает оперирование непосредственно с абстрактными объектами теории, зафиксированными в соответствующих знаках[15]. Процесс рассуждения в этом случае предстает “в форме мысленного эксперимента о предметах, которые взяты как конкретно наличные”[16].

Одним из примеров такого развертывания теории может служить евклидова геометрия[17]. Постулаты Евклида вводили основные абстрактные объекты — “точку”, “прямую”, “окружность”, “отрезок” — как определяемые через построение с помощью идеального циркуля и линейки. Все последующие рассуждения проводились на базе построения из основных объектов различных геометрических фигур. Мысленные эксперименты с фигурами (их расчленение и трансформация, а также их наложение друг на друга) служили основой для получения знаний, фиксируемых в системе соответствующих высказываний евклидовой геометрии[18].

Генетически-конструктивный подход сразу же делает очевидным факт существования теоретических схем. Такие схемы (вводимые в теоретическом языке в форме чертежей, снабженных соответствующими разъяснениями, либо через систему высказываний, характеризующих приемы конструирования и основные корреляции некоторого набора абстрактных объектов) предстают в качестве основы, обеспечивающей развертывание теоретических знаний.

Если с этих позиций рассмотреть процесс выведения из основных определений и аксиом физической теории их следствий, то обнаруживается, что, наряду с приемами развертывания знаний за счет движения в математическом формализме и формально-логических операций с терминами и высказываниями теории, большую роль играют мысленные эксперименты с абстрактными объектами теоретических схем. В этом нетрудно убедиться на любом конкретном примере. Так, возвращаясь к уже рассмотренному случаю с описанием процесса малых колебаний в рамках ньютоновской механики, можно установить, что выражение для закона малых колебаний нельзя получить из основных уравнений движения, если использовать только формально-логический вывод и средства математического формализма. Для вывода закона малых колебаний необходим целый ряд содержательных допущений: нужно конкретизировать вид силы, установить конкретный вид системы отсчета и рассмотреть характер перемещений материальной точки под действием квазиупругой силы в данной системе отсчета. Только после этого из основных уравнений движения механики можно вывести уравнение колебания. Все эти привычные для физика операции означают конструирование модели малых колебаний (осциллятора) на основе фундаментальной теоретической схемы механики и вывод уравнения колебания путем мысленного наблюдения за основными связями абстрактных объектов данной модели. В процессе такого вывода оперирование с элементами “осцилляторной модели” начинается с того момента, когда в уравнениях механики производится конкретизация вида силы, применительно к задаче малых колебаний. Уже само определение квазиупругой силы, как “силы, которая стремится возвратить материальную точку к положению равновесия”, эксплицирует осциллятор как модель малых колебаний. Только в рамках отношений между элементами этой модели может вводиться основной признак квазиупругой силы — “быть величиной, пропорциональной величине отклонения точки от положения равновесия”. Обозначая силу через F, отклонение от положения равновесия — через x получают выражение для силы F = -kx, где k — коэффициент пропорциональности. Подставляя это выражение в уравнение F=m получают уравнение малых колебаний m + kx = 0. Такова в деталях процедура вывода уравнения колебаний из основных законов механики. Наглядно ее можно изобразить посредством следующей схемы.

В рассуждениях физика осциллятор играет примерно ту же роль, что и геометрическая фигура в рассужденияхматематика. Он позволяет установить связь между силой и величиной отклонения материальной точки от положения равновесия, что в свою очередь приводит к конкретизации второго закона Ньютона и превращению его в уравнение колебаний.

Даже при самом современном способе изложения физической теории с применением развитых математических средств нельзя избежать обращения к содержательным операциям с абстрактными объектами, входящими в теоретические схемы. Именно за счет таких операций накладываются ограничения на основные уравнения теории и формулируются частные законы, применимые к решению той или иной конкретной теоретической задачи. Так, в классической теории поля (достигшей в современном изложении весьма высокого уровня математизации) для того, чтобы получить, допустим, из фундаментальных уравнений электромагнитного поля (уравнений Максвелла) выражения для законов Кулона и Био—Савара, приходится предварительно произвести ряд мысленных экспериментов с фундаментальной теоретической схемой, которая характеризует посредством связи векторов электрического и магнитного поля и вектора плотности заряда-тока структуру электромагнитных взаимодействий.

Для вывода закона Кулона вначале конкретизируют фундаментальную теоретическую схему классической электродинамики и создают на ее основе теоретическую модель, которая характеризует электростатическое поле точечного источника. Предполагают, что поле создается точечным зарядом, т. е. что оно направлено по радиусу — вектору, проведенному из точки, в которой находится заряд е. Затем определяют поток электрического поля через шаровую поверхность с радиусом R вокруг заряда е. Соответственно этой модели трансформируют уравнения Максвелла. Вначале переписывают их в форме, соответствующей выражению законов для постоянного электрического поля, а затем применяют к конкретной ситуации расчета величины потока поля через шаровую поверхность. Только благодаря всем этим операциям на основе уравнений Максвелла получают их следствие — закон Кулона[19].

Аналогичным способом выводится и закон Био—Савара. Его нельзя получить путем одних математических преобразований уравнений Максвелла. Необходимо вначале трансформировать фундаментальную теоретическую схему классической электродинамики в ее “дочернюю” модель, характеризующую постоянное магнитное поле, порождаемое стационарным током. Поэтому вывод уравнения Био—Савара начинается с предположения, что заряды, создающие электромагнитное поле, совершают только “финитное движение, при котором частицы все время остаются в конечной области пространства, причем импульсы тоже остаются всегда конечными”[20]. Затем, опираясь на указанные конкретизирующие предпосылки, видоизменяют уравнение Максвелла rot Н = J в уравнение rot = , после чего путем ряда математических преобразований[21] выводят закон Био—Савара, который в математической форме выражает корреляции абстрактных объектов теоретической схемы, характеризующей магнитное действие стационарного тока.

Таким образом, если заранее не подгонять любую естественнонаучную теорию под идеал аксиоматико-дедуктивного построения знаний, то можно довольно легко зафиксировать не только существование в ней теоретических схем, но и выявить важную роль последних в процессе развертывания теоретического содержания.

В физике такое развертывание может осуществляться, по меньшей мере, двумя взаимосвязанными способами: а) путем формальных операций со знаками теоретического языка (например, операций с физическими величинами по правилам математики) и б) за счет исследования методом мысленного эксперимента корреляций объектов, объединенных в теоретические схемы. В первом случае не обращают внимания на смысл знаков[22]и оперируют с ними по некоторым заданным правилам, образующим синтаксис принятого теоретического языка. Во втором — обязательно эксплицируют содержание соответствующих знаковых выражений и вводят представление об абстрактных объектах, находящихся в строго определенных связях и отношениях друг к другу. Развертывание знаний осуществляется в этом случае путем мысленного экспериментирования с абстрактными объектами, исследование связей которых позволяет выявлять новые признаки абстрактных объектов и вводить новые абстракции, продвигаясь в плоскости теоретического содержания без обращения к приемам формализованного мышления. Показательно, что в развитой научной теории эти два способа выведения знаний дополняют друг друга. Во всяком случае, анализ процедур развертывания физической теории показывает, что пробег в сфере математики, которая задает приемы “формальной работы” с физическими величинами, всегда сочетается с продвижением в теоретических схемах, которые эксплицируются время от времени в форме особых модельных представлений.

Это, конечно, не значит, что при развертывании теории оперируют абстрактными объектами теоретических схем только тогда, когда прибегают к содержательно-генетическим приемам вывода. Движение в плоскости математического формализма также выступает как особый способ исследования свойств и отношений абстрактных объектов теоретической схемы. Поскольку такие свойства и отношения представлены в уравнениях в виде физических величин и их связей, постольку решение уравнений может быть рассмотрено как своеобразная процедура оперирования соответствующими абстрактными объектами теоретических схем. В этом понимании описание возможных способов решения уравнений правомерно расценивать как характеристику операций, которые могут быть проведены над абстрактными объектами.

Абстрактные объекты теоретической схемы могут эксплицироваться путем содержательных определений и содержательного описания их корреляций. Но вместе с тем они могут быть введены при развертывании теории путем замены части содержательных определений математическими выражениями и последующих операций с данными выражениями по правилам математики. Показательно, что связь содержательно-генетического и формального метода развертывания теории проявляется в постоянном переходе от одной формы “знакового бытия” теоретической схемы к другой[23]. В процессе вывода исследователь оперирует и математическим языком, и содержательными описаниями. Он время от времени корректирует движение в математическом формализме содержательными операциями с абстрактными объектами теоретических схем, а затем вновь переходит к формальному способу оперирования с данными объектами, исследуя их связи за счет преобразования знаков математического языка в соответствии с его нормами.

Поскольку развертывание физической теории обязательно предполагает редукцию фундаментальной теоретической схемы к частным, постольку возникает вопрос о способах и приемах такой редукции. При генетически-конструктивном методе построения теории необходимо не только определить исходные абстрактные объекты, но и задать способ построения на их основе новых абстрактных объектов. Процедуры такого построения обеспечивают переход от фундаментальной теоретической схемы к частным.

Специфика сложных форм теоретического знания, таких как физическая теория, состоит в том, что операции построения частных теоретических схем на основе объектов фундаментальной теоретической схемы не описываются в явном виде в постулатах и определениях теории. Эти операции демонстрируются на конкретных примерах редукции фундаментальной теоретической схемы к частной. Такие примеры включаются в состав теории в качестве своего рода эталонных ситуаций, показывающих, как осуществляется вывод следствий из основных уравнений теории. В механике к эталонным примерам указанного типа можно отнести вывод из законов Ньютона закона малых колебаний, закона движения тела в поле центральных сил, законов вращения твердого тела и т. д.; в классической электродинамике — вывод из уравнений Максвелла законов Био—Савара, Кулона, Ампера, Фарадея и т. п. Если проанализировать все эти формы вывода, то выяснится, что построение частной теоретической схемы на основе фундаментальной предполагает каждый раз обращение к исследуемому в теории объекту и выявление все новых его связей. При выводе с самого начала принимается во внимание специфика тех реальных процессов, для объяснения которых должна быть введена соответствующая частная теоретическая схема. Исследователь рассматривает эти процессы сквозь призму фундаментальной теоретической схемы (например, видит движение колеблющегося тела как перемещение материальной точки в системе отсчета), а затем осуществляет ряд мысленных экспериментов, в ходе которых налагает на фундаментальную теоретическую схему ограничения, соответствующие особенностям исследуемых процессов (например, отмечает, что процесс колебания связан с действием сил, которые каждый раз возвращают материальную точку в положение равновесия). За счет таких ограничений происходит конкретизация фундаментальной теоретической схемы, и она преобразуется в частную теоретическую схему.

Неформальный характер всех этих процедур, необходимость каждый раз обращаться к исследуемому объекту и учитывать его особенности при конструировании частных теоретических схем превращает вывод каждого очередного следствия из основных уравнений теории в особую теоретическую задачу. Дедуктивное развертывание теории осуществляется в форме решения таких задач. Решение некоторых из них с самого начала описывается в теории и предлагается в качестве образцов, в соответствии с которыми должны решаться все остальные задачи. Способ построения абстрактных объектов частной теоретической схемы на основе объектов фундаментальной теоретической схемы, необходимый для решения каждой новой теоретической задачи, демонстрируется на образцах уже решенных задач.

Отмеченную особенность дедуктивного развертывания физической теории зафиксировал Т.Кун при рассмотрении так называемых ординарных ситуаций научного исследования, связанных с приложением уже построенной теории к объяснению и предсказанию явлений.

Кун подчеркивал, что теоретическое описание и объяснение каждой новой физической ситуации осуществляется в соответствии с некоторой схемой видения (парадигмой), позволяющей изучать одну ситуацию по образу и подобию другой. В качестве главного компонента парадигмы он выделил образцы решения задач, благодаря которым осуществляется переход от основных законов теории к их следствиям, применяемым для характеристики тех или иных конкретных ситуаций[24].

Однако у Куна понятие образцов четко не определено. Лишь из контекста куновской работы можно установить, что он понимает под образцами способы оперирования модельными представлениями, которые обеспечивают вывод из одних формул математического аппарата других формул. В нашей терминологии эта деятельность может быть описана как редукция фундаментальной теоретической схемы к частной. Но последнее у Куна четко не выражено (в его работе вообще не дается характеристика структуры теоретических моделей и их типология). В этом смысле вышеизложенный анализ можно рассматривать как выяснение предметно-логической основы той деятельности, которую Кун называет использованием “образцов”.

Теоретические схемы и мысленные эксперименты с ними являются основой дедуктивного развертывания теории и ее приложения к описанию и объяснению различных проявлений изучаемой в теории реальности.

В свете сказанного можно внести ряд уточнений в представление о физической теории как о математическом аппарате, получившем физическую интерпретацию.

Во-первых, аппарат нельзя понимать как формальное исчисление, развертывающееся только в соответствии с правилами математического оперирования. Лишь отдельные фрагменты этого аппарата строятся подобным способом. “Сцепление” же их осуществляется за счет обращения к теоретическим схемам, которые эксплицируются в форме особых модельных представлений, что позволяет, проводя мысленные эксперименты над абстрактными объектами таких схем, корректировать преобразования уравнений принятого формализма.

Во-вторых, следует уточнить само понятие интерпретации. Известно, что интерпретация уравнений обеспечивается их связью с теоретической моделью, в объектах которой выполняются уравнения, и связью уравнений с опытом. Последний аспект называют эмпирической интерпретацией. Для обозначения первого аспекта нет устоявшегося термина. Иногда его называют семантической интерпретацией. Семантика уравнений определяется обоими аспектами интерпретации, причем эти аспекты связаны между собой (ниже будет показано, что построение эмпирической интерпретации предполагает отображение теоретической модели на объекты реального опыта).

Фундаментальные уравнения теории приобретают физический смысл и статус физических законов благодаря отображению на теоретическую схему. Но было бы большим упрощением считать, что таким образом обеспечивается физический смысл и теоретических следствий, выводимых из фундаментальных уравнений. Чтобы обеспечить такой смысл, нужно еще уметь конструировать на основе фундаментальной теоретической схемы частные теоретические схемы. Нетрудно, например, установить, что математические выражения для законов Ампера, Био—Савара и т. д., выведенные из уравнений Максвелла, уже не могут интерпретироваться посредством фундаментальной теоретической схемы электродинамики. Они содержат в себе специфические величины, смысл которых идентичен признакам абстрактных объектов соответствующих частных теоретических схем, в которых векторы электрической, магнитной напряженности и плотности тока в точке замещаются другими конструктами: плотностью тока в определенном объеме, напряженностями поля, взятыми по некоторой конечной пространственной области, и т. д.

Поскольку построение частных теоретических схем на основе фундаментальной предполагает использование эталонных ситуаций решения теоретических задач, постольку интерпретация математического аппарата развитой теории предполагает включение в теорию исходного набора таких ситуаций. Истоки их формирования и включения в теорию можно выяснить, только исследовав закономерности генезиса фундаментальной теоретической схемы.

Итак, фундаментальная теоретическая схема и ее производные образования представляют своего рода внутренний скелет теоретического знания, определяющий как содержательную специфику теории, так и процедуры ее развертывания. Учитывая это, по-видимому, не будет большим преувеличением сказать, что проблема генезиса теории прежде всего выступает как проблема становления ее теоретических схем. В пользу решающей роли таких схем в генезисе теоретических знаний говорит и то обстоятельство, что именно они обеспечивают особый статус необходимости, свойственный теоретическим законам и отличающий последние от эмпирических обобщений, представленных эмпирическими зависимостями.

В науке всегда можно найти такие разновидности эмпирических обобщений, которые выражаются в виде количественных зависимостей и по своей математической форме полностью совпадают с соответствующим выражением для теоретического закона. Хотя по внешнему виду такие выражения одинаковы, между ними существует огромное различие: первые обладают только вероятностной истинностью, вторые — представляют собой достоверное знание.

Качественно новый смысл эмпирической формулы, возникающий при переводе ее в ранг теоретического закона, обеспечивает ее соединение с теоретической схемой, т. е. обоснование ее в качестве математического выражения корреляций между абстрактными объектами, составляющими данную схему. В последнем нетрудно убедиться, разобрав любой конкретный пример отношения эмпирической формулы к теоретическому закону.

Допустим, что мы повторили опыты Р. Бойля и установили зависимость между объемом и давлением газа. Из табличных данных, полученных на базе реального эксперимента, можно вывести формулу pV = const, где p— давление, V— объем газа. Но сколько бы ни проводилось экспериментов с газами, никогда не будет гарантии, что в следующей серии опытов найденная зависимость не нарушится. Более того, она обязательно будет нарушаться, когда мы перейдем к опытам с большими давлениями, поскольку в этом случае существенную роль будут играть силы, которые не принимаются во внимание в законе Бойля—Мариотта, а учитываются лишь в уравнении Ван-дер-Ваальса. Это значит, что увеличение числа наблюдений не придает статуса необходимости разбираемой эмпирической зависимости. Для этого требуется особое доказательство, которое осуществляется следующим образом.

Вводится система абстрактных объектов, в качестве которых фигурируют: а) идеальный газ, представленный как набор идеально упругих и бесконечно малых частиц, соударяющихся друг с другом; в) идеальный сосуд, в который заключены эти частицы; с) идеальный поршень, который сжимает идеальный газ, двигаясь внутри сосуда. В процессе мысленного эксперимента устанавливаются следующие отношения данных объектов: идеально упругие частицы, двигаясь по законам механики, ударяются о стенки сосуда так, что суммарная сила всех их ударов на единицу площади характеризует давление газа. Математическое выражение этих отношений, основанное на применении фундаментальных законов механики, позволяет вывести зависимость pV = cоnst, зафиксированную ранее в опыте.

В результате этих процедур индуктивно полученная формула становится законом, описывающим поведение достаточно разряженных газов. Таким образом, для получения закона, характеризующего связь между объемом и давлением газа, понадобилось построить теоретическую схему, которая известна в науке как модель идеального газа. Эта модель фиксировалась в особой знаковой форме (например, в форме снабженного соответствующими разъяснениями чертежа, изображающего идеальный сосуд переменного объема и набор частиц газа, заключенных в сосуд). Затем при выражении связей и отношений между объектами данной схемы в математическом языке была получена формула pV=const, которая теперь предстала в качестве теоретического высказывания. Хотя ее вид остался тот же, что и при выражении на языке математики зависимости, полученной из опыта, величины р и V приобрели иной физический смысл. Они стали выражать уже не корреляции реальных, эмпирически фиксируемых сосудов и газов, а отношения абстрактных объектов теоретического языка, посредством которых строится модель идеального газа. В результате формула pV=const была возведена в ранг теоретического закона и приобрела признаки всеобщности и необходимости.

Рассмотренный пример принципиального различия между эмпирической зависимостью и теоретическим законом имеет корни в реальной истории науки. Он в сжатом виде воспроизводит логику открытия одного из основных законов теории газов. Сама история этого открытия весьма интересна и поучительна. Как эмпирическая зависимость формула pV=const была получена во многом случайно, как побочный результат спора между двумя известными физиками XVII столетия Р.Бойлем и Ф.Линнусом[25]. Спор шел по поводу интерпретации опытов Бойля, обнаруживших явление барометрического давления. Бойль 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. Бойль 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 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 различных концепций.

Чтобы доказать Линнусу, что воздух способен удерживать столб ртути, Бойль поставил новый опыт. Он взял изогнутую в виде сифона стеклянную трубку с запаянным коротким коленом и стал постепенно наполнять ее ртутью. По мере увеличения столбика ртути воздух в колене сжимался, но не вытеснялся полностью. Бойль 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 закончена. Но она получила неожиданно продолжение. У Бойля был ученик, молодой человек по имени Тоунлей, которого Бойль обучал основам физики и математики. Именно Тоунлей, 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. Столбик ртути — это своеобразный поршень, сжимающий воздух, и вес столбика соответствуют давлению. Поэтому пропорция в табличных данных означает зависимость между величиной давления и объема газа. Так было получено соотношение PV = const, которое Бойль подтвердил множеством опытов с давлениями, бóльшими и меньшими атмосферного.

Примерно в этот же период Мариотт повторил опыты Бойля, используя небольшие давления в экспериментах с различными газами и получил тот же результат.

Аппаратура, которой пользовались и Бойль, и Мариотт, не позволяла осуществить эксперименты с давлениями, значительно бóльшими атмосферного. Но если бы они имели возможности произвести такие эксперименты, то обнаружили бы нарушение открытой зависимости, и тогда никто не стал бы ее интерпретировать как закон.

Еще раз подчеркнем, что зависимость, открытая Бойлем, была вероятностно-истинным знанием, обобщением такого же типа, как утверждение “все лебеди белые”, которое было справедливым, пока не открыли черных лебедей. Теоретический же закон PV = const был получен позднее, когда была построена модель идеального газа.

Вывел этот закон физик Д.Бернулли (академик Санкт-Петербургской Императорской академии) в 1730 г. Он исходил из атомистических представлений о газе и представил частицы газа в качестве материальных точек, соударяющихся наподобие упругих шаров.

К идеальному газу, находящемуся в идеальном сосуде под давлением, Бернулли применил законы ньютоновской механики и путем расчетов получил формулу PV = const. Это была та же самая формула, которую уже ранее получил Р.Бойль. Но смысл ее был уже иной. У Бойля PV = const соотносилась со схемой реальных экспериментов и таблицами их результатов. У Бернулли она была связана с теоретической моделью идеального газа. В этой модели были выражены сущностные характеристики поведения любых газов при относительно небольших давлениях. И закон, непосредственно описывающий эти сущностные связи, выступал уже как достоверное, истинное знание.

Сказанному можно придать характер общего утверждения.

Поскольку предсказательная сила индуктивных обобщений всегда имеет только вероятностный характер, постольку простое расширение класса наблюдений, согласующихся с эмпирической зависимостью, не выводит ее из ранга гипотетического предположения о законе и не придает ей признака необходимости. Этот переход возможен лишь тогда, когда связь между величинами, представленными в эмпирической зависимости, будет получена в системе операций над абстрактными объектами теоретической схемы, которая является идеализированной моделью исследуемой реальности.

Таким образом, в качестве фундаментальной проблемы теории познания и методологии науки выдвигается проблема происхождения теоретических схем. На первый взгляд кажется очевидным, что источник их происхождения нужно искать в обобщении опыта, поскольку они создаются для описания уже известных данных опыта и предсказывания новых результатов. Задача состоит лишь в том, чтобы раскрыть, как осуществляется это обобщение.

Однако именно здесь и возникают основные трудности. К теоретическим схемам в первую очередь относится та характерная особенность возникновения теоретических знаний, которая заключается в невозможности вывести их из опыта чисто индуктивным путем.

Уже в простейшем случае с законом pV = cоnst видно, что используемая в процессе теоретического доказательства модель, в которой взаимодействие молекул газа представлено как соударение абсолютно упругих и бесконечно малых тел, не могла быть почерпнута непосредственно из опытов Бойля и Мариотта, хотя и была необходима для объяснения этих опытов. Еще более отчетливо эта особенность построения теоретических схем прослеживается в современной физике. Даже беглое знакомство с ее историей позволяет обнаружить специфику построения фундаментальных абстрактных объектов, образующих ее теоретические схемы. Нетрудно убедиться, что такие объекты, как, например, электронно-позитронное поле, энергия вакуума в квантовой электродинамике или четырехмерный пространственно-временнóй континуум в электродинамике Эйнштейна — Лоренца и т. п., первоначально вводились из теоретических соображений и лишь в дальнейшем получали эмпирическое обоснование. Но тогда перед теорией познания и методологией науки возникает задача объяснить, почему созданная таким способом система абстрактных объектов (теоретическая схема) может служить основой для предсказания данных опыта? Именно на этом пути нужно искать ключ к пониманию методов построения теории.

На наш взгляд, первые шаги в этом направлении должны быть связаны с анализом роли теоретических схем в рамках уже сложившихся знаний, когда последние используются для объяснения и предсказания реальных явлений. Поскольку в процессе объяснения и предсказания теоретические схемы соотносятся с изучаемой действительностью, постольку указанный анализ позволит выявить признаки, гарантирующие объективную ценность теоретических схем, что, в свою очередь, может послужить отправной базой для выяснения их генезиса.

Теоретические схемы и опыт.
Операциональный статус теоретических схем

Теоретические знания создаются именно для того, чтобы объяснять и предсказывать результаты опыта и поэтому должны сопоставляться с эмпирическим материалом. Однако само по себе такое сопоставление отнюдь не является простой процедурой.

Допустим, что по формуле Био—Савара, выражающей закон магнитного действия тока, нужно рассчитать угол отклонения магнитной стрелки, находящейся вблизи прямолинейного провода, когда по нему проходит ток определенной силы (опыт Био—Савара).

Поскольку смысл формулы, выражающей закон Био—Савара, связан с корреляциями абстрактных объектов, образующих теоретическую схему (“дифференциально-малый ток” и “магнитное поле, порождаемое током”), постольку эту формулу нельзя сразу применять для расчетов в эмпирической области. В подобных случаях следует предварительно истолковывать соответствующие величины математической формулировки закона как соотносимые с конкретной экспериментальной ситуацией. С этой целью из закона Био—Савара выводится промежуточное следствие — эмпирическая формула, в которую вместо величин, характеризующих дифференциально-малый ток и напряженность магнитного поля, введены новые величины, характеризующие отклонение магнитной стрелки на заданный угол и конфигурацию провода, определяющую интегральное распределение тока. Только с этой эмпирической формулой, а не с законом Био—Савара, можно сравнивать эмпирические зависимости, полученные в реальном опыте.

Рассмотрим, в чем состоит смысл указанного эмпирического следствия, выведенного из теоретического закона. Оказывается, в эмпирической формуле появились особые конструкты, которые в отличие от абстрактных объектов теории уже не являются идеализациями и могут быть сопоставлены непосредственно с реальными объектами, взаимодействующими в опыте. Эти конструкты являются эмпирическими объектами. В своих связях они вводят особое представление экспериментальных ситуаций, которое будем называть эмпирической схемой.

Эмпирические объекты, хотя и сопоставляются с реальными предметами опыта, не тождественны последним. Они суть абстракции, существующие только в идеальном плане, как смысл знаков эмпирического языка науки. Так, реальная магнитная стрелка и провод с током обладают множеством признаков и свойств, но в рамках эмпирической схемы они представлены только по признакам “быть ориентированной магнитным полем” и, соответственно, “проводить ток определенной силы” и “иметь определенную конфигурацию”. Все остальные свойства данных объектов исключаются из рассмотрения. В связи с этим каждый элемент эмпирической схемы сопоставляется не просто одному единственному объекту, с которым оперирует в эксперименте исследователь, а классу таких объектов. Это значит, что схема соответствует не каждой данной в некоторый промежуток времени реальной экспериментальной ситуации, а типу такой ситуации (например, эмпирическая схема опыта с проводом и магнитной стрелкой относится к любому эксперименту с любым током заданной силы в прямолинейном проводе и с любой миниатюрной магнитной стрелкой). В эмпирической схеме представлены основные характеристики объектов, взаимодействующих в реальном опыте. Эта сторона эмпирической схемы особенно отчетливо прослеживается в случае, если учесть, что ее можно получить не только “сверху” — при выводе эмпирической зависимости из теоретического закона, но и “снизу” — как содержание эмпирической зависимости, возникшей в результате статистической обработки и интерпретации данных наблюдения. На этой проблеме следует остановиться специально, так как здесь мы сталкиваемся со сложной организацией эмпирического уровня исследований и соответствующих форм эмпирического знания.

Долгое время в философии науки в качестве фундамента, на котором вырастают и с которыми соотносятся научные теории, полагались наблюдения. Данные наблюдения именовались опытными данными, а также опытными фактами. Однако в 30-х годах нашего столетия в позитивистской философии дискуссия по проблеме протокольных предложений обнаружила неадекватность этих казалось бы очевидных представлений. Выяснилось, что эмпирические знания, представленные протокольными предложениями — высказываниями, фиксирующими в языковой форме данные непосредственного наблюдения, — не являются эмпирическим базисом теории и не тождественны эмпирическим фактам как особому виду эмпирического знания.

В протоколе наблюдения указывается, кто наблюдал, время наблюдения, описываются приборы, если они применялись в наблюдении, а протокольные предложения формулируются как высказывания типа: NN наблюдал, что после включения тока стрелка на приборе показывает цифру 5, NN наблюдал в телескоп на участке неба (с координатами x,y) яркое световое пятнышко и т.п.

Если, например, проводился социологический опрос, то в роли протокола наблюдения выступает анкета с ответом опрашиваемого. Если же в процессе наблюдения осуществлялись измерения, то каждая фиксация результата измерения эквивалентна протокольному предложению.

Анализ смысла протокольных предложений показал, что они содержат не только информацию об изучаемых явлениях, но и, как правило, включают ошибки наблюдателя, наслоения внешних возмущающих воздействий, систематические и случайные ошибки приборов и т.п. Но тогда стало очевидным, что данные наблюдения, в силу того что они отягощены субъективными наслоениями, не могут служить основанием для теоретических построений.

В результате была поставлена проблема выявления таких форм эмпирического знания, которые бы имели интерсубъективный статус, содержали бы объективную и достоверную информацию об изучаемых явлениях.

В ходе дискуссий было установлено, что такими знаниями выступают эмпирические факты. Именно они образуют эмпирический базис, на который опираются научные теории.

Факты фиксируются в языке науки в высказываниях типа: “сила тока в цепи зависит от сопротивления проводника”; “в созвездии Девы вспыхнула сверхновая звезда”; “более половины опрошенных в городе недовольны экологией городской среды” и т.п.

Уже сам характер фактофиксирующих высказываний подчеркивает их особый объективный статус по сравнению с протокольными предложениями. Но тогда возникает новая проблема: как осуществляется переход от данных наблюдения к эмпирическим фактам и что гарантирует объективный статус научного факта?

Постановка этой проблемы была важным шагом на пути к выяснению структуры эмпирического познания. Эта проблема активно разрабатывалась в методологии науки XX столетия. В конкуренции различных подходов и концепций она выявила многие важные характеристики научной эмпирии, хотя и на сегодняшний день проблема далека от окончательного решения.

Определенный вклад в ее разработку был внесен и позитивизмом, хотя нелишне подчеркнуть, что его стремление ограничиться только изучением внутренних связей научного знания и абстрагироваться от взаимоотношения науки и практики резко суживали возможности адекватного описания исследовательских процедур и приемов формирования эмпирического базиса науки.

Нам представляется, что деятельностный подход открывает больше возможностей для анализа. С позиций этого подхода мы и будем рассматривать структуру и функции каждого из отмеченных слоев эмпирического уровня познания. Начнем с более детального анализа подуровня наблюдений, который обеспечивает непосредственный контакт субъекта с исследуемыми процессами. Важно сразу же уяснить, что научное наблюдение носит деятельностный характер, предполагая не просто пассивное созерцание изучаемых процессов, а их особую предварительную организацию, обеспечивающую контроль за их протеканием.

Деятельностная природа эмпирического исследования на уровне наблюдений наиболее отчетливо проявляется в ситуациях, когда наблюдение осуществляется в ходе реального эксперимента. Целесообразно вначале более подробно рассмотреть, в чем заключается особенность экспериментального исследования как практической деятельности, структура которой реально выявляет те или иные интересующие исследователя связи и состояния действительности.

Предметная структура экспериментальной практики может быть рассмотрена в двух аспектах: во-первых, как взаимодействие объектов, протекающее по естественным законам, и, во-вторых, как искусственное, человеком организованное действие. В первом аспекте мы можем рассматривать взаимодействие объектов как некоторую совокупность связей и отношений действительности, где ни одна из этих связей актуально не выделена в качестве исследуемой. В принципе, объектом познания может служить любая из них. Лишь учет второго аспекта позволяет выделить ту или иную связь по отношению к целям познания и тем самым зафиксировать ее в качестве предмета исследования. Но тогда явно или неявно совокупность взаимодействующих в опыте объектов как бы организуется в системе определенной цепочки отношений: целый ряд их реальных связей оказывается несущественным, и функционально выделяется лишь некоторая группа отношений, характеризующих изучаемый “срез” действительности.

Проиллюстрируем это на простом примере[26]. Допустим, что в рамках классической механики изучается движение относительно поверхности земли массивного тела небольших размеров, подвешенного на длинной нерастягивающейся нити. Если рассматривать такое движение только как взаимодействие природных объектов, то оно предстает в виде суммарного итога проявления самых различных законов. Здесь как бы “накладываются” друг на друга такие связи природы, как законы колебания, свободного падения, трения, аэродинамики (обтекание газом движущегося тела), законы движения в неинерциальной системе отсчета (наличие сил Кориолиса вследствие вращения Земли) и т.д. Но как только описанное взаимодействие природных объектов начинает рассматриваться в качестве эксперимента по изучению, например, законов колебательного движения, то тем самым из природы вычленяется определенная группа свойств и отношений этих объектов.

Прежде всего взаимодействующие объекты — Земля, движущееся массивное тело и нить подвеса — рассматриваются как носители только определенных свойств, которые функционально, самим способом “включения” их в “экспериментальное взаимодействие”, выделяются из всех других свойств. Нить и подвешенное на ней тело предстают как единый предмет — маятник. Земля фиксируется в данной экспериментальной ситуации как тело отсчета (для этого выделяется направление силы тяжести, которое задает линию равновесия маятника) и как источник силы, приводящий в движение маятник. Последнее в свою очередь предполагает, что сила тяжести Земли должна рассматриваться лишь в определенном аспекте. А именно, поскольку, согласно цели эксперимента, движение маятника представляется как частный случай гармонического колебания, то тем самым учитывается лишь одна составляющая силы тяжести, которая возвращает маятник к положению равновесия. Другая же составляющая не принимается во внимание, поскольку она компенсируется силой натяжения нити.

Описанные свойства взаимодействующих объектов, выступая в акте экспериментальной деятельности на передний план, тем самым вводят строго определенную группу отношений, которая функционально вычленяется из всех других отношений и связей природного взаимодействия. По существу описанное движение подвешенного на нити массивного тела в поле тяжести Земли предстает как процесс периодического движения центра массы этого тела под действием квазиупругой силы, в качестве которой фигурирует одна из составляющих силы тяготения Земли. Эта “сетка отношений”, выступающая на передний план в рассматриваемом взаимодействии природы, и есть та объектная структура практики, в рамках которой изучаются законы колебательного движения.

Допустим, однако, что то же самое движение в поле тяжести Земли тела, подвешенного на нити, выступает как эксперимент с маятником Фуко. В этом случае предметом изучения становится иная связь природы — законы движения в инерциальной системе. Но тогда требуется выделить совершенно иные свойства взаимодействующих фрагментов природы.

Фактически закрепленное на нити тело функционирует теперь только как движущаяся масса с фиксированным относительно Земли направлением движения. Строго говоря, при этом система “тело плюс нить в поле тяжести” уже не рассматривается как маятник (поскольку здесь оказывается несущественной с точки зрения изучаемой связи основная характеристика маятника — период его колебания). Далее, Земля, относительно которой рассматривается движение тела, теперь фиксируется по иным признакам. Из всего многообразия ее свойств в рамках данного эксперимента оказываются существенными направление оси вращения Земли и величина угловой скорости вращения, задание которых позволяет определить кориолисовы силы. Силы же тяготения в принципе уже не играют существенной роли для целей экспериментального исследования кориолисовых сил. В результате выделяется новая “сетка отношений”, которая характеризует изучаемый в рамках данного эксперимента срез действительности. На передний план выступает теперь движение тела с заданной скоростью вдоль радиуса равномерно вращающегося диска, роль которого играет плоскость, перпендикулярная оси вращения Земли и проходящая через ту точку, где в момент наблюдения находится рассматриваемое тело. Это и есть структура эксперимента с маятником Фуко, позволяющего изучать законы движения в неинерциальной (равномерно вращающейся) системе отсчета.

Аналогичным образом в рамках анализируемого взаимодействия природы можно было бы выделить объектные структуры иного типа, если данное взаимодействие представить как разновидность экспериментальной практики по изучению, например, законов свободного падения или, допустим, законов аэродинамики (разумеется, отвлекаясь при этом от того, что в реальной экспериментальной деятельности такого рода опыты для данной цели не используются). Анализ таких абстрактных ситуаций хорошо иллюстрирует то обстоятельство, что реальное взаимодействие природы может быть представлено как своего рода “суперпозиция” различного типа “практических структур”, число которых в принципе может быть неограниченным.

В системе научного эксперимента каждая из таких структур выделяется благодаря фиксации взаимодействующих объектов по строго определенным свойствам. Эта фиксация, конечно, не означает, что у объектов природы исчезают все другие свойства, кроме интересующих исследователя. В реальной практике необходимые свойства объектов выделяются самим характером оперирования с ними. Для этого объекты, приведенные во взаимодействие в ходе эксперимента, должны быть предварительно выверены практическим употреблением на предмет существования у них свойств, стабильно воспроизводящихся в условиях будущей экспериментальной ситуации. Так, нетрудно видеть, что эксперимент с колебанием маятника мог быть осуществлен лишь постольку, поскольку предшествующим развитием практики было строго выявлено, что, например, сила тяжести Земли в данном месте постоянна, что любое тело, имеющее точку подвеса, будет совершать колебания относительно положения равновесия и т.п. Важно подчеркнуть, что вычленение этих свойств стало возможным лишь благодаря соответствующему практическому функционированию рассматриваемых объектов. В частности, свойство Земли быть источником постоянной силы тяготения многократно использовалось в человеческой практике, например, при перемещении различных предметов, забивании свай с помощью падающего груза и т.п. Подобные операции позволили функционально выделить характеристическое свойство Земли “быть источником постоянной силы тяжести”.

В этом смысле в экспериментах по изучению законов колебания маятника Земля выступает не просто как природное тело, а как своеобразный “искусственно изготовленный” объект человеческой практики, ибо для природного объекта “Земля” данное свойство не имеет никаких “особых привилегий” по сравнению с другими свойствами. Оно существует реально, но на передний план как особое, выделенное свойство выступает только в системе определенной человеческой практики. Экспериментальная деятельность представляет собой специфическую форму природного взаимодействия, и важнейшей чертой, определяющей эту специфику, является именно то, что взаимодействующие в эксперименте фрагменты природы всегда предстают как объекты с функционально выделенными свойствами.

В развитых формах эксперимента такого рода объекты изготовляются искусственно. К ним относятся в первую очередь приборные установки, с помощью которых проводится экспериментальное исследование. Например, в современной ядерной физике это могут быть установки, приготовляющие пучки частиц, стабилизированные по определенным параметрам (энергия, пульс, поляризация); мишени, бомбардируемые этими пучками; приборы, регистрирующие результаты взаимодействия пучка с мишенью. Для наших целей важно уяснить, что само изготовление, выверка и использование таких установок аналогичны операциям функционального выделения свойств у объектов природы, которыми оперирует исследователь в описанных выше экспериментах с маятником. В обоих случаях из всего набора свойств, которыми обладают материальные объекты, выделяются лишь некоторые свойства, и данные объекты функционируют в эксперименте только как их носители.

С таких позиций вполне правомерно рассматривать объекты природы, включенные в экспериментальную ситуацию, как “квазиприборные” устройства независимо от того, получены они искусственным путем или естественно возникли в природе независимо от деятельности человека. Так, в экспериментальной ситуации по изучению законов колебания Земля “функционирует” как особая приборная подсистема, которая как бы “приготовляет” постоянную силу тяготения (аналогично тому, как созданный человеком ускоритель при жестко фиксированном режиме работы будет генерировать импульсы заряженных частиц с заданными параметрами). Сам маятник играет здесь роль рабочего устройства, функционирование которого дает возможность зафиксировать характеристики колебания. В целом же система “Земля плюс маятник” может быть рассмотрена как своеобразная квазиэкспериментальная установка, “работа” которой позволяет исследовать законы простого колебательного движения.

В свете сказанного специфика эксперимента, отличающая его от взаимодействий в природе “самой по себе”, может быть охарактеризована так, что в эксперименте взаимодействующие фрагменты природы всегда выступают в функции приборных подсистем. Деятельность по “наделению” объектов природы функциями приборов будем в дальнейшем называть созданием приборной ситуации. Причем саму приборную ситуацию будем понимать как функционирование квазиприборных устройств, в системе которых испытывается некоторый фрагмент природы. И поскольку характер взаимоотношений испытуемого фрагмента с квазиприборными устройствами функционально выделяет у него некоторую совокупность характеристических свойств, наличие которых в свою очередь определяет специфику взаимодействий в рабочей части квазиприборной установки, то испытуемый фрагмент включается как элемент в приборную ситуацию.

В рассматриваемых выше экспериментах с колебанием маятника мы имели дело с существенно различными приборными ситуациями в зависимости от того, являлось ли целью исследования изучение законов колебания или законов движения в равномерно вращающейся системе. В первом случае маятник включен в приборную ситуацию в качестве испытуемого фрагмента, во втором он выполняет совершенно иные функции. Здесь он выступает как бы в трех отношениях: 1) само движение массивного тела (испытуемый фрагмент) включено в функционирование рабочей подсистемы в качестве ее существенного элемента (наряду с вращением Земли); 2) периодичность же движения маятника, которая в предыдущем опыте играла роль изучаемого свойства, теперь используется только для того, чтобы обеспечить стабильные условия наблюдения. В этом смысле колеблющийся маятник функционирует уже как приготовляющая приборная подсистема; 3) свойство маятника сохранять плоскость колебания позволяет использовать его и в качестве части регистрирующего устройства. Сама плоскость колебания здесь выступает в роли своеобразной стрелки, поворот которой относительно плоскости вращения Земли фиксирует наличие кориолисовой силы. Такого рода функционирование взаимодействующих в опыте природных фрагментов в роли приборных подсистем или их элементов и выделяет актуально, как бы “выталкивает” на передний план, отдельные свойства этих фрагментов. Все это приводит к функциональному вычленению из множества потенциально возможных объектных структур практики именно той, которая репрезентирует изучаемую связь природы.

Такого рода связь выступает как объект исследования, который изучается и на эмпирическом, и на теоретическом уровнях познавательной деятельности. Выделение объекта исследования из совокупности всех возможных связей природы определяется целями познания и на разных уровнях последнего находит свое выражение в формулировке различных познавательных задач. На уровне экспериментального исследования такие задачи выступают как требование зафиксировать (измерить) наличие какого-либо характеристического свойства у испытуемого фрагмента природы. Однако важно сразу же уяснить, что объект исследования всегда представлен не отдельным элементом (вещью) внутри приборной ситуации, а всей ее структурой.

На примерах, разобранных выше, по существу было показано, что соответствующий объект исследования — будь то процесс гармонического колебания или движение в неинерциальной системе отсчета — может быть выявлен только через структуру отношений, участвующих в эксперименте природных фрагментов.

Аналогичным образом обстоит дело и в более сложных случаях, относящихся, например, к экспериментам в атомной физике. Так, в известных опытах по обнаружению комптон-эффекта предмет исследования — “корпускулярные свойства рентгеновского излучения, рассеянного на свободных электронах”, — определялся через взаимодействие потока рентгеновского излучения и рассеивающей его графитной мишени при условии регистрации излучения особым прибором. И только структура отношений всех этих объектов (включая прибор для регистрации) репрезентирует исследуемый срез действительности. Такого рода фрагменты реальных экспериментальных ситуаций, использование которых задает объект исследования, будем называть в дальнейшем объектами оперирования. Данное различение позволит избежать двусмысленности при использовании термина “объект” в процессе описания познавательных операций науки. В этом различии фиксируется тот существенный факт, что объект исследования не совпадает ни с одним из отдельно взятых объектов оперирования любой экспериментальной ситуации. Подчеркнем также, что объекты оперирования по определению не тождественны “естественным” фрагментам природы, поскольку выступают в системе эксперимента как своеобразные “носители” некоторых функционально выделенных свойств. Как было показано выше, объекты оперирования обычно наделяются приборными функциями и в этом смысле, будучи реальными фрагментами природы, вместе с тем выступают и как продукты “искусственной” (практической) деятельности человека.

Наблюдения выступают в этом случае не просто фиксацией некоторых признаков испытуемого фрагмента. Они несут неявно информацию и о тех связях, которые породили наблюдаемые феномены.

Конечная цель естественнонаучного исследования состоит в том, чтобы найти законы (существенные связи объектов), которые управляют природными процессами, и на этой основе предсказать будущие возможные состояния этих процессов. Поэтому если исходить из глобальных целей познания, то предметом исследования нужно считать существенные связи и отношения природных объектов.

Но на разных уровнях познания такие связи изучаются по-разному. На теоретическом уровне они отображаются “в чистом виде” через систему соответствующих абстракций. На эмпирическом они изучаются по их проявлению в непосредственно наблюдаемых эффектах. Поэтому глобальная цель познания конкретизируется применительно к каждому из его уровней. В экспериментальном исследовании она выступает в форме специфических задач, которые сводятся к тому, чтобы установить, как некоторое начальное состояние испытуемого фрагмента природы при фиксированных условиях порождает его конечное состояние. По отношению к такой локальной познавательной задаче вводится особый предмет изучения. Им является объект, изменение состояний которого прослеживается в опыте. В отличие от предмета познания в глобальном смысле его можно было бы называть предметом эмпирического знания. Между ним и предметом познания, единым как для эмпирического, так и для теоретического уровней, имеется глубокая внутренняя связь.

Когда в эксперименте и наблюдении исследователь регистрирует конечное состояние O₂ испытуемого объекта, то при наличии фиксированной приборной ситуации и начального O₁ состояния объекта это эквивалентно нахождению последнего недостающего звена, которое позволяет охарактеризовать структуру экспериментальной деятельности. Определив эту структуру, исследователь тем самым неявно выделяет среди многочисленных связей и отношений природных объектов связи (закономерности), которые управляют изменением состояний объекта эмпирического знания. Переход объекта из состояния O₁ в состояние O₂ не произволен, а определен законами природы. Поэтому, многократно зарегистрировав в эксперименте и наблюдении изменение состояний объекта, исследователь неявно фиксирует самой структурой деятельности и соответствующий закон природы.

Объекты эмпирического знания выступают здесь в качестве своеобразного индикатора предмета исследования, общего как для эмпирического, так и для теоретического уровней.

Разумеется, это становится возможным только при условии, когда отсутствуют неконтролируемые возмущающие воздействия, искажающие результат эксперимента.

Но в реальном исследовании, даже при самом тщательном соблюдении условий чистоты эксперимента, нет гарантий, что не появится случайная внешняя помеха, искажающая протекание изучаемого процесса. Тогда отдельно взятое наблюдение может предстать как итог влияния этой искажающей помехи. Кроме того возможны случайные и систематические ошибки приборов, применяемых в эксперименте и наблюдении, и, наконец, субъективные ошибки самого наблюдателя.

В силу всех этих случайностей и субъективных наслоений данные наблюдения не могут быть непосредственным эмпирическим базисом для теории. Такой базис составляют эмпирические знания иного типа — эмпирические зависимости и факты, которые образуют особый слой эмпирического уровня науки, возвышающимся над слоем данных наблюдения.

Переход от данных наблюдения к эмпирическим зависимостям и научному факту предполагает элиминацию из наблюдений содержащихся в них субъективных моментов (связанных с возможными ошибками наблюдателя, случайными помехами, искажающими протекание изучаемых явлений, ошибками приборов) и получение достоверного объективного знания о явлениях.

Такой переход предполагает довольно сложные познавательные процедуры. Чтобы получить эмпирический факт, необходимо осуществить по меньшей мере два типа операций. Во-первых, рациональную обработку данных наблюдения и поиск в них устойчивого, инвариантного содержания. Для формирования факта необходимо сравнить между собой множество наблюдений, выделить в них повторяющиеся признаки и устранить случайные возмущения и погрешности, связанные с ошибками наблюдателя. Если в процессе наблюдения производится измерение, то данные наблюдения записываются в виде чисел. Тогда для получения эмпирического факта требуется определенная статистическая обработка результатов измерения, поиск среднестатистических величин в множестве этих данных.

Если в процессе наблюдения применялись приборные установки, то наряду с протоколами наблюдения всегда составляется протокол контрольных испытаний приборов, в котором фиксируются их возможные систематические ошибки. При статистической обработке данных наблюдения эти ошибки также учитываются, они элиминируются из наблюдений в процессе поиска их инвариантного содержания.

Поиск инварианта как условия формирования эмпирического факта свойствен не только естественнонаучному, но и социально-историческому познанию. Скажем, историк, устанавливающий хронологию событий прошлого, всегда стремится выявить и сопоставить множество независимых исторических свидетельств, выступающих для него в функции данных наблюдения.

Во-вторых, для установления факта необходимо истолкование выявляемого в наблюдениях инвариантного содержания. В процессе такого истолкования широко используются ранее полученные теоретические знания.

Рассмотрим две конкретные ситуации, иллюстрирующие эту роль теоретических знаний при переходе от наблюдений к факту.

Известно, что одним из важных физических открытий конца XIX века было обнаружение катодных лучей, которые (как выяснилось в ходе дальнейших исследований) представляют собой поток электронов. Экспериментируя с катодными лучами, У.Крукс зарегистрировал их отклонение под воздействием магнита. Полученные в этом опыте данные наблюдения были интерпретированы им как доказательство того, что катодные лучи являются потоком заряженных частиц. Основанием такой интерпретации послужили теоретические знания о взаимодействии заряженных частиц и поля, почерпнутые из классической электродинамики. Именно их применение привело к переходу от инварианта наблюдений к соответствующему эмпирическому факту.

Процедуру интерпретации данных наблюдения не следует путать с процессом формирования теории, которая должна дать объяснение полученному факту. Установление факта, что катодные лучи являются электрически заряженными частицами, не является теорией, хотя и получено с применением теоретических понятий.

Но тогда возникает очень сложная проблема, которая дискутируется сейчас в методологической литературе: получается, что для установления факта нужны теории, а они, как известно, должны проверяться фактами. Эта проблема решается только в том случае, если взаимодействие теории и факта рассматривается исторически. Безусловно, при установлении эмпирического факта используются полученные ранее достоверные теоретические знания, обоснованные другими фактами. Но только такие теоретические знания, которые были ранее проверены независимо. Что же касается новых фактов, то они могут служить основой для развития новых теоретических идей и представлений. В свою очередь новые теории, превратившиеся в достоверное знание, могут использоваться в процедурах интерпретации при эмпирическом исследовании других областей действительности и формировании новых фактов.

Таким образом, при исследовании структуры эмпирического познания выясняется, что не существует чистой научной эмпирии, не содержащей в себе примесей теоретического. Но это является не препятствием для формирования объективно истинного эмпирического знания, а условием такого формирования.

Эмпирические зависимости и факты, в отличие от данных наблюдения, уже не соотносятся впрямую и непосредственно с конкретными приборными ситуациями конкретных, единичных экспериментов. Их отношение к реальным экспериментальным ситуациям опосредуется эмпирическими схемами, которые представляют собой особый вид модельных представлений, выражающих типовые черты некоторого класса реальных экспериментальных ситуаций, их предметную структуру. Именно с этими схемами непосредственно соотносятся эмпирические зависимости и эмпирические факты.

Обычно предварительный гипотетический вариант эмпирических схем формируется на этапе замысла эксперимента. Но после его осуществления и в процессе перехода от протоколов наблюдения к эмпирическим зависимостям и фактам происходит обоснование гипотетических вариантов эмпирических схем в качестве выражения существенных черт некоторой серии реальных экспериментов.

Поскольку в процессе статистической обработки данных наблюдения сравниваются между собой протоколы наблюдений и протокол, фиксирующий среднестатистические данные поведения приборной установки, постольку в результате таких сопоставлений все объекты, взаимодействующие в опыте — испытуемый фрагмент и (квази) приборные подсистемы, — оказываются определенными только по статистически инвариантным признакам. На этой основе выстраивается эмпирическая схема, обобщающая класс определенных экспериментальных взаимодействий. В этом смысле она буквально является схемой такого взаимодействия, изображающей его типические черты, реализующиеся в каждой конкретной экспериментально-измерительной ситуации. Вместе с тем эмпирическая схема может быть рассмотрена не только как модельное представление деятельности эксперимента и измерения, но и объективировано, как изображение естественного природного процесса взаимодействия, в котором испытуемый объект при заданных условиях переходит из состояния О₁ в состояние О₂. Такой ракурс рассмотрения возникает в процессе интерпретации инварианта данных наблюдения при формировании факта.

Итак, эмпирические схемы выступают важным опосредующим звеном между теоретическими схемами и приборными ситуациями реальных экспериментов. Они могут быть получены как “сверху”, при выводе из теоретических законов эмпирических следствий, так и “снизу” как результат перехода от данных наблюдения к эмпирическим зависимостям и фактам. Отношение теоретических схем к эмпирическим и возможность рассмотрения последних в двух ракурсах (как модели экспериментальных ситуаций и как образа естественного природного процесса) позволяет в новом свете рассмотреть и природу теоретических схем. Каждая из них может быть сопоставлена с некоторым классом эмпирических схем (в примере с законом Био—Савара к этому классу относится не только схема опыта с прямолинейным проводом и магнитной стрелкой, но и схемы экспериментов с любыми формами проводников, по которым течет ток, и с любыми видами магнитов).

С этих позиций теоретическую схему можно рассматривать как инвариантное содержание эмпирических схем[27]. Учитывая, что последние выступают как изображение типовых черт экспериментально-измерительных ситуаций, в этом аспекте правомерно рассмотреть и отношения абстрактных объектов теоретической схемы. Тогда они предстанут в форме особого идеализированного эксперимента, выражающие наиболее общие и существенные черты реальной экспериментальной практики.

При анализе теоретических схем с этой точки зрения сразу обнаруживается их “операциональная” сторона. Схема осциллятора, например, выступает как модель, которая выражает существенные черты экспериментов с колебанием реальных маятников, натянутой струны, с периодическим сжатием и распрямлением пружины и т. д.

Предметная сторона всех этих реальных экспериментов в теоретической схеме представлена в форме мысленного эксперимента с материальной точкой, которая отклоняется от положения равновесия и вновь возвращается в исходное положение под действием квазиупругой силы. Фундаментальные схемы, лежащие в основании развитой теории, также можно истолковать как предельно идеализированное изображение типовых черт экспериментальных ситуаций, обобщаемых и предсказываемых в рамках этой теории. Так, максвелловская теоретическая схема может быть рассмотрена как мысленный эксперимент, аккумулирующий в себе существенные характеристики экспериментальных процедур, обобщенных в схемах амперовской электродинамики, кулоновской электростатики и магнитостатики, фарадеевской индукции и др.

Фундаментальная теоретическая схема ньютоновской механики, изображая механическое движение как перемещение материальной точки по континууму пространственных и временных точек системы отсчета под действием сил, представляла собой своеобразный мысленный эксперимент, который содержал самые общие исущественные черты опытов по изучению различных сторон механического движения. В нем были обобщены практические операции перемещения тел по наклонной плоскости, колебания маятника, соударения тел, операции перевода потенциальной энергии в кинетическую при работе машин и т. д.

На эту сторону теоретических схем часто не обращается внимание потому, что в большинстве случаев сама форматеоретической модели как бы маскирует ее операциональную природу. Однако, если провести соответствующий анализ, эта природа сразу предстанет в отчетливой форме. Мы привыкли, например, рассматривать томсоновскую и резерфордовскую модели атома только как изображение некоторых сторон структуры атома. Однако внимательный анализ показывает, что каждая из этих моделей вместе с изображением структуры атома неявно вводит предельно абстрактную схему экспериментальных ситуаций, в рамках которых был выделен и изучался атом как особый фрагмент природы.

В модели Томсона атом изображается в виде осциллятора (положительно заряженная сфера с погруженными в нее электронами, способными отклоняться от положения равновесия), который взаимодействует с падающим на него излучением и способен генерировать излучение. Все основные признаки абстрактных объектов модели Томсона определены через их отношение к идеальному пробному излучению, которое репрезентирует на уровне теоретической модели реальные пучки света, фиксируемые в экспериментах по изучению закономерностей взаимодействия света с веществом. Следовательно, модель Томсона может быть представлена как абстрактное и схематизированное изображение существенных черт таких экспериментов[28].

С аналогичных позиций можно рассмотреть резерфордовскую планетарную модель атома. Она представляет собой теоретическую схему, образованную из следующих, связанных между собой абстрактных объектов: “центра потенциальных отталкивающих сил” (атомное ядро) и “элементарных отрицательных зарядов” (электронов). В этой модели абстрактный объект “атомное ядро” был определен по двум признакам: “нести положительный заряд” и “быть центром потенциальных отталкивающих сил”[29]. Принципиально важно, что последний признак имеет смысл лишь постольку, поскольку предполагается наличие пробного тела — идеальной a-частицы, рассеивающейся на “центре потенциальных отталкивающих сил”.

Таким образом, главная отличительная характеристика резерфордовской модели атома — представление об атомном ядре — вводилась через описание мысленного эксперимента по рассеянию на системе ядро-электроны идеальной a-частицы. Этот эксперимент выражал существенные особенности реальных опытов по рассеянию на атоме тяжелых частиц, опытов, посредством которых были выявлены реальные особенности структуры атома.

Модель Резерфорда имплицитно содержала в себе идеализированную схему указанных опытов, и эта особенность модели прямо проявлялась в тех физических законах, которые можно было получить на ее основе. Главные уравнения, которые Резерфорд получил, опираясь на планетарную модель атома, и которые позволяли объяснять ипредсказывать результаты реальных экспериментов, были выражением законов рассеяния на атоме тяжелых заряженных частиц.

Таким образом, модели Томсона и Резерфорда можно представить в форме мысленных экспериментов с атомом как осциллятором и с атомом как системой, рассеивающей тяжелые частицы. Каждый из этих экспериментов аккумулирует в себе существенные черты реальной экспериментально-измерительной практики, в рамках которой выявились соответствующие стороны реального атома. Они были объектом изучения в исследованиях Томсона и Резерфорда и представлены в соответствующих моделях атома.

В итоге мы пришли к важному выводу, согласно которому теоретические схемы имеют две неразрывно связанные между собой стороны: 1) они выступают как особая модель экспериментально-измерительной практики и 2) одновременно служат системным изображением предмета исследования, выражением сущностных связей исследуемой реальности.

Этот вывод проиллюстрирован только материалом физики. Тем не менее его формулировка в общей форме вполне оправданна, так как можно показать, что данное утверждение справедливо по отношению ко всем эмпирическим наукам. Правда, на первый взгляд может показаться, что содержание теоретических высказываний таких наук, как астрономия, не может быть истолковано как схема практики, поскольку здесь нет активного вмешательства субъекта в протекание природных процессов как необходимого условия практической деятельности. Однако при ближайшем анализе выясняется, что астрономические наблюдения, проводимые в целях проверки тех или иных теоретических схем, носят характер своеобразных квазиэкспериментальных процедур. В процессе таких наблюдений объекты природы применяются в функции квазиприборных устройств, в результате чего создается характерная для экспериментально-измерительной деятельности приборная ситуация.

Чтобы лучше уяснить это обстоятельство, напомним, что любую экспериментальную деятельность характеризует такое взаимодействие природных фрагментов, при котором они выступают как предметы-носители функционально выделенных свойств. В развитом физическом эксперименте такие предметы изготавливаются искусственно. Ими могут быть установки, приготовляющие пучки частиц с заданными параметрами (приготовляющая подсистема экспериментального устройства), мишени, бомбардируемые этими частицами (рабочая часть), приборы, регистрирующие результаты взаимодействия частиц с мишенью (регистрирующая часть экспериментального устройства).

Однако в функции средств экспериментальной деятельности могут применяться и естественные объекты природы, рассмотренные только со стороны их отдельных свойств. В разобранном выше примере с изучением процессов колебания в экспериментах с маятником Земля как источник тяготения была использована в функции квазиприборной подсистемы, обеспечивающей появление квазиупругой (возвращающей) силы.

Похожая ситуация возникла в опытах Фарадея по электромагнитной индукции, когда обнаружилось свойство магнитного поля Земли порождать э.д.с. в проводниках, пересекающих его магнитные силовые линии. Здесь Земля также использовалась в качестве своеобразной квазиприборной установки. Она рассматривалась только как источник магнетизма, совмещая функции приготовляющей ирабочей части “приборной установки”. Само это свойство Земли было выявлено в предшествующих опытах с ориентацией магнитных стрелок. В рассматриваемых опытах оно было функциональновыделено среди всех других многочисленных свойств Земли, благодаря чему стало возможным использовать нашу планету в функции особого фрагмента приборной ситуации.

Аналогичное использование объектов природы в функции своеобразных приборных устройств можно обнаружить и во многих современных физических опытах. Так, в опытах по исследованию нейтрино, излучаемых Солнцем, последнее рассматривалось как генератор нейтрино (приготовляющая подсистема). Исследование свойств нейтрино предполагало, что их нужно выделить среди других составляющих космического излучения. Для этой цели приборы-регистраторы погружались в шахту, и тогда кора Земли использовалась как особый экран, который задерживал все частицы космического излучения кроме нейтрино.

Систематические наблюдения в астрономии основаны на том же принципе применения естественных фрагментов природы в функции приборных подсистем.

В целях иллюстрации сказанного рассмотрим конкретный пример — наблюдение за рентгеновским излучением Крабовидной туманности, осуществленное в 1964 г. с целью выяснить, каков источник этого излучения[30]. На основе гипотезы о существовании нейтронных звезд было высказано предположение, что источником излучения может быть нейтронная звезда (практически точечный источник для земного наблюдателя), расположенная в Крабовидной туманности. Однако источником излучения мог быть и иной, протяженный источник, связанный с туманностью. Для выяснения характера излучающего источника было использовано покрытие Крабовидной туманности диском Луны. В этот момент было измерено изменение интенсивности сигнала, идущего от рентгеновского источника (рентгеновские счетчики, поднятые на ракетах, регистрировали число g-квантов за единицу времени). Эмпирическая зависимость, выявленная при статистической обработке данных наблюдений, показала, что интенсивность излучения уменьшалась не резко, а постепенно.

Нетрудно видеть, что в рамках рассмотренного исследования наблюдатель смог получить информацию о характере излучения Крабовидной туманности лишь потому, что сконструировал из естественных процессов природы приборную ситуацию. Источник рентгеновского излучения, само это излучение и Луна, используемая в качестве своеобразного экрана, выступали в функции приготовляющей и рабочей подсистем “приборного устройства”. Регистрирующая часть была выражена прибором, искусственно созданным в практике. Вся система — “источник рентгеновского излучения в Крабовидной туманности”, “Луна” и “регистрирующие устройства на Земле” — представляли собой своего рода гигантскую экспериментальную установку, функционирование которой позволяло отыскать исследуемую зависимость.

Создание приборной ситуации в процессе эмпирических исследований в астрономии может быть проиллюстрировано и на других фактах. Показательно в этом отношении, например, наблюдение за поляризацией света звезд, проводимое с целью изучения магнитного поля Галактики. Приборная ситуация, которая характеризовала этот опыт, была построена путем выделения в системе взаимодействий природы: а) магнитного поля Галактики иориентированных им частиц в облаках межзвездной пыли; б) света, излучаемого звездой и проходящего через межзвездную пыль; в) приборов, регистрирующих эффекты поляризации. Отношения между совокупностями всех этих объектов можно рассматривать как гигантское квазиэкспериментальное устройство, “работа” которого позволяла выявить эмпирические зависимости, характеризующие магнитное поле Галактики (предмет исследования). В рамках данной ситуации эта “работа” заключалась в том, чтовзаимодействие света и ориентированных частиц межзвездной пыли порождало поляризацию света, по степени которой оказалось возможным судить о напряженности магнитного поля Галактики.

Несколько сложнее установить, как конструировалась приборная ситуация в эмпирических исследованиях астрономии на ранних этапах ее развития. Однако и здесь все происходило аналогичным образом. Так, даже простое визуальное наблюдение за перемещением планеты на небесном своде предполагало, что наблюдатель должен был предварительно выделить линию горизонта и метки на небесном своде (например, звезды), на фоне которых наблюдается движение планеты. Сами по себе эти операции, по существу, представляли небесный свод в виде своеобразной проградуированной шкалы, на которой фиксируется движение планеты как светящейся точки. Причем по мере проникновения в астрономическую науку математических методов градуировка небесного свода становится все более точной и удобной для проведения измерений. Уже к IV столетию возникает Зодиак, состоящий из 12 участков по 30 градусов, как стандартная шкала для описания движения Солнца и планет[31].

Любое систематическое научное наблюдение независимо от того, осуществляется ли оно в процессе эксперимента или вне эксперимента, предполагает конструирование приборной ситуации. Систематические наблюдения можно рассматривать в этом плане как квазиэкспериментальную деятельность. Что же касается случайных наблюдений, то они не достаточны для научного исследования. Они могут стать начальным импульсом к новым исследованиям, но при осуществлении таких исследований должны перерасти в систематические наблюдения. В случайных наблюдениях, как правило, регистрируется некоторый необычный эффект, но неизвестно, какие объекты участвуют во взаимодействии, порождающем данный эффект. Структура приборной ситуации здесь не определена, и неизвестен объект эмпирического исследования. Переход от случайного к систематическим наблюдениям предполагает построение приборной ситуации и четкую фиксацию объекта, изменение состояний которого изучается в опыте. Так, например, когда К.Янский в опытах по изучению грозовых помех на межконтинентальные радиотелефонные передачи случайно натолкнулся на устойчивый радиошум, не связываемый ни с какими земными источниками, то это случайное наблюдение дало импульс серии систематических наблюдений, конечным итогом которых было открытие радиоизлучения области Млечного Пути. Характерным моментом в осуществлении этих наблюдений было конструирование приборной ситуации.

Главная задача здесь состояла в том, чтобы определить источник устойчивого радиошума. После установления его внеземного происхождения решающим моментом явилось доказательство, что таким источником не являются Солнце, Луна и планеты. Наблюдения, позволившие сделать этот вывод, были основаны на применении двух типов приборной ситуации. Во-первых, использовалось вращение Земли, толща которой применялась в наблюдении в функции экрана, перекрывающего в определенное время суток Солнце, Луну и планеты (наблюдения показали, что в моменты такого перекрытия радиошум не исчезает). Во-вторых, в наблюдении исследовалось поведение источника радиошума при перемещении Солнца, Луны и планет на небесном своде относительно линии горизонта и неподвижных звезд. Последние в этой ситуации были использованы в качестве реперных точек (средств наблюдения), по отношению к которым фиксировалось возможное перемещение источника радиошума. Вся эта серия опытов позволила в конечном итоге идентифицировать положение источника с наблюдаемыми в каждый момент времени суток и года положениями на небосводе Млечного Пути.

Характерно, что в последнем шаге исследований К.Янского уже была четко обозначена предметная структура наблюдения, в рамках которой изучаемый эффект (радиошум) был представлен как радиоизлучение Млечного Пути. Было выделено начальное состояние объекта эмпирического знания — положение источника радиошума на небесном своде в момент T1, конечное состояние — положение источника в момент T2 и приборная ситуация (в качестве средств исследования фиксировались: небесный свод с выделенным на нем расположением звезд, линия горизонта, Земля, вращение которой обеспечивало изменение положений радиоисточника по отношению к наблюдателю, и наконец, приборы — регистраторы радиоизлучения). Наблюдения с жестко фиксированной структурой названного типа позволили раскрыть природу случайно обнаруженного эффекта радиоизлучения Млечного Пути.

Таким образом, путь от случайной регистрации нового явления к выяснению основных условий его возникновения и его природы проходит через серию наблюдений, которые отчетливо предстают в качестве квазиэкспериментальной деятельности.

Анализ ситуаций систематического наблюдения, осуществляемого вне эксперимента, позволяет унифицировать подход к эмпирическим основаниям теории и операциональной трактовке теоретических схем. Тогда и теоретические модели астрономии вполне правомерно рассматривать не только как отражение исследуемого объекта, но и как обобщенную схему предметной стороны наблюдения, выступающей в функции экспериментально-измерительных ситуаций, в рамках которых выявлен данный объект.

Как и в любой познавательной деятельности, здесь проявляется фундаментальный принцип, согласно которому объект познания определен лишь относительно некоторой системы деятельности. Познающему субъекту предмет исследования всегда дан в форме практики, и поэтому у него нет иного способа видения действительности, кроме как сквозь призму этой практики. Поэтому во всех слоях научного знания содержится схематизированное и идеализированное изображение существенных черт практики, которое вместе с тем (а вернее, в силу этого) служит изображением исследуемой действительности. Это изображение на каждом из уровней исследования предстает в особой форме. Так, в реальном эксперименте предмет исследования представлен через корреляции взаимодействующих в эксперименте объектов. Например, магнитное действие тока, изучаемое в опытах Био и Савара, задано через отношение реального провода к реальной магнитной стрелке, которая приобретает вращательный момент в период прохождения тока по проводу.

На следующем уровне исследований, в слое эмпирических схем, изучаемый предмет репрезентирован через корреляции эмпирических конструктов, образующих эмпирическую схему. Так, магнитное действие тока в эмпирических схемах Био и Савара было изображено посредством таких конструктов, как прямолинейный провод с током и пробная магнитная стрелка, с указанием их отношений как смысла соответствующей эмпирической формулы. Затем в слое частных теоретических схем исследуемый объект вводится через корреляции абстрактных объектов. В нашем примере это будут абстрактные объекты — “усредненное по некоторому объему магнитное поле” и “порождающая его плотность заряда-тока” (отношения этих объектов составляют смысл закона Био—Савара). Наконец, на уровне фундаментальной теоретической схемы, лежащей в основании развитой теории, предмет исследования представлен через корреляции абстрактных объектов данной схемы (например, магнитное действие тока на уровне максвелловской теории репрезентировано через отношение “вектора плотности тока в точке” к “вектору магнитного поля в точке”, связи которых образуют смысл второй пары уравнений Максвелла).

Каждый из отмеченных уровней репрезентации объекта исследования представляет собой особый слой языка науки, где идеальные схемы предметной стороны экспериментально-измерительной практики выступают как содержательная плоскость, выраженная в соответствующей знаковой форме (рис. 2). Любой из этих слоев языка имеет свои нормы построения и живет своей относительно самостоятельной жизнью, где за счет внутренних законов оперирования со знаками может возникать новое содержание (примером тому может служить хотя бы введение новых абстрактных объектов за счет операций в рамках математического формализма теории).

Связь отмеченных уровней языка науки позволяет вводить соответственно новому содержанию каждого верхнего уровня объекты нижележащих уровней, благодаря чему оказывается возможным прогнозировать практику, предсказывая результаты будущих экспериментов. В сложившейся теории связь между различными уровнями языка достигается за счет особых языковых выражений, которые также входят в состав теории. Посредством этих выражений описывается способ редукции теоретических объектов к объектам нижележащих уровней. Выражения такого типа суть правила соответствия (операциональные определения).

Если учесть, что объекты схем каждого верхнего уровня выступают как инвариантное содержание корреляции объектов нижележащего слоя, описание признаков соответствующих объектов в терминах таких корреляций и составляет суть операциональных определений.

Рис. 2. ЭЗ – эмпирическая зависимость (1,2 – ассимилированная теорией; N – неассимилированная теорией); ЭС – эмпирическая схема; Н_1-n – наблюдения (1-n – условное число наблюдений); ПС – приборная ситуация;       – предсказуемый теоретический закон и соответствующая Т. схема;       – предсказуемая эмпирическая зависимость, эмпирическая схема, наблюдения и приборная ситуация.

На эту сторонуобычно не обращают достаточного внимания, потому что при анализе связей теории и эмпирии в лучшем случае выделяют лишь два уровня — эмпирический итеоретический, но сами эти уровни уже рассматриваются недифференцированно.

Между тем вне дифференциации каждого из уровней знания нельзя понять структуру правил соответствия, которые обеспечивают связь теоретических терминов с опытом. Анализ этой связи всегда был в центре внимания как философов и методологов, так и физиков.

Хорошо известно, что основоположник философии операционализма, известный американский физик П. Бриджмен, в свое время развивал концепцию, согласно которой правила соответствия представляют собой определения физических величин в терминах реальных измерений и должны быть тождественны описанию измерительных ситуаций, проводимых с определенным типом реальных экспериментальных устройств. На этой основе возник главный тезис операционализма: “Понятие есть синоним соответствующей совокупности операций”[32].

Концепция операционализма была подвергнута критическому анализу как с философских, так и с логико-методологических позиций[33]. Было выявлено главное противоречие, к которому приводит указанная концепция. Это противоречие заключается в следующем. Одна и та же физическая величина может быть измерена различными способами, и если ее определять через описание реальной экспериментально-измерительной процедуры, то появляется множество различных определений величины и нужно специально доказать, что это — определения одной и той же величины. Например, рецепт измерения расстояний путем использования жесткой линейки и радиолокационным способом различен, но физическая величина, обозначающая расстояние, в обоих случаях одна и та же.

В самом же указании на определение физических величин через реальные процедуры измерения не содержится правил отождествления таких измерений. Поэтому, если принять концепцию операционализма, то нужно считать, что одна и та же величина, измеренная разными способами, суть две разные и неотождествимые величины.

В добавление к сказанному отметим, что определение величин по рецепту, первоначально предложенному Бриджменом, может определить лишь смысл этих величин внутри эмпирического слоя исследований. Но этот рецепт не позволяет решить главную задачу: перейти от эмпирического уровня к теоретическому и наоборот.

В развитой науке, сформировавшей теоретический уровень исследований, величины, которые фигурируют в теории и связаны с опытом, имеют два смысла — эмпирический и теоретический. Их теоретический смысл соответствует признакам и корреляциям абстрактных объектов теории, а их эмпирический смысл — корреляциям эмпирических объектов, отображенных на реальные предметы экспериментально-измерительных ситуаций. Например, в теории Максвелла величина Н, обозначающая напряженность магнитного поля в точке, получает определения через отношения к векторам Е(напряженность электрического поля), J(плотность заряда-тока), В (магнитная индукция) и D (электрическая индукция). На эмпирическом уровне величина магнитного поля в точке определяется иначе. Она может быть задана, например, через поворот магнитной стрелки в опыте Био—Савара или через отдачу катушки Гельмгольца при измерениях величины магнитного поля в других аналогичных опытах. Чтобы связать эти два смысла физической величины, нужно уметь переходить от абстрактных объектов теории к объектам, которыми оперирует экспериментатор. Одним только описанием операций реального измерения такие переходы не обеспечиваются. Характерно, что Бриджмен вынужден был признать, что значение теоретических терминов не может быть сведено к описанию измерений, проводимых в реальном эксперименте[34].Тогда он расширил понимание операциональных определений и включил в их состав так называемые “бумажно-карандашные” операции (вычисления, производимые в рамках мысленного эксперимента и необходимые для перехода от величин теоретического уровня к результатам опыта). Но при этом само понимание операциональных определений стало расплывчатым, и их структура осталась невыясненной. Недостатки бриджменовской концепции породили настороженное отношение некоторых философов и логиков к самому понятию “операциональные определения”. Высказывалось даже мнение, что операциональных определений вообще не существует в научной теории. Такую концепцию развивал, например, М. Бунге. Правильно отмечая ограниченность бриджменовского подхода к анализу правил соответствия и критикуя философию операционализма, Бунге заключил, что “человек и его операции... не имеют места при отображении физической реальности в понятиях” и что операциональные определения “вообще никогда не существовали” в теории[35].Столь “радикальная критика” бриджменовской концепции операциональных определений полагает, что в ней вообще не имеется рациональных моментов. На наш взгляд, такая оценка является односторонней. Из факта несводимости теоретических понятий к операциям измерениям еще не следует, что понятия вообще не содержат никакой операциональной компоненты и что теория может обойтись без операциональных определений.

Отбрасывая термин “операциональные определения”, М. Бунге говорит о правилах отображения теории на объекты опыта, о согласовании теории как целого с опытными данными. Но тогда возникает вопрос: в чем заключаются такие правила и как обеспечивается связь теории с опытом?

Дело не в том, чтобы заменить термин “операциональные определения” другим термином, который характеризует рецептуру связи тех или иных теоретических понятий с опытом, а в том, чтобы проанализировать структуру операциональных определений, раскрыть природу правил соответствия, связывающих теорию с опытом.

Бунге, по существу, ушел от решения этих вопросов и во многом потому, что сама “философия реализма”, которую он отстаивает и развивает, наряду с ее положительным содержанием (признание объективной реальности и ее отражения в понятиях) страдает рядом ограниченностей. Одним из них является игнорирование практически-деятельностной основы теоретического освоения объектов, того, что объект всегда дан познающему субъекту в форме практики. Этим и продиктован вывод Бунге, что отражение физической реальности в понятиях не имеет отношения к операциям человеческой деятельности. В свою очередь, такая установка закрывала путь к анализу структуры правил соответствия.

Недостаточно детальный анализ структуры правил соответствия теоретических величин и наблюдений часто приводит к неточностям методологического характера даже в весьма известных и квалифицированных работах. Так, Л.И. Мандельштам в своих интересных и насыщенных глубокими философскими размышлениями лекциях по квантовой механике справедливо указывал, что всякая физическая теория включает не только математический аппарат, но и рецепты связи физических величин с опытом. Однако в самой характеристике таких рецептов он допустил определенную неточность. Интуиция физика подсказывала ему, что связь теории с опытом не может быть осуществлена вне учета специфики реальной экспериментально-измерительной деятельности. Поэтому Мандельштам определил рецепты связи с опытом величин, которые представлены в уравнениях теории, как “конкретные операции с конкретными вещами”, когда выбираются “конкретные вещи в качестве эталонов” и применяются “конкретные измерительные процессы — определение координаты, времени и т. д. при помощи твердых масштабов, часов и т. д.”[36]. Такое определение допустимо только как указание на необходимость учесть в теории особенности реального опыта, но без дальнейших уточнений оно становится тождественным определению, которое было дано в ранних работах Бриджмена. Реальные измерительные процедуры действительно предполагаются рецептами связи физических величин с опытом, но такие рецепты не сводятся к указанным процедурам. Правда, если внимательно ознакомиться с конкретными примерами указанных рецептов, которые приводит Мандельштам для разъяснения высказанного им тезиса, то обнаруживается чрезвычайно интересный и важный момент. Оказывается, рецепты связи физических величин теории с опытом — это описание не реальных, а идеализированных измерительных ситуаций, которые соответствуют реальным ситуациям эксперимента и измерения.

В этом заключается одна из важных особенностей правил соответствия. Именно за счет таких мысленных экспериментов и идеализаций устанавливается связь между реальными измерениями и теоретическими объектами.

Ключ к расшифровке правил соответствия и смысла операциональных определений состоит в учете основных уровней схематизации эксперимента в языке науки и в понимании того факта, что объект каждого верхнего уровня выступает в качестве характеристики корреляций объектов соответствующего ему “нижнего” слоя языка. Причем переход от эмпирического уровня к теоретическому всегда предполагает идеализацию и замещение реальной схемы эксперимента идеализированной схемой. Идеализация позволяет отделить существенные характеристики изучаемых в эксперименте взаимодействий от случайных и заменяющих факторов, благодаря чему операционально определяемые термины теории предстают как выражение существенных признаков и отношений указанных взаимодействий. Следы всех этих достаточно сложных операций можно обнаружить при анализе смысла конкретных операциональных определений физических величин. Так, операциональное определение напряженности электрического поля как термина уравнений Максвелла дается не через описание измерений с применением реального прибора, например электрометра (как это часто считают), а через описание отношений электрического поля в точке к пробному заряду. В свою очередь, “электрическое поле в точке” и “пробный заряд” — это конструкты, типичные для частных теоретических схем теории Максвелла, в которых характеризуются отношения зарядов и электрического поля. Что же касаетсяопределений данных конструктов (таких, как пробныйзаряд), то эти определения выступают уже в качестве характеристики особых корреляций эмпирических объектов. Например, пробный заряд — “это такое воздействие одного массивного заряженного тела на другое, при котором в силу малости обратного воздействия второго тела на первое можно пренебречь этим воздействием” (идеализация реального опыта). Только определение эмпирических объектов можно дать через описание устройства реальных приборов иреальных процедур измерения. Операциональные определения физических величин включают в себя всю эту иерархию определений в сжатом виде. Благодаря этому они характеризуют способ отображения абстрактных объектов теории на реальные отношения объектов эксперимента и измерения.

Итак, если подвести итог сказанному, то мы вправе рассматривать теоретические схемы науки как своеобразные модели практических ситуаций, на объяснение и предсказание которых они претендуют. Но теоретические схемы имеют не только операциональный статус. Они всегда воспринимаются исследователем, принявшим ту или иную теорию, в качестве представления исследуемой предметной области, как образ его сущностных связей. И тогда возникает особая проблема объективации теоретических схем.

При анализе этой проблемы (отношений между теоретическими знаниями и исследуемой действительностью) важно учитывать факт существования двух уровней организации теоретических знаний. Один из них образует развитая теория. Второй — теоретические знания, представленные частными теоретическими схемами и связанными с ними законами. Как показывает история науки, они могут генетически предшествовать развитой теории и выступать в качестве самостоятельных образований, фиксируемых в соответствующем теоретическом языке. Так, схема силового взаимодействия тока была введена Ампером задолго до создания максвелловской электродинамики, а модель простого колебания построена Гюйгенсом задолго до механики Ньютона. Аналогичным образом до создания квантовой механики различные аспекты квантовомеханических процессов описывались и объяснялись с помощью таких теоретических схем, как боровская модель атома, модели фотоэффекта, комптон-эффекта, излучения абсолютно черного тела и т. д. При построения развитой теории предшествующие ей частные теоретические схемы трансформируются и включаются в состав теории в качестве компонентов ее содержания.

Принимая во внимание двухуровневую организацию теоретических знаний и наличие генетических связей между уровнями, рассмотрим, как относятся теоретические схемы к исследуемой действительности.

Важнейшая особенность теоретических схем состоит в том, что они являются идеализированной моделью изучаемых в теории взаимодействий. Благодаря теоретической схеме в науке складывается особое видение изучаемой действительности. Последняя представлена в теории в форме идеализированного предмета, обладающего строго определенной структурой. В методологических и философских исследованиях эта сторона теоретического освоения действительности описана достаточно подробно.

Установлено, что в основании теории всегда лежит модель изучаемой реальности, наделенная “небольшим числом свойств и простой структурой”. Основная функция данной модели — служить идеализированным представлением объекта исследования и быть средством получения о нем теоретических знаний[37].

Вычленение теоретических схем как системного изображения исследуемой в теории реальности продолжает уже существующую философско-методологическую традицию. Новым моментом анализа является не само обнаружение указанной схемы, а попытка более конкретно рассмотреть ее внутреннюю структуру.

Именно эта структура, т. е. отношение абстрактных объектов теоретической схемы, представляет в рамках теории изучаемую в ней объективную реальность. Поэтому, когда исследователь характеризует предмет той или иной теории, он описывает его в терминах абстрактных объектов соответствующей теоретической схемы. Если, например, спросить у физика, что он понимает под электромагнитными процессами как предметом исследования классической электродинамики, то ответ будет сводиться примерно к следующему: это — взаимодействия электрического и магнитного полей между собой и электрическими зарядами (дифференциально-малыми токами). При дальнейшем уточнении этого определения взаимодействие электрического, магнитного полей и зарядов будет охарактеризовано как изменения во времени векторов электрической и магнитной напряженности и плотности тока в точке. Тем самым будет дано дифференцированное описание теоретической схемы, лежащей в фундаменте классической электродинамики. Именно это описание и очерчивает исследуемый в теории предмет, характеризуя его существенные стороны и отношения.

Данный предмет будем отличать от тех абстрактных объектов, которые являются элементами теоретической схемы. Ни один из абстрактных объектов фундаментальной теоретической схемы электродинамики изолированно от других не представляет в познании структуры электромагнитных процессов; ее репрезентирует лишь вся сетка связей и отношений указанных абстрактных объектов, т. е. теоретическая схема как целое.

Эту же особенность теоретической схемы можно выявить, обратившись к уже рассмотренным образцам теоретического знания. Нетрудно установить, например, что лишь вся совокупность отношений между элементами осциллятора (материальной точкой, квазиупругой силой и системой отсчета), а не каждый из этих объектов в отдельности, может служить изображением “процесса простого колебания” как предмета исследования теории механических колебаний. Чтобы отличить абстрактные объекты, с которыми оперирует исследователь в рамках теоретической схемы, от изучаемого предмета, системно-структурное изображение которого дает схема в целом, мы будем называть первые объектами оперирования, а вторые — предметами исследования.

Теоретические схемы воспринимаются в качестве изображения предмета исследования благодаря особой процедуре их объективирования. Чтобы выяснить особенности этой процедуры и ее роль в построении теории, обратимся вначале к конкретному историческому примеру.

Так, при первом знакомстве с механикой Г. Герца создается впечатление, что применяемая здесь исходная теоретическая схема является весьма искусственным изображением механических процессов. Герц строит всю механику на основе такой системы фундаментальных абстрактных объектов, где заданы только корреляции материальных точек (масс) к пространству и времени. Состояние движения материальной системы характеризуется в теории Герца как перемещение материальных точек с постоянной скоростью по геодезическим линиям (“прямейшим путям”)[38].Идея Герца заключалась в том, чтобы любое движение механической системы описать, как свободное движение по одному из возможных “прямейших путей”. При таком описании сила заменяется связью между взаимодействующими системами ивыражается через характеристику кривизны пути, по которому движется система, ограниченная связями.

Сила и энергия в механике Герца уже не являются основными понятиями, посредством которых описываются состояние и изменение состояния системы; они — вторичные понятия и могут быть в принципе элиминированы за счет редукции к основным понятиям (“массе”, “пространству” и “времени”)[39].

Герц показывает, что, исходя из предложенной им теоретической схемы, можно получить известные законы механики и доказать в качестве теорем принцип Гамильтона и принцип наименьшего действия Эйлера — Лагранжа как в классической форме, так и в форме принципа Якоби. Казалось бы, этих аргументов достаточно, чтобы обосновать теорию как выражение сущности механических процессов. Тем не менее Герц включает в изложение своей теории одно обоснование. Он отмечает, что после успехов теории электромагнитного поля в физике утвердилось представление о процессах природы как взаимодействии “весомых тел” (атомов, молекул, макротел) с мировой средой-эфиром, которая служит посредником в передаче взаимодействий одного тела на другое[40]. Все, что физика ранее называла передачей сил, является движением в мировой среде (эфире)[41].Поэтому силовые воздействия одного наблюдаемого тела на другое можно представить как движение частиц-масс мировой среды. Согласно Герцу, если дополнить каждую наблюдаемую механическую систему скрытой материальной системой, носителем которой является эфир, можно в любом случае рассмотреть движение системы как свободное (естественное) движение по одному из возможных “прямейших путей”[42].

Благодаря этим разъяснениям, предложенная Герцем теоретическая схема механического движения начинает восприниматься как адекватное и естественное видение природы механических процессов.

Нетрудно заметить, что объективация теоретической схемы быладостигнута за счет ее связи с некоторой системой общих представлений об “устройстве” природы, посредством которых все природные процессы изображались как взаимодействие тел и эфира. Система таких представлений является особым компонентом научного знания и образует физическую картину мира. Здесь мы подошли к особой проблеме — оснований науки и научной картины мира как компонента этих оснований.