Научный метод

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Верификация

Нау́чный ме́тод — это совокупность основных способов получения новых знаний в рамках любой науки. Метод включает в себя способы исследования феноменов, систематизацию, корректировку новых и полученных ранее знаний. Умозаключения и выводы делаются с помощью правил и принципов рассуждения на основе эмпирических (наблюдаемых и измеряемых) данных об объекте^[1]. Базой получения данных являются наблюдения и эксперименты. Для объяснения наблюдаемых фактов выдвигаются гипотезы и строятся теории, на основании которых формулируются выводы и предположения. Полученные прогнозы проверяются экспериментом или сбором новых фактов.^[2].

Хотя в различных областях науки применяются конкретные способы исследований, все методики научных исследований имеют характерные черты, отличающие их от методик других форм человеческого познания. Для объяснения феноменов предлагаются гипотезы, которые затем проверяются экспериментально. Гипотезы должны базироваться на уже известных знаниях. Для объяснения феномена, как правило, делаются определённые предположения и допущения. На основании гипотезы делаются прогнозы, например, каковы будут результаты при изменении условий эксперимента или каковы могут быть ещё неисследованные свойства. При выявлении противоречий между прогнозом и наблюдением, гипотеза может дополняться или пересматриваться. Эти шаги итеративны и рекурсивны, то есть любые полученные, будущие или ранее существовавшие гипотезы могут подвергаться проверке и пересмотру. Основная задача - добиться надёжного предсказания результатов любого эксперимента, основанного на соответствующих выводах. Теории охватывают бо́льшие области исследований и могут объединять в себе множество гипотез в единую согласованную систему. Такой синтез, в свою очередь, может помочь сформулировать новые гипотезы или соединить группы гипотез в едином контексте.

Важной стороной научного метода, его неотъемлемой частью для любой науки, является требование объективности, исключающее субъективное толкование результатов. Не должны приниматься на веру какие-либо утверждения, даже если они исходят от авторитетных учёных. Для обеспечения независимой проверки, проводится документирование наблюдений, обеспечивается доступность для других учёных всех исходных данных, методик и результатов исследований. Это позволяет не только получить дополнительное подтверждение путём воспроизведения экспериментов, но и критически оценить степень адекватности (валидности) экспериментов и результатов по отношению к проверяемой теории.

Содержание

1 Введение в научный метод
2 Истина и предубеждение
3 Альтернативные взгляды на научный метод некоторых направлений философии XX века
4 Примечания
5 Ссылки

[править] Введение в научный метод

Ибн аль-Хайсам (965, Басра — 1039, Каир).

Наука родилась из стремления найти истину, которая превращается в самоцель. Одним из первых это отметил Ибн аль-Хайсама (965–1039, в Европе известен как Альгазен):

«Поиск истины идёт ради самой истины. И те, кто ищет какую-то вещь ради неё самой, не интересуются ничем другим. Поиск истины труден и пути к ней нехожены»^[3].

В наши дни Альберт Эйнштейн продолжает:

«Наука может быть создана только теми, кто насквозь пропитан стремлением к истине и пониманию».^[4]

Отдельные части научного метода применялись ещё философами древней Греции. Ими были разработаны правила логики и принципы ведения спора, вершиной которых стала софистика. Сократу приписывают высказывание о том, что в споре рождается истина. При этом выводам, полученным в результате рассуждений, отдавалось предпочтение, по сравнению с наблюдаемой практикой. Знаменитым примером является утверждение, что быстроногий Ахиллес никогда не догонит черепаху.

Ибн аль-Хайсам: свет распространяется по прямой.

Гипотеза о прямолинейности распространения света после нескольких лет раздумий была подтверждена Ибн аль-Хайсамом экспериментально. Для доказательства своего утверждения он размещал ровную палку или туго натянутую верёвку вдоль луча света:

Как свет проходит через прозрачные тела? Свет проходит через прозрачные тела только по прямой... и это можно ясно наблюдать, когда свет проникает в тёмные комнаты через отверстия... Проникший свет ясно виден на пыли, летающей в воздухе.^[5].

Несмотря на длительный путь развития, существуют трудности с формальным описанием научного метода. Его нельзя основывать только на эксперименте или только на умозаключениях. Макс Борн в книге «Натуральная философия причины и случая» (1949) отмечал, что «…утверждение закона „A“ зависит от закона „B“ и всегда выходит за пределы опыта». Научный метод требует многократно возвращаться от нашего опыта к нашему воображению и обратно.

В XX веке была сформулирована гипотетически-дедуктивная модель научного метода^[6] (более подробно это рассмотрено ниже), состоящая в последовательном применении следующих шагов:

Используйте опыт: Рассмотрите проблему и попытайтесь осмыслить её. Найдите известные ранее объяснения. Если это новая для вас проблема, переходите к шагу 2.
Сформулируйте предположение: Если ничего из известного не подходит, попробуйте сформулировать объяснение, изложите его кому-то другому или в своих записях.
Сделайте выводы из предположения: Если предположение (шаг 2) истинно, какие из него следствия, выводы, прогнозы можно сделать по правилам логики?
Проверка: Найдите факты, противоречащие каждому из этих выводов, с тем чтобы опровергнуть гипотезу (шаг 2) . Использование выводов (шаг 3) в качестве доказательств гипотезы (шаг 2) является логической ошибкой. Эта ошибка называется «подтверждение следствием» (англ. Affirming the consequent, греч. Επιβεβαίωση του επομένου)

Около тысячи лет назад Ибн аль-Хайсам продемонстрировал важность 1-го и 4-го шагов. Галилей в трактате «Беседы и математические обоснования двух новых наук, касающихся механики и законов падения» (1638) также показал важность 4-го шага (называемого также эксперимент)^[7]. Шаги метода можно выполнять по порядку — 1, 2, 3, 4. Если по итогам шага 4 выводы из шага 3 выдержали проверку, можно продолжить и перейти снова к 3-му, затем 4-му, 1-му и так далее шагам. Но если итоги проверки из шага 4 показали ложность прогнозов из шага 3, следует вернуться к шагу 2 и попытаться сформулировать новую гипотезу («новый шаг 2»), на шаге 3 обосновать на основе гипотезы новые предположения («новый шаг 3»), проверить их на шаге 4 и так далее.

Следует заметить, что научный метод никогда не сможет абсолютно верифицировать (доказать истинность) гипотезы (шаг 2). Он может лишь опровергнуть гипотезу - доказать её ложность. Христиан Гюйгенс в письме Пьеру Перро отмечал:

«Я верю, что мы ничего не знаем наверняка, всё, что мы знаем, лишь вероятно».^[8]

Оригинальный текст (англ.)

I believe that we do not know anything for certain, but everything probably

«Никакое количество экспериментов не может доказать, что я прав; опровергнуть же меня может один единственный эксперимент».^[9]

Оригинальный текст (англ.)

No amount of experimentation can ever prove me right; a single experiment can prove me wrong.

[править] Истина и предубеждение

Основная статья: Истина

В XX веке некоторые исследователи, в частности Людвик Флек (1896—1961), отметили необходимость более тщательной оценки результатов проверки опытом, поскольку полученный результат может оказаться под влиянием наших предубеждений. Следовательно, необходимо быть более точным при описании условий и результатов проведения эксперимента.

«Существует широко распространённый миф о наблюдении и эксперименте. Познающий субъект выступает подобно Юлию Цезарю, который выигрывал сражения по формуле veni, vidi, vici. Человек хочет что-либо узнать — он наблюдает или ставит эксперименты, и дело сделано. Даже исследователи, которым случалось выигрывать подобные сражения, верят в эту наивную байку, когда ретроспективно смотрят на собственную работу. Правда, они иногда признают, что первое наблюдение было не совсем точным, но зато уж второе или третье „соответствовали фактам“. Столь простые отношения имеют место только в некоторых, довольно ограниченных сферах научного знания, например, в современной механике, оперирующей фактами обыденного опыта, давно и почти всем известными. В новейших, далеко ушедших от обыденного опыта и все ещё неясных сферах науки, где ещё нужно научиться наблюдать и ставить вопросы, дело обстоит иначе (так, видимо, происходило вначале во всех областях научного знания). Так происходит до тех пор, пока традиция, воспитание и привычка не сформируют готовность к стилевому, то есть направленному и ограниченному, восприятию фактов и деятельности. Так продолжается, пока вопросы в принципе содержат в себе ответы, и нужно только сказать „да“ или „нет“ или, возможно, найти количественные определения, пока методы и понятийный аппарат заменяют собой большую часть наших мыслительных действий.»^[10].

Связанные с религией личные убеждения учёных (среди которых было и есть достаточно много верующих) являются наиболее сложными для преодоления. В своей научной работе они вынуждены действовать как атеисты, то есть искать причины явлений исключительно в естественной области. Предположение о божественном вмешательстве автоматически выводит теорию, использовавшую такое предположение, за пределы науки потому, что такое предположение является в принципе непроверяемым и неопровергаемым (нарушение критерия Поппера). Как заметил академик Виталий Лазаревич Гинзбург,

«Летящая лошадь» — изображение положения ног лошади в тот момент, когда ни одно копыто не касается земли: опровергается фотографией ниже

Исследования галопа лошади Эдвардом Мейбриджем.

«Во всех известных мне случаях верующие физики и астрономы в своих научных работах ни словом не упоминают о Боге. Они одновременно живут как бы в двух мирах — одном материальном, а другом каком-то трансцендентном, божественном. У них происходит как бы расщепление психики. Занимаясь конкретной научной деятельностью, верующий, по сути дела, забывает о Боге, поступает так же, как атеист. Таким образом, совместимость занятий наукой с верой в Бога отнюдь не тождественна с совместимостью веры в Бога с научным мышлением.»^[11]

Даже без религии, простая убеждённость в чём-либо на основе предыдущего опыта или знаний, может изменять интерпретацию результатов наблюдения. Человек, имеющий определённое убеждение касательно некоего явления, часто склонен воспринимать факты в качестве доказательств своей веры уже только потому, что они ей прямо не противоречат. При анализе может оказаться, что предмет веры является лишь частным случаем более общих явлений (например, Корпускулярно-волновая теория считает частными случаями предшествовавшие представления о свете в форме частиц или волн) или вообще не связан с предметом наблюдения (например, концепция Теплорода в отношении температуры).

Джозеф Нидхем в своей работе «Наука и цивилизация в Китае» использовал изображение «летящей лошади» как пример предвзятого наблюдения. На картине ноги лошади показаны вытянутыми, тогда как на фотографии Эдварда Мейбриджа отчётливо видно обратное — в момент, когда ни одно копыто не касается земли ноги лошади собраны вместе. Таким образом, изображения галопирующей лошади, сделанные до появления снимков Мейбриджа, являются некорректными. Это сравнение иллюстрирует мысль Флека о том, что люди склонны видеть то, что они ожидают увидеть, пока не увидят обратное, что наша вера влияет на результаты наших наблюдений и на последующие действия. Целью научного метода является проверка гипотез — нашей веры в то, как в действительности обстоят дела в той или иной области. Проверка производится посредством повторяющихся опытов, которые борются с предвзятостью наблюдателя и могут опровергнуть гипотезу.

[править] Альтернативные взгляды на научный метод некоторых направлений философии XX века

Критерии научного метода рассматривали в своих трудах ряд постпозитивистов 2 половине XX века. Эти исследователи сделали попытку применить гипотетически-дедуктивную модель научного метода на историческом материале реальных открытий. В результате появилась критика этого метода, которая, по мнению постпозитивистов, показывает на расхождение этого метода с реальным развитием научных идей.

Томас Кун считает, что научное знание развивается скачкообразно. Научная революция происходит тогда, когда учёные обнаруживают аномалии, которые невозможно объяснить при помощи старой парадигмы, в рамках которой до этого момента происходил научный прогресс. Развитие науки соответствует смене «психологических парадигм», взглядов на научную проблему, порождающих новые гипотезы и теории. Кун относит методы, которые влияет на переход от одной парадигмы к другой, в область психологии.^[12]

Имре Лакатос считает, что сформулированный Поппером принцип фальсификации имеет некоторые недостатки:

Догматический фальсификационист, в соответствии со своими правилами, должен отнести даже самые значительные научные теории к метафизике, где нет места рациональной дискуссии - если исходить из критериев рациональности, сводящихся к доказательствам и опровержениям, - поскольку метафизические теории не являются ни доказуемыми, ни опровержимыми. Таким образом, критерий демаркации догматического фальсификациониста оказывается в высшей степени антитеоретическим.^[13]

Также одним из существенных недостатков, который мешает рассмотреть развитие науки как систему опирающуюся на какие-то единые методы - является существование гипотез ad hoc. Это один из защитных механизмов, к помощи которого прибегают научные и ненаучные теории. С помощью этих гипотез становиться невозможным опровержение ни одной теории. Возможно говорить только о временном сдвиге проблем: либо прогрессивном, либо регрессивном.

Майкл Полани считает, что научное знание можно передать через формальные языки только частично, а оставшаяся часть научного знания будет составлять личностное знание учёного, которое принципиально непередаваемо. Ученый, постепенно погружаясь в науку, принимает некоторые правила науки некритично. Эти некритично принятые и формально непередаваемые правила и составляют личностное знание. Ввиду того, что формализировать и передать личностное знание невозможно - невозможено и сравнение этого знания. Возможно только сравнение формализованной части одной теории с формализированной частью другой теории.

Пауль Фейерабенду считает, что единственный принципом, не создающий препятствий прогрессу, является принцип «допустимо всё». Ни одна теория никогда не согласуется со всеми известными в своей области фактами. Любой факт теоретически нагружен, то есть зависит от теории, в рамках которой он рассматривается. По этому теорию нельзя сравнивать с фактами. Также теории нельзя сравнивать и друг с другом из-за того, что понятия в разных теориях имеют разное содержание.

В истории науки есть примеры того, как одни идеи сменяют другие без рациональных оснований: гелиоцентрическая система сменила геоцентрическую,^[14] теория кислородного горения сменила теорию теплорода,^[15] классическая механика Ньютона сменила аристотелевскую механику^[13] и так далее. Критика существования научного метода, как полностью формализированного и достоверного метода приводящего к более достоверному знанию, отражает огромный пласт современной философской литературы: Кун Т., Лакатос И., Фейерабенд П., Полани М., Лекторский В.А., Никифоров А.Л., Степин В.С., Порус В.Н. и т. д.

Принципы верификации и фальсификации, на которые возлагались большие надежды в получении истинного знания, не смогли оправдать этих надежд ^[16] и были подвергнуты сомнению из-за аргументов постпозитивистов. Хотя постпозитивисты отказываются от понятия истины, тем не менее, другие методологи науки выражают надежду найти общие критерии, которые позволяли бы приблизиться к более адекватному описанию мира.