Формирование первичных теоретических моделей и законов

Формирование первичных теоретических моделей и законов.

Рассмотрим вначале, как устроены теоретические модели. В качестве их элементов выступают абстрактные объекты (теоретические конструкты), которые находятся в строго определенных связях и отношениях друг с другом. Например, изучаются механические колебания тел, то вводят представление о материальной точке, которая периодически отклоняется от положения равновесия и вновь возвращается в это положение. Само это представление имеет смысл только тогда, когда зафиксирована система отсчета. А это - второй теоретический конструкт, фигурирующий в теории колебаний. Он соответствует идеализированному представлению физической лаборатории, снабженной часами и линейками. Наконец, для описания колебаний необходим еще один абстрактный объект - квазиупругая сила, которая вводится по признаку: приводить в движение материальную точку, возвращая ее к положению равновесия. Система перечисленных абстрактных объектов (материальная точка, система отсчета, квазиупругая сила) образуют модель малых колебаний (называемую в физике осциллятором). Закон – это существенная, повторяющиеся, устойчивая связь между различного рода материальными и идеальными объектами (состояниями объекта). Теоретические законы непосредственно формулируются относительно абстрактных объектов теоретической модели. Они могут быть применены для описания реальных ситуаций опыта лишь в том случае, если модель обоснована в качестве выражения существенных связей действительности, проявляющихся в таких ситуациях. Исследуя свойства этой модели осциллятора и выражая отношения образующих ее объектов на языке математики, получают формулу , которая является законом малых колебаний. Теоретические модели не являются чем-то внешним по отношению к теории. Они входят в ее состав. Чтобы подчеркнуть особый статус теоретических моделей, относительно которых формулируются законы и которые обязательно входят в состав теории, Степин ввел понятие теоретическая схема. Они действительно являются схемами исследуемых в теории объектов и процессов, выражая их существенные связи. Введением такого понятия Степин хочет подчеркнуть соотнесение теоретической схемы вполне конкретным теоретическим объектам. Так частные научные теории описывают разные теоретические объекты и более того эти объекты отличаются от объектов более общих теорий. Например, в ньютоновской механике ее основные законы формулируются относительно системы абстрактных объектов: "материальная точка", "сила", "инерциальная пространственно-временная система отсчета". Связи и отношения перечисленных объектов образуют теоретическую модель механического движения, изображающую механические процессы как перемещение материальной точки по континууму точек пространства инерциальной системы отсчета с течением времени и как изменение состояния движения материальной точки под действием силы. Но также в механике существуют теоретические схемы и законы колебания, вращения тел, соударения упругих тел, движение тела в поле центральных сил и т.п.

Теперь рассмотрим процесс формирования теоретических схем. В развитой науке теоретические схемы вначале строятся как гипотетические модели (т.е. происходит формирование теоретической модели как гипотезы). Такое построение осуществляется за счет использования абстрактных объектов, ранее сформированных в сфере теоретического знания и применяемых в качестве строительного материала при создании новой модели. Только на ранних стадиях научного исследования, когда осуществляется переход от преимущественно эмпирического изучения объектов к их теоретическому освоению, конструкты теоретических моделей создаются путем непосредственной схематизации опыта. Метод схематизации используется главным образом в тех ситуациях, когда наука сталкивается с объектами, для теоретического освоения которых еще не выработано достаточных средств. Тогда объекты начинают изучаться экспериментальным путем, и на этой основе постепенно формируются необходимые идеализации как средства для построения первых теоретических моделей в новой области исследования. Примером таких ситуаций могут служить ранние стадии становления теории электричества, когда физика формировала исходные понятия — “проводник”, “изолятор”, “электрический заряд” и т. д. — и тем самым создавала условия для построения первых теоретических схем, объясняющих электрические явления. Большинство теоретических схем науки конструируются за счет трансляции уже созданных абстрактных объектов, которые заимствуются из ранее сложившихся областей знания и соединяются с новой "сеткой связей". В этой связи возникает вопрос об исходных предпосылках, которые ориентируют исследователя в выборе и синтезе основных компонентов создаваемой гипотезы. Хотя такой выбор и представляет собой творческий акт, он имеет определенные основания. Такие основания создает принятая исследователем картина мира. Вводимые в ней представления о структуре природных взаимодействий позволяют обнаружить общие черты у различных предметных областей, изучаемых наукой. Тем самым картина мира "подсказывает", откуда можно заимствовать абстрактные объекты и структуру, соединение которых приводит к построению гипотетической модели новой области взаимодействий. (Когда Нагаока предложил свою модель, то он исходил из того, что аналогом строения атома может служить вращение спутников и колец вокруг Сатурна: электроны должны вращаться вокруг положительно заряженного ядра, наподобие того как в небесной механике спутники вращаются вокруг центрального тела. Использование аналоговой модели было способом переноса из небесной механики структуры, которая была соединена с новыми элементами (зарядами). Подстановка зарядов на место тяготеющих масс в аналоговую модель привела к построению планетарной модели атома.).  После того как сформирована гипотетическая модель исследуемых взаимодействий, начинается стадия ее обоснования. Она не сводится только к проверке тех эмпирических следствий, которые можно получить из закона, сформулированного относительно гипотетической модели. Сама модель должна получить обоснование. Важно обратить внимание на следующее обстоятельство. Когда при формировании гипотетической модели абстрактные объекты погружаются в новые отношения, то это, как правило, приводит к наделению их новыми признаками. Например, при построении планетарной модели атома положительный заряд был определен как атомное ядро, а электроны были наделены признаком "стабильно двигаться по орбитам вокруг ядра". Предположив, что созданная таким путем гипотетическая модель выражает существенные черты новой предметной области, исследователь тем самым допускает: во-первых, что новые, гипотетические признаки абстрактных объектов имеют основание именно в той области эмпирически фиксируемых явлений, на объяснение которых модель претендует, и, во-вторых, что эти новые признаки совместимы с другими определяющими признаками абстрактных объектов, которые были обоснованы предшествующим развитием познания и практики. Понятно, что правомерность таких допущений следует доказывать специально. Это доказательство производится путем введения 1) абстрактных объектов в качестве идеализаций, опирающихся на новый опыт. Признаки абстрактных объектов, гипотетически введенные "сверху" по отношению к экспериментам новой области взаимодействий, теперь восстанавливаются "снизу". Их получают в рамках мысленных экспериментов, соответствующих типовым особенностям тех реальных экспериментальных ситуаций, которые призвана объяснить теоретическая модель. После этого проверяют, согласуются ли новые свойства абстрактных объектов с теми, которые оправданы предшествующим опытом. Для того, чтобы более конкретно рассмотреть этот вопрос вернемся к планетарной модели атома Нагаока, в которой, вопрос о конструктивности представлений об атомном ядре оставался открытым. Это конструктивное обоснование абстрактный объект – атомное ядро получил в опытах Розерфорда по рассеянию а-частиц. Обнаружив в эксперименте именно рассеяния на большие углы, Резерфорд истолковал его как свидетельство существования внутри атома положительно заряженного ядра. Ядро было определено как центр потенциальных отталкивающих сил, способный рассеивать тяжелые, положительно заряженные частицы на большие углы. Характерно, что это определение можно найти даже в современных учебниках по физике. Нетрудно обнаружить, что оно представляет собой сжатое описание мысленного эксперимента по рассеиванию тяжелых частиц на атоме, который, в свою очередь, выступает идеализацией реальных экспериментов Резерфорда. Признаки конструкта "атомное ядро", введенные гипотетически, "сверху" по отношению к опыту, теперь были получены "снизу", как идеализация реальных экспериментов в атомной области. Тем самым гипотетический объект "атомное ядро" получил конструктивное обоснование и ему можно было придать онтологический статус. Таким образом, генерация нового теоретического знания осуществляется в результате познавательного цикла, который заключается в движении исследовательской мысли от оснований науки, и в первую очередь от обоснованных опытом представлений картины мира, к гипотетическим вариантам теоретических схем. Эти схемы затем адаптируются к тому эмпирическому материалу, на объяснение которого они претендуют. Теоретические схемы в процессе такой адаптации перестраиваются, насыщаются новым содержанием и затем вновь сопоставляются с картиной мира, оказывая на нее активное обратное воздействие (движение от оснований науки к гипотетической модели, ее конструктивному обоснованию и затем вновь к анализу и развитию оснований науки.).

           Примечание: (Гипотетические модели обретают статус теоретических представлений о некоторой области взаимодействий только тогда, когда пройдут через процедуры эмпирического обоснования. Это особый этап построения теоретической схемы, на котором доказывается, что ее первоначальный гипотетический вариант может предстать как идеализированное изображение структуры именно тех экспериментально-измерительных ситуаций, в рамках которых выявляются особенности изучаемых в теории взаимодействий. Можно в общем виде сформулировать основные требования, которым должно удовлетворять обоснование гипотетической модели. Предположив, что она применима к новой, еще не освоенной теоретически, предметной области, исследователь тем самым допускает: во-первых, что гипотетические признаки абстрактных объектов модели могут быть сопоставлены с некоторыми отношениями предметов экспериментальных ситуаций именно той области, на объяснение которой претендует модель; во-вторых, что такие признаки совместимы с другими определяющими характеристиками абстрактных объектов, которые были обоснованы предшествующим развитием познания и практики. Правомерность таких допущений следует доказывать специально. Это доказательство производится путем введения абстрактных объектов как идеализаций, опирающихся на новый опыт. Гипотетически введенные признаки абстрактных объектов получают в рамках мысленных экспериментов, соответствующих особенностям тех реальных экспериментально-измерительных ситуаций, которые призвана объяснить вводимая теоретическая модель. После этого проверяют, согласуются ли новые свойства абстрактных объектов с теми, которые оправданы предшествующим опытом.)