Гипотеза как форма развития научного знания

Гипотеза – это предположение о существовании связей и отношений между какими-либо явлениями или фактами. В опытных науках – в первую очередь в естествознании – предпосылкой формулировки гипотезы выступают результаты наблюдений, экспериментов и измерений. Однако гипотеза ни в коем случае не может быть сведена к простой регистрации и суммированию опытных данных, так как в ее основе лежит предположение о существовании таких связей и отношений, которые не даны непосредственно, как результат чувственного опыта.

Гипотеза – это всегда мысль о каких-либо существенных связях и отношениях, которые скрыты за изначальной данностью многообразия эмпирически воспринимаемого мира. Смысл гипотезы состоит в том, чтобы сделать предположение о некоторых, существенных связях и при этом отвлечься от других. Целью формулировки гипотезы является поиск истинных причин явлений и на основании этого объяснение, почему происходят те или иные явления или события. Выдвижению гипотезы всегда предшествует наличие какой-либо проблемной ситуации, в основе которой лежит вопрос о том, почему происходит нечто. Следует заметить, что гипотеза всегда глубже и шире непосредственно наблюдаемого. Она глубже его в том смысле, что в отличие от случайного и несущественного как того, что может «быть и наблюдаться», так и «быть и не наблюдаться» гипотеза предполагает открытие того, что является необходимым и существенным. Идея научной гипотезы предполагает установление того от чего зависит действительное существование того или иного явления или процесса. Гипотез шире непосредственно наблюдаемого в том смысле, что то отношение, существование которого предполагается в рамках той или иной гипотезы, как правило, относится не только к данным конкретным фактам, но также является справедливым для любых аналогичных фактов и положений.

Если речь идет о развитой области научного познания, опытные данные хотя и являются необходимой предпосылкой для выдвижения гипотез, однако одни они отнюдь не достаточны для этого. Существующий массив теоретических знаний в виде других, уже подтвержденных гипотез, обоснованных законов и теорий, достоверность которых не вызывает сомнения является другой важнейшей необходимой предпосылкой для выдвижения новых гипотез.

Наличие этих двух предпосылок, т.е. того, что:

- во-первых, гипотеза основывается на полученном эмпирическом материале и формулируется для того, чтобы объяснить непонятное;

Эмпирическое подтверждение выдвинутой в рамках соответствующей науки гипотезы является необходимым и достаточным критерием для того чтобы признать ее научный статус. Пример с открытием Нептуна – это относительно простой случай, когда имевшихся теоретических представлений и возможностей проводить эмпирическое исследования уже было достаточно для того, чтобы сделать новое открытие. Однако во многих случаях вновь открытый феномен не удается удовлетворительно объяснить в рамках существующих теоретических представлений. Например, прецессия орбиты планеты Меркурий (прецессия – это поворот оси вращающегося объекта) была достаточно давно известна астрономам, однако этот факт долго не могли объяснить. Дело в том, что на основании законов классической механики Ньютона можно объяснить, почему планеты двигаются по эллиптическим орбитам, но нельзя объяснить, почему эти эллипсы еще и поворачиваются (это и есть прецессия). В настоящее время принято считать, что феномен прецессии может быть объяснен на основании общей теории относительности и его рассматривают в качестве одного из подтверждений этой теории. Положения общей теории относительности выступают в качестве гипотезы, на основании которой объясняется прецессия.

Возможны и еще более сложные случаи, когда наблюдаемое явление может вызываться целым комплексом причин разного рода. Причем иногда непонятно, какие именно причины являются необходимым и достаточным основанием для наступления соответствующего явления. Примером такой сложной, но достаточно характерной для современного уровня развития научного знания ситуации является попытка объяснения в медицине причины возникновения такой болезни, как язва желудка. Язва желудка, т.е. наблюдаемый дефект его слизистой оболочки, может быть вызван целым рядом причин. Достаточно долго принято было считать, что причина данного заболевания связана с неправильным питанием, а также что оно может быть следствием перенесенных стрессов. Кроме этого, в рамках биологии еще с конца XIX в. знали о существовании бактерии Helicobacter pylori, которую обнаруживали в слизистой оболочке желудка. Однако возможность патогенного (болезнетворного) воздействия этого микроорганизма долгое время даже не предполагалась вследствие распространенного убеждения, что никакой микроорганизм не способен сколько-нибудь долго жить в желудке в силу присутствия там кислоты (желудочный сок).

Признание роли этой бактерии в развитии заболеваний желудка произошло только в конце XX в. В частности, благодаря эксперименту, который поставил Барри Маршалл, австралийский врач, считающийся одним из сооткрывателей патогенной функции Helicobacter pylori. Маршалл сознательно выпил содержимое с культурой данной бактерии, после чего у него развился гастрит. Затем он продемонстрировал, что в состоянии излечить приобретенный гастрит с помощью препаратов-антибиотиков. В настоящее время признано, что не менее 80 % язвенных поражений желудка связаны с инфицированием микроорганизмом H. рylori. При этом известно, что только примерно пятая часть носителей, инфицированных микроорганизмом H. pylori, заболевают клинически выраженной язвенной болезнью желудка либо других органов пищеварения. Причины того, почему заболевает меньшая часть инфицированных, в настоящее время ясны еще не полностью.

Что касается вопроса о том, что необходимо знать и какими методами познания необходимо пользоваться для того, чтобы сформулировать гипотезу, то по поводу этого можно заметить следующее. В начальный период формирования экспериментальной науки возник и получил достаточно широкое распространение взгляд, согласно которому научные гипотезы формулируются на основе индуктивного обобщения эмпирических данных. В частности, такой точки зрения придерживался Френсис Бэкон (XVI в.) и Джон Стюарт Милль (XIX в.). Методы индуктивных умозаключений действительно имеют определенную эвристическую ценность и их можно рассматривать в качестве общенаучных приемов познания, которые используются во всех эмпирических науках. Рассмотрим подробнее эти методы, среди которых принято выделять следующие:

1. Метод сходства;

2. Метод различия;

3. Метод сопутствующих изменений;

4. Метод остатков.

Метод сходства: если два или более случаев подлежащего исследованию явления имеют общим лишь одно предшествующее обстоятельство, то это обстоятельство, – в котором только и согласуются все рассматриваемые эти случаи, – есть причина данного явления. Специфику метода сходства можно проиллюстрировать следующим примером. Допустим, в течение одних суток было зарегистрировано несколько случаев пищевых отравлений. Выяснилось, что меню пострадавших было хотя и разным, но в каждом из них присутствовал творог. Он, по-видимому, и послужил причиной отравления.

Метод различия: если случай, в котором исследуемое явление наступает, и случай, в котором, оно не наступает, сходны во всех обстоятельствах, кроме одного, то это обстоятельство и есть причина наблюдаемого явления. Специфику метода иллюстрирует следующий пример: после попытки включить компьютер последний начал было работать, однако на его экране появилось сообщение, что обнаружен дефект оперативной памяти. Зная, что на материнскую плату установлены два отдельных модуля памяти, пользователь извлек один модуль и попытался опять включить компьютер, после чего машина вообще перестала работать. Тогда пользователь поставил на место извлеченный модуль памяти, но убрал другой. После этого компьютер включился как обычно. Из этого пользователь сделал вывод, что причина нерабочего состояния компьютера – дефект того модуля памяти, который он извлек последним.

Метод сопутствующих изменений: если какое-либо явление изменяется определенным образом всякий раз, когда изменяется предшествующее ему явление, то эти явления, вероятно, находятся в причинной связи друг с другом. Например, без примеси углерода железо легче куётся. При добавлении небольшого количества углерода, железо куётся труднее. При большом количестве добавленного углерода, железо вообще не куётся. Значит, присутствие углерода является причиной ухудшения ковкости железа.

Метод остатков: если известно, что причиной исследуемого явления не служат необходимые для него обстоятельства, кроме одного, то это обстоятельство, вероятно, и есть причина данного явления. Например, после электрификации железной дороги стали возникать искажения в показаниях приборов близко расположенной обсерватории. Все рассмотренные обстоятельства не вызывали искажений, кроме одного: магнитного поля, возникающего вблизи контактной сети. Вероятно, причиной искажения приборов явилось магнитное поле вблизи контактной сети.

Естественно, в реальном исследовании для установления причины явления может использоваться не только какой-либо один из этих методов, но и их сочетания. Впрочем, более интересным с точки зрения проблем методологии научного познания является ответ на вопрос о том, можно ли считать, как предполагали Бэкон и Милль, что методы научной индукции являются не только необходимыми, но и достаточными способами получения новых знаний?

Если речь идет о сколько-нибудь сложном и специализированном знании, в том числе научном, то ответ на этот вопрос будет отрицательным. Методы научной индукции, будучи определенными предпосылками поиска причин тех или иных явлений, широко используются в самых разных областях знания. Однако опираясь только на них, ничего нового в действительности установить невозможно, так как кроме этого необходимо обладать обширным набором конкретных специализированных знаний, которые составляют содержание той или иной науки или иной специализированной области знания. Причина этого в том, что прежде, чем будут использованы названные индуктивные методы, необходимо достаточно хорошо знать, что в целом из себя представляет исследуемая область. Только имея представление о том, какого типа факторы вообще могут быть существенными с точки зрения их рассмотрения как причин тех или иных явлений, можно приступать к их осмысленному поиску. Используя, в частности, и индуктивные методы познания.

В некоторых случаях знание, которое соответствует устоявшимся представлениям и поэтому воспринимается как что-то очевидное и несомненное, может даже препятствовать плодотворному научному поиску. В частности, открытию патогенной функции H. pylori долгое время препятствовало убеждение о том, что никакой микроорганизм не способен долго жить в кислотной среде желудка.

Гипотеза – это всегда предположение о том, что дело обстоит тем или иным образом, что существует та или иная связь между рассматриваемыми явлениями. В силу того, что гипотеза – это именно предположение, ее следует относить к суждениям вероятностного, а не истинностного характера. Поэтому с точки зрения классификации видов суждений в формальной логике, гипотезе будут соответствовать проблематические суждения вида «Возможно, что…». Кроме этого, любая гипотеза может быть выражена в виде условного суждения вида «Если А, то В».

Следствием проблематического характера знания выраженного в форме гипотезы является то, что в рамках решения той или иной научной проблемы могут существовать разные и даже альтернативные гипотезы. В особенности это характерно для стадии начальных попыток решения научных проблем.

Что касается дальнейших перспектив знания, выраженного с помощью гипотез, то по этому поводу можно заметить следующее. Гипотезы содержащие логически не совместимые допущения или те, из которых можно вывести следствия, которые также взаимоисключают друг друга, будут отброшены только на основании обнаружения одного этого факта. Так потому, что, будучи тождественно-ложными сложными суждениями, такие гипотезы позволяют получать в качестве своих следствий как истинные, так и ложные выводы. Подобные гипотезы не обладают никакой эвристической ценностью, так как нельзя понять, что же именно из них следует.

В качестве примера подобной гипотезы можно представить себе известное натурфилософское представление древности, согласно которому скорость падения тела на землю зависит от присущей ему естественной «тяжести» или «легкости» (согласно этому представлению, тяжелые тела падают быстрее, а легкие – медленнее). На первый взгляд, в этом представлении нет противоречия, однако это не так. Что будет, с точки зрения данной гипотезы, если мы скрепим в единое целое «легкое» и «тяжелое» тело и затем бросим его? Ответ первый, который следует из данной гипотезы: составное тело упадет быстрее, чем одна только его «тяжелая» часть, потому что составное тело имеет большую массу, чем «тяжелая» часть. Ответ второй, который также можно вывести из этой гипотезы: составное тело будет падать медленнее, чем одна только его «тяжелая» часть, потому что добавление «легкого» тела передаст составному телу присущее ему свойство «легкости» и это замедлит падение.

Гипотезы ad hoc, т.е. такие, которые используются для объяснения определенного случая, решения какой-либо конкретной задачи, но которые не следуют из некоторой более общей теории, могут иметь разную судьбу. В некоторых случаях, когда выдвигают такие гипотезы, предполагают, что в дальнейшем будут найдены способы согласования их с основной общей теорией. В этом случае гипотеза ad hoc выступает в качестве временного средства спасения теории, так как она хотя явно и не следует из последней, но также явно и не противоречит ей. Например, в XIV в. для спасения теории движения Аристотеля, в рамках которой было невозможно объяснить бесконтактное движение (почему, например, летит камень, если его во время полета никто ни толкает) Жан Буридан выдвинул т.н. «теорию импетуса», согласно которой импетус (импульс, толчок) движителя как бы запечатлевается на движимом, обеспечивая тем самым его бесконтактное движение в течение некоторого времени. Гипотезой Буридана некоторое время пользовались для объяснения движения, однако в дальнейшем от нее, как и от теории движения Аристотеля, отказались.

Может быть и так, что гипотеза ad hoc не только объяснит данный конкретный случай, но позднее обнаружится, что знание, содержащееся в этой гипотезе, может быть использовано для объяснения и других случаев и проблем и что, в конце концов, из этой гипотезы может даже возникнуть новая теория, которая заменит существовавшую ранее. Например, в начале XX в. Макс Планк выдвинул гипотезу о том, что энергия может испускаться не непрерывно, а дискретно, в виде квантов. Планк использовал представление о квантах для того, чтобы разрешить совершенно конкретную задачу – объяснить особенности излучения в рамках модели т.н. «абсолютно черного тела». В силу того, что представление о дискретной передаче энергии противоречило классическим представлениям о непрерывности этого процесса, Планк рассматривал гипотезу о квантах как рабочее предположение, которое не имеет никакого реального физического смысла, но с которым как с теоретическим предположением все же можно работать в силу отсутствия какого-либо другого подходящего теоретического обоснования. Позднее Альберт Эйнштейн использовал гипотезу о квантах для объяснения закономерностей фотоэффекта, а потом Нильс Бор с ее помощью построил теорию атома водорода. В настоящее время гипотеза о квантах стала теорией, которая лежит в основании современной физики микромира.

Следует заметить, что на развитой стадии научного знания большинство научных предположений не возникают как гипотезы ad hoc, а формулируются в контексте и в качестве следствий уже существующих теоретических знаний. Такова, например, рассмотренная ранее гипотеза Леверье и Адамаса, а также гипотеза, на основании которой была объяснена прецессия Меркурия.

Если обобщить те требования, которые предъявляются к гипотезе как форме развития научного знания, то они могут быть представлены следующим образом:

1. Преемственность. Новые гипотезы должны вырастать из предшествующего научного знания, быть его дальнейшим развитием и продолжением. Это требование касается, прежде всего, естественных наук на современном этапе их развития;

2. Логическая непротиворечивость. Из гипотезы, которая, которая содержит в себе логическое противоречие, можно вывести как истинное, так и ложное знание. Поэтому логически противоречивые гипотезы неинформативны;

3. Принципиальная проверяемость. Из гипотезы должны вытекать следствия, доступные опытной проверке (верификации);

4. Предсказательная сила. Гипотеза должна не только объяснять известные факты, но и предсказывать новые. Чем больше неизвестных явлений предсказывает гипотеза и чем менее вероятными представляются ее предсказания, тем выше ее предсказательная сила и тем больший прирост знания она способна дать;

5. Фальсифицируемость,т.е. принципиальная возможность опровержения. Если любые опытные данные способны только подтверждать гипотезу и не предполагается существование таких данных, которые не совместимы с гипотезой и могут ее опровергнуть, показав тем самым ограниченных характер знания содержащегося в ней, то такая гипотеза есть скорее почему-либо принятая абсолютная догма, а не форма научного знания, которое все время развивается.

Научные законы