Требования, предъявляемые к научным гипотезам

Прежде чем гипотеза станет правдоподобным предположением, она обязана пройти стадию предварительной проверки и обоснования. Такое обоснование должно быть как теоретическим, так и эмпирическим, поскольку любая гипотеза в опытных науках опирается на все предшествующее знание и строится в соответствии с имеющимися фактами. Однако сами факты, или эмпирические данные, не определяют гипотезу: для объяснения одних и тех же фактов можно предложить множество различных гипотез. Чтобы отобрать из этого множества те гипотезы, которые ученый может подвергнуть дальнейшему анализу, необходимо наложить на них ряд требований, выполнение которых будет свидетельствовать о том, что они не являются чисто произвольными предположениями, а представляют научные гипотезы. Это, конечно, не означает, что такие гипотезы непременно окажутся истинными или даже очень вероятными. Окончательным критерием их истинности служит опыт, практика.

Но предварительная стадия обоснования необходима для того, чтобы отсеять заведомо неприемлемые, крайне маловероятные гипотезы.

Вопрос о критериях обоснования гипотез самым тесным образом связан с философской позицией ученых. Так, представители эмпиризма настаивают, чтобы всякая гипотеза опиралась на непосредственные данные опыта. Защитники рационализма склонны подчеркивать в первую очередь необходимость связи новой гипотезы с имеющимся теоретическим знанием (более ранние представители рационализма требовали согласия гипотезы с законами, или принципами, разума).

4.4.1. Эмпирическая проверяемость

Требование эмпирической проверяемости является одним из тех критериев, которые дают возможность исключать из опытных наук всякого рода спекулятивные предположения, незрелые обобщения, произвольные догадки. Но можно ли требовать непосредственной проверки любой гипотезы?

В науке редко бывает, чтобы любая гипотеза оказывалась непосредственно проверяемой данными опыта. От гипотезы до опытной проверки существует значительная дистанция: чем глубже по своему содержанию гипотеза, тем больше эта дистанция.

Гипотезы в науке, как правило, существуют не обособленно друг от друга, а объединены в определенную теоретическую систему. В такой системе встречаются гипотезы разного уровня общности и логической силы.

На примере гипотетико-дедуктивных систем классической механики мы убедились, что в них не каждая гипотеза допускает эмпирическую проверку. Так, в системе гипотез, законов и принципов классической механики принцип инерции (всякое тело остается в покое или движется прямолинейно с постоянной скоростью, если оно не подвержено действию внешних сил) нельзя проверить ни в каком реальном опыте, ибо фактически невозможно полностью абстрагироваться от действия всех внешних сил, таких, как силы трения, сопротивления воздуха и т.д. Так же обстоит дело со многими другими гипотезами, входящими в состав определенной научной теории.

Поэтому о правдоподобии таких гипотез мы можем судить лишь косвенно, через непосредственную проверку тех следствий, которые вытекают из этих гипотез. Кроме того, во всякой теории существуют промежуточные гипотезы, которые связывают эмпирически непроверямые гипотезы с проверяемыми. Такие гипотезы не нуждаются в проверке, ибо они играют в теории вспомогательную роль.

Сложность проблемы проверки гипотез проистекает также из того, что в реальном научном знании, в частности в теориях, одни гипотезы зависят от других, подтверждение одних гипотез служит косвенным свидетельством правдоподобия других, с которыми они связаны логическим отношением. Поэтому тот же принцип инерции механики подтверждается не только теми эмпирически проверяемыми следствиями, которые из него вытекают непосредственно, но также следствиями других гипотез и законов. Именно поэтому принципы опытных наук настолько хорошо подтверждаются наблюдениями и экспериментом, что их считают практически достоверными истинами, хотя они и не обладают характером той необходимости, которая присуща аналитическим истинам. В естествознании часто в качестве принципов выступают наиболее фундаментальные законы науки; например, в механике такими принципами служат основные законы движения, сформулированные Ньютоном. Наконец, нельзя не отметить, что проверка многих гипотез, сформулированных с помощью абстрактного языка современной математики, требует поисков соответствующей реальной интерпретации математического формализма, а это, как было показано на примере математических гипотез теоретической физики, оказывается весьма сложной задачей;

В связи с проблемой эмпирической проверяемости гипотез встает вопрос о тех критериях, которыми ученые должны руководствоваться при их оценке. Этот вопрос составляет часть более общего вопроса о критериях всех суждений науки вообще. Ранние позитивисты считали научными только те понятия, гипотезы и теории, которые сводятся непосредственно к данным чувственного опыта, причем сам чувственный опыт трактовался ими субъективно. Сторонники неопозитивизма, и прежде всего участники Венского кружка, в качестве такого критерия вначале выдвинули принцип верифицируемое, т.е. проверки утверждений, гипотез и теорий эмпирических наук на истинность. Однако на опыте мы можем верифицировать только единичные утверждения. Для науки же наиболее ценными и важными являются как раз утверждения общего характера, сформулированные в виде гипотез, обобщений, законов и принципов. Такого рода утверждения не могут быть окончательно верифицированы, поскольку большинство из них охватывает бесконечное множество частных случаев. Поэтому принцип верифицируемости, выдвинутый неопозитивистами, подвергся критике не только со стороны представителей конкретных наук, но и многих философов. С резкой критикой этого принципа выступил Карл Поппер, предложивший вместо него критерий опровержимости или фальсифицируемоети. «...Не верифицируемость, а фальсифицируемость системы должна быть взята, — писал он, — в качестве критерия демаркации научных гипотез и теорий от ненаучных».

С точки зрения Поппера, только принципиальная возможность опровержения гипотез и теоретических систем делает их ценными для науки, тогда как любое число подтверждений не гарантирует их истинности. В самом деле, любой противоречащий гипотезе случай опровергает ее, в то время как всякое число подтверждений оставляет вопрос о гипотезе открытым. В этом проявляется асимметрия между подтверждением и опровержением, впервые ясно сформулированная еще Ф. Бэконом. Однако без некоторого числа подтверждений гипотезы у исследователя не может быть уверенности в ее правдоподобии.

Принципиальная возможность опровержимости гипотезы служит противоядием против догматизма, наталкивает мысль исследователя на поиски таких фактов и явлений, которые не подтверждают ту или иную гипотезу или теорию, тем самым устанавливает границы их применимости. В настоящее время большинство специалистов по методологии науки считает критерий подтверждения необходимым и достаточным, чтобы судить о научности гипотезы с точки зрения ее эмпирического обоснования.

4.4.2. Теоретическое обоснование гипотезы

Каждая гипотеза в науке возникает на основе имеющихся теоретических представлений и некоторых твердо установленных фактов. Сопоставление гипотезы с фактами составляет задачу ее эмпирического обоснования. Теоретическое обоснование связано с учетом и использованием всего накопленного предшествующего знания, которое имеет непосредственное отношение к гипотезе. В этом проявляется преемственность в развитии научного знания, его обогащение и расширение.

Прежде чем подвергнуть гипотезу эмпирической проверке, необходимо убедиться, что она является достаточно разумным предположением, а не скороспелой догадкой.

Одним из способов такой проверки служит теоретическое обоснование гипотезы. Наилучшим способом такого обоснования служит включение гипотезы в некоторую теоретическую систему. Если будет установлена логическая связь исследуемой гипотезы с гипотезами какой-либо теории, то тем самым будет продемонстрировано правдоподобие такой гипотезы. Как мы уже отмечали, в данном случае она будет подтверждаться не только непосредственно относящимися к ней эмпирическими данными, но и данными, подтверждающими другие гипотезы, логически связанные с исследуемой.

Однако во многих практических случаях приходится довольствоваться тем, чтобы гипотезы находились в соответствии с установленными принципами и законами той или иной области науки. Так, при разработке физических гипотез предполагается, что они не противоречат основным законам физики, таким, как закон сохранения энергии, заряда, момента количества движения и т.д. Поэтому физик вряд ли серьезно отнесется к гипотезе, в которой допускается возможность осуществления вечного движения. Однако слишком поспешное следование установившимся теоретическим представлениям чревато и опасностью: оно может задержать обсуждение и проверку новых, революционизирующих науку, гипотез и теорий. Наука знает немало таких примеров: долгое непризнание в математике неевклидовой геометрии, в физике — теории относительности А. Эйнштейна и т.д.

4.4.3. Логическое обоснование гипотезы

Требование логической состоятельности гипотезы сводится прежде всего к тому, чтобы гипотеза не была формально противоречивой, ибо в таком случае из нее следует как истинное, так и ложное утверждение и такую гипотезу невозможно подвергнуть эмпирической проверке. Для эмпирических наук не представляют какой-либо ценности и так называемые тавтологические высказывания, то есть высказывания, остающиеся истинными при любых значениях их компонентов. Эти высказывания хотя и играют существенную роль в современной формальной логике, но не расширяют нашего эмпирического знания и поэтому не могут выступать в роли гипотез в эмпирических науках.

Итак, гипотезы, выдвигаемые в опытных науках, должны избегать двух крайностей: во-первых, они не должны быть формально противоречивыми и, во-вторых, они обязаны расширять наше знание, и поэтому их скорее следует отнести к синтетическому, чем аналитическому знанию. Последнее требование нуждается, однако, в уточнении. Как уже отмечалось, наилучшее обоснование гипотезы состоит в том, чтобы она входила в рамки некоторой теоретической системы, т.е. могла бы быть логически выведена из совокупности некоторых других гипотез, законов и принципов теории, в состав которой ее пытаются включить. Однако это будет свидетельствовать скорее об аналитической природе рассматриваемой гипотезы, чем об ее синтетическом происхождении. Не возникает ли здесь логического противоречия? Скорее всего, не возникает, ибо требование синтетического характера гипотезы относится к эмпирическим данным, на которых она строится. Аналитический же характер гипотезы проявляется в ее отношении к предшествующему, известному, готовому знанию. Гипотеза должна максимально учитывать весь относящийся к ней теоретический материал, который по сути дела представляет собой обработанный и аккумулированный прошлый опыт. Поэтому требования аналитичности и синтетичности гипотезы отнюдь не исключают друг друга, поскольку в них выражается необходимость теоретического и эмпирического обоснования гипотезы.

4.4.4. Информативность гипотезы

Понятие информативности гипотезы характеризует ее способность объяснить соответствующий круг явлений действительности. Чем шире этот круг, тем большей информативностью она обладает. Вначале гипотеза создается для объяснения некоторых фактов, которые не укладываются в существующие теоретические представления. Впоследствии она помогает объяснить другие факты, которые без нее было бы трудно или даже невозможно обнаружить.

Замечательным примером такой гипотезы является предположение о существовании квантов энергии, выдвинутое в начале XX века М.Планком. Первоначально эта гипотеза преследовала довольно ограниченную цель — объяснить особенности излучения абсолютно черного тела. Как уже отмечалось, вначале Планк вынужден был ввести ее в качестве рабочего предположения, так как не хотел порывать со старыми, классическими представлениями о непрерывности физических процессов.

Через пять лет А. Эйнштейн использовал эту гипотезу для объяснения закономерностей фотоэффекта, а позднее Н. Бор с ее помощью построил теорию атома водорода.

В настоящее время квантовая гипотеза стала теорией, которая лежит в фундаменте современной физики.

Этот пример весьма поучителен: он показывает, насколько подлинно научная гипотеза выходит за пределы той информации, которую ученый получает непосредственно из анализа эксперимента. Если бы гипотеза выражала простую сумму эмпирической информации, она в лучшем случае годилась бы для объяснения каких-то конкретных явлений. Возможность предсказания новых явлений свидетельствует о том, что гипотеза содержит дополнительное количество информации, ценность которой раскрывается в процессе разработки гипотезы, в ходе превращения вероятного знания в достоверное.

Информативность гипотезы тесно связана с ее логической силой: из двух гипотез логически сильнее та, из которой дедуктивно следует другая. Например, из исходных принципов классической механики с помощью дополнительной информации можно логически вывести все остальные гипотезы, которые первоначально могли быть установлены независимо от них. Исходные принципы, аксиомы, основные законы любой научной дисциплины будут логически сильнее всех остальных ее гипотез, законов и утверждении, поскольку они служат посылками логического вывода в рамках соответствующей теоретической системы. Вот почему поиски таких принципов и гипотез составляют труднейшую часть научного исследования, которая не поддается логической формализации.

4.4.5. Предсказательная сила гипотезы

Предсказания новых фактов и явлений, которые вытекают из гипотезы, играют существенную роль в ее обосновании. Все сколько-нибудь важные гипотезы в науке ставят своей целью не только объяснить факты известные, но и предсказать новые факты. Галилей с помощью своей гипотезы смог не только объяснить особенности движения тел вблизи земной поверхности, но и предсказать, какова будет траектория тела, брошенного под некоторым углом к горизонту.

Во всех случаях, когда гипотеза позволяет объяснить и предсказать неизвестные, а порой и совершенно неожиданные явления, наше доверие к ней заметно возрастает.

Нередко для объяснения одних и тех же эмпирических фактов можно предложить несколько различных гипотез. Поскольку все эти гипотезы должны согласовываться с имеющимися данными, то возникает настоятельная необходимость выведения из них эмпирически проверяемых следствий. Такие следствия представляют не что иное, как предсказания, на основе которых обычно и элиминируют гипотезы, которым недостает необходимой общности. На самом деле, всякий случай предсказания, который противоречит действительности, служит опровержением гипотезы. С другой стороны, всякое новое подтверждение гипотезы увеличивает ее вероятность.

При этом, чем больше предсказанный случай отличается от случаев уже известных, тем больше возрастает правдоподобие гипотезы.

Предсказательная сила гипотезы в существенной степени зависит от ее логической силы: чем больше следствий можно вывести из гипотезы, тем большими возможностями предсказания она обладает. При этом предполагается, что такие следствия будут эмпирически проверяемыми. В противном случае мы лишаемся возможности судить о предсказаниях гипотезы. Поэтому обычно и вводят специальное требование, характеризующее предсказательную силу гипотезы, а не ограничиваются только ее информативностью.

Перечисленные требования являются основными, с которыми так или иначе должен считаться исследователь в процессе построения и формулирования гипотез.

Разумеется, эти требования могут и должны дополняться рядом других специальных требований, в которых обобщается опыт построения гипотез в тех или иных конкретных областях научного исследования. На примере математической гипотезы было показано, какое значение для теоретической физики имеют, например, принципы соответствия и ковариантности. Однако такого рода принципы и соображения играют скорее эвристическую, чем детерминирующую роль. То же самое следует сказать о принципе простоты, который нередко фигурирует как одно из обязательных требований при выдвижении гипотезы.

Например, Л.Б.Баженов в статье «Современная научная гипотеза» в качестве одного из условий состоятельности гипотезы выдвигает «требование ее принципиальной (логической) простоты». Требование простоты существенно отличается от других рассматриваемых им требований, таких, как эмпирическая проверяемость, предсказуемость, возможность выведения следствий и т.д. Возникает два вопроса: (1) Когда исследователь обращается к критерию простоты при выдвижении гипотез? (2) О какой простоте гипотез может идти речь при их выдвижении?

Пользоваться критерием простоты можно лишь, в том случае, когда исследователь уже располагает некоторым количеством гипотез. В противном случае бессмысленно говорить об отборе. Кроме того, исследователь должен провести предварительную работу по обоснованию имеющихся в его распоряжении гипотез, то есть оценить их с точки зрения тех требований, которые мы уже рассмотрели.

А это означает, что критерий простоты является скорее эвристическим, чем строго обязательным требованием. Во всяком случае, обоснование гипотез никогда не начинается с их простоты. Правда, при прочих равных условиях исследователь предпочитает выбрать гипотезу, которая проще других по своей форме. Однако такой выбор делается уже после довольно сложной и кропотливой работы по предварительному обоснованию гипотезы.

Что же следует понимать под простотой гипотезы? Нередко простота теоретического знания отождествляется с привычностью его представления, возможностью использования наглядных образов. С этой точки зрения геоцентрическая гипотеза Птолемея будет проще гелиоцентрической гипотезы Коперника, так как она находится ближе к нашим повседневным представлениям: нам кажется, что движется Солнце, а не Земля. В действительности гипотеза Птолемея ложная. Для объяснения попятных движений планет Птолемей вынужден был настолько усложнить свою гипотезу, что впечатление об ее искусственности становилось все более очевидным.

Наоборот, гипотеза Коперника хотя и противоречила житейским представлениям о движении небесных тел, логически проще объясняла эти движения, исходя из центрального положения Солнца в нашей планетной системе. В результате искусственные построения и произвольные допущения, которые выдвигались Птолемеем и его последователями, были отброшены. Этот пример из истории науки ясно показывает, что логическая простота гипотезы или теории неразрывно связана с их истинностью.

Чем глубже по содержанию и шире по объему гипотеза или теория, тем логически проще оказываются их исходные положения. Причем под простотой здесь опять таки имеется в виду необходимость, общность и естественность исходных допущений, отсутствие в них произвола, искусственности. Исходные допущения теории относительности логически проще допущений классической механики Ньютона с его представлениями об абсолютном пространстве и движении, хотя овладеть теорией относительности значительно труднее, чем классической механикой, ибо теория относительности опирается на более тонкие методы рассуждений и гораздо более сложный и абстрактный математический аппарат. То же самое можно сказать о квантовой механике. Во всех этих случаях понятия '«простоты» и «сложности» рассматриваются скорее в психологическом и, быть может, социально-культурном аспектах.

В методологии науки простоту гипотезы рассматривают в логическом аспекте. Это означает, во-первых, общность, немногочисленность, естественность исходных допущений гипотезы; во-вторых, возможность выведения из них следствий наиболее простым путем, не прибегая для этого к гипотезам типа ad hoc; в-третьих, использование более простых средств для ее проверки. (Гипотеза ad hoc, ад хок (от лат. ad hoc — специально, применимо только для этой цели), — гипотеза, предназначенная для объяснения отдельных, специальных явлений, которые невозможно объяснить в рамках данной теории. Для объяснения этого явления данная теория предполагает существование дополнительных не открытых условий, с помощью которых объясняется исследуемое явление. Таким образом, гипотеза ad hoc делает предсказание в отношении тех явлений, которые необходимо открыть. Эти предсказания могут сбыться, а могут и не сбыться. Если гипотеза ad hoc подтверждается, тогда она перестает быть гипотезой ad hoc и органично включается в соответствующую теорию. Учёные более скептично относятся к тем теориям, где гипотезы ad hoc существуют в больших количествах. Но с другой стороны без ad hoc гипотез не может обойтись ни одна теория, так как в любой теории всегда найдутся аномалии).

Первое условие иллюстрировалось путем сравнения исходных допущений классической механики и теории относительности. Оно применимо к любой гипотезе и теории. Второе условие характеризует простоту скорее гипотетических теоретических систем, чем отдельных гипотез. Из двух таких систем предпочитается та, в которой все известные результаты определенной области исследования могут быть получены логически из основных принципов и гипотез системы, чем с помощью специально придуманных для этого гипотез ad hoc. Обычно обращение к гипотезам ad hoc делается на первых этапах научного исследования, когда еще не выявлены логические связи между различными фактами, их обобщениями и объясняющими гипотезами. Третье условие связано не только с чисто логическими, но и с прагматическими соображениями.

В действительной же практике научного исследования логические, методологические, прагматические и даже психологические требования выступают в единстве.

Все рассмотренные нами требования к обоснованию и построению гипотез взаимосвязаны и обусловливают друг друга; обособленное их рассмотрение делается ради лучшего уяснения сути проблемы. Например, информативность и предсказательная сила гипотезы существенным образом влияют на ее проверяемость. Нечетко определенные, малоинформативные гипотезы весьма трудно, а порой просто невозможно подвергнуть эмпирической проверке. К. Поппер даже утверждает, что чем логически сильнее гипотеза, тем она лучше проверяема. С таким утверждением нельзя полностью согласиться хотя бы потому, что проверяемость гипотезы зависит не только от ее содержания, но также и от уровня экспериментальной техники, зрелости соответствующих теоретических представлений, словом, имеет такой же относительный характер, как и все остальные принципы науки.