Эмпирические и теоретические законы

Классификация научных законов может производиться по самым различным признакам или, как принято говорить в логике, основаниям деления. Наиболее естественной кажется классификация по тем областям действительности, к которым относятся соответствующие законы. В естествознании такими областями являются отдельные формы движения материи или ряд связанных между собой форм. Так, например, механика исследует законы движения тел под воздействием сил, физика — закономерности молекулярно-кинетических, электромагнитных, внутриатомных и других процессов, которые в совокупности и составляют физическую форму движения материи. Биология занимается изучением специфических законов органической жизни. Биофизика исследует закономерности физических процессов в живых организмах, а биохимия — химические особенности этих процессов. Социальные или гуманитарные науки изучают закономерности тех или иных сторон или явлений развития общества.

Классификация законов по формам движения материи по сути дела совпадает с общей классификацией наук. И хотя она весьма существенна как отправной пункт анализа, но нуждается в дополнении классификациями, выделяющими те или иные гносеологические, методологические и логические особенности и признаки научных законов.

Из других классификаций наиболее важными нам представляются классификации по уровню абстрактности понятий, используемых в законах, и по типу самих законов.

Первая из них основана на делении законов на эмпирические и теоретические. Эмпирическими законами принято называть законы, которые подтверждаются наблюдениями или специально поставленными экспериментами.

Большинство наших повседневных наблюдений приводит нас к индуктивным обобщениям, которые во многом аналогичны эмпирическим законам науки. Так же как и последние, эти обобщения относятся к таким свойствам, которые можно воспринимать с помощью органов чувств. Однако эмпирические законы науки являются гораздо более надежными, чем простые обобщения повседневного опыта. Это объясняется тем, что законы чаще всего устанавливаются с помощью экспериментов и с использованием специальной измерительной техники, благодаря чему обеспечивается значительно большая точность при их формулировке. На развитой стадии науки отдельные эмпирические законы связываются в единую систему в рамках теории, а самое важное — они могут быть логически выведены из более общих теоретических законов.

С теоретико-познавательной точки зрения имеется, однако, один общий признак, который присущ как эмпирическим законам, так и индуктивным обобщениям повседневного опыта: и те и другие имеют дело с чувственно познаваемыми свойствами предметов и явлений. Вот почему в немарксистской литературе эмпирические законы часто называют законами о наблюдаемых объектах.

При этом термин «наблюдаемый» рассматривается в достаточно широком объеме. К наблюдаемым объектам относят не только те предметы и их свойства, которые воспринимаются непосредственно с помощью органов чувств, но и опосредованно — с помощью различных приборов и инструментов. Так, звезды, наблюдаемые в телескоп, или клетки, которые изучаются с помощью микроскопа, считаются наблюдаемыми, в то время как молекулы, атомы и «элементарные» частицы относят к объектам ненаблюдаемым: об их существовании мы заключаем по косвенным свидетельствам.

По мнению Р. Карнапа, эмпирические законы «представляют собой законы, которые содержат либо непосредственно наблюдаемые термины, либо измеряемые сравнительно простой техникой». Другими словами, понятия или термины, встречающиеся в этих законах, относятся к таким свойствам и отношениям, которые могут быть установлены на стадии эмпирического исследования. Такие исследования предполагают не только систематические наблюдения, но и измерения и специально поставленные эксперименты.

Исследователь многократно наблюдает определенную повторяемость, регулярность в природе, устанавливает зависимость между некоторыми свойствами предметов и явлений, ставит эксперименты и проводит измерения и таким путем приходит к открытию эмпирического закона. Подобным образом были найдены, например, известные из физики законы Бойля — Мариотта, ГейЛюссака и Шарля, которые устанавливают зависимость между давлением, объемом и температурой газов. Правда, уже здесь приходится обращаться к гипотезе и абстракции, чтобы отделить существенные факторы от несущественных и вводить необходимые упрощения и идеализации. Но во всех этих законах речь идет о действительно наблюдаемых и измеряемых свойствах газов. Самое же главное состоит в том, что все эти законы устанавливают лишь функциональную связь между свойствами, но не объясняют, почему она существует. Так, закон Бойля—Мариотта определяет, что давление газа обратно пропорционально его объему, но не объясняет природу этой зависимости. Чтобы понять ее и, следовательно, объяснить эмпирические законы, мы вынуждены обратиться к теоретическим законам, которые в немарксистской литературе часто называют законами о ненаблюдаемых объектах. Так, для объяснения вышеупомянутых законов о газах мы обращаемся к принципам и законам молекулярно-кинетической теории, которые опираются на представления о существовании и движении таких мельчайших частиц вещества, как молекулы. Особенностями движения молекул при различных состояниях в конечном итоге и объясняют эмпирические законы о газах. Например, обратная пропорциональность между объемом и давлением газа объясняется тем, что при уменьшении объема возрастает интенсивность удара молекул о стенки сосуда, в котором заключен газ. Бесчисленное множество таких микроэффектов видимым образом проявляется как увеличение давления газа на стенки сосуда.

Нередко в литературе по методологии науки существенное отличие эмпирических законов от теоретических сводят обычно к отличию между объектами наблюдаемыми и ненаблюдаемыми, такими, как молекулы, атомы и т.п. частицы. Такой взгляд имеет определенные основания, в частности в физике, где при характеристике теоретических законов обращаются к терминам, которые относятся к ненаблюдаемым объектам. Но фактически все теоретические понятия — идет ли речь о понятиях математики, естествознания или социальных наук — отображают ненаблюдаемые в реальной действительности объекты. На самом деле, ни понятие прямой в геометрии, ни математического маятника в механике, ни силы тока в физике, ни понятие стоимости в политической экономии нельзя созерцать чувственно. В лучшем случае мы можем наблюдать некоторые проявления свойств, фиксируемых в указанных понятиях. Так, о силе тока мы судим по показаниям амперметра, стоимость товаров обнаруживается при обмене и т.д. Все это свидетельствует о том, что отличие теоретических законов от эмпирических проявляется прежде всего в характере тех методов, которые используются для их открытия.

Эмпирические законы, как показывает само их название, обнаруживаются на опытной, эмпирической стадии исследования. В этих целях наряду с наблюдением и экспериментом обращаются, конечно, и к теоретическим методам, таким, как индукция и вероятность, вместе с соответствующей математической техникой.

Теоретические законы никогда не могут быть открыты с помощью индуктивного обобщения частных фактов и даже существующих эмпирических законов. Причина этого состоит в том, что они имеют дело не с чувственно воспринимаемыми свойствами вещей и явлений, а с глубокими внутренними механизмами процессов. Здесь мы должны внести уточнение в прежнюю формулировку, где различие между теоретическими и эмпирическими законами сводилось к различию методов, используемых для открытия законов. Фактически, при более глубоком анализе оказывается, что само это различие имеет свои объективные основания в степени проникновения в сущность исследуемых процессов. Поэтому соотношение между теоретическими и эмпирическими законами можно рассматривать как выражение отношения между сущностью и явлением.

Теоретические законы проявляются через эмпирические, с их помощью они получают свое подтверждение и эмпирическое обоснование. В свою очередь эмпирические законы могут быть объяснены и поняты только на основе теоретических. Такое объяснение очень часто сводится к логической дедукции эмпирического закона из теоретического вместе с необходимой для этого дополнительной информацией. Все это дает нам основание утверждать, что теоретический закон по отношению к эмпирическому выступает как сущность к явлению. Такое же отношение существует и между эмпирическим законом и теми фактами, которые он систематизирует и объясняет.

Возникает вопрос: в какой связи находятся сущности, выражаемые с помощью эмпирического и теоретического законов? Характеристика закона как отражения «существенного в движении универсума» поможет нам разобраться в этой связи, а также в гносеологическом отличии эмпирических законов от теоретических.

По отношению к отдельным, конкретным, частным фактам и эмпирические и теоретические законы выступают как сущности явлений. Однако сущность, выражаемая в теоретическом законе, имеет более глубокий характер, ибо по отношению к частным фактам она представляет сущность второго порядка, в то время как эмпирические законы выступают для них сущностью первого порядка.

Поскольку теоретический закон по отношению к эмпирическому выступает, как сущность к явлению, то его открытие не может быть достигнуто на эмпирической стадии исследования. Какое бы количество эмпирической информации мы ни имели, в том числе и информации, сконденсированной в эмпирических законах, непосредственно с их помощью мы не можем открыть теоретический закон. Для этого необходим скачок от эмпирии к теории. Ученый строит догадки, делает предположения, выдвигает гипотезы и тщательно проверяет их на опыте, пока не придет к установлению закона.

Не существует никакого чисто логического пути от фактов к закону. И это вполне понятно, ибо «если бы форма проявления и сущность вещей непосредственно совпадали, то всякая наука была бы излишня...». Но без эмпирической информации невозможно было бы проверить как эмпирические, так и теоретические законы.

Связь эмпирических законов с фактами довольно ясна: по сути дела эти законы систематизируют и объясняют факты. Подобным же образом теоретические законы связывают в единое целое эмпирические законы и объясняют их. Такое объяснение принимает форму вывода эмпирических законов из теоретических. Конечно, непосредственно вывести эмпирический закон из теоретического невозможно, так как эмпирические понятия, или термины, не встречаются при формулировке теоретических законов, ибо последние имеют дело с ненаблюдаемыми, абстрактными объектами, свойствами и величинами. Эмпирические же законы выражают связи между наблюдаемыми, конкретными предметами, свойствами и величинами. По этой же причине теоретические понятия, или термины, в принципе не могут быть определены или сведены к эмпирическим. Вот почему оказались бесплодными усилия позитивистов Венского кружка перестроить всю науку с помощью редукции всех теоретических понятий и законов к эмпирическим терминам и законам.

В каком же смысле мы можем тогда говорить о выводе эмпирических законов из теоретических? Для такого вывода необходимо прежде всего установить связь между теоретическими и эмпирическими терминами. Поскольку теоретический термин нельзя определить с помощью эмпирического, то речь может идти только об установлении определенного соответствия между ними.

Между тем в литературе по методологии и логике науки нередко можно встретить утверждения о возможности операционального определения теоретических понятий (П. Бриджмен) или установления «соотносительных определений» (Г. Рейхенбах). В действительности же ни о каком определении теоретических понятий с помощью эмпирических говорить здесь не приходится. Пожалуй, ближе всего связь между теоретическими и эмпирическими терминами может быть пояснена с помощью представлений о словаре и интерпретации. В самом деле, когда мы истолковываем среднекинетическую энергию молекул газа как его температуру, то по сути дела переводим или интерпретируем эмпирически ненаблюдаемый термин — кинетическую энергию молекул — посредством эмпирического термина — температуры. Температура тела может не только восприниматься на ощупь, но и точно измерена. А это имеет немаловажное значение для определения тех параметров, которые встречаются в уравнениях, связывающих между собой величины, относящиеся к ненаблюдаемым объектам. В противом случае мы не имели бы никакой возможности проверить теоретические законы.

Соотношение между теоретическими и эмпирическими законами во многом аналогично отношению между абстрактными геометрическими системами и интерпретированными, или конкретными, геометриями. Изучая геометрию Евклида в школе, мы обычно связываем с такими ее основными понятиями, как «точка», «прямая» и «плоскость», определенные пространственные представления. Так, точку можно представлять в виде крохотного пятнышка на бумаге, прямую линию — как путь светового луча в пустоте или же тонкую натянутую нить, плоскость — как идеально ровную поверхность. Все эти образы представляют лишь интерпретации основных понятий геометрии, но отнюдь не их определения. С равным успехом мы могли бы избрать в качестве таких интерпретаций объекты совершенно другого рода: например, точку определить с помощью трех действительных чисел, прямую — с помощью линейного уравнения и т.д. Важно, чтобы свойства рассматриваемых объектов удовлетворяли соответствующим аксиомам геометрии. Вот почему в абстрактной геометрии хотя и пользуются терминами «точка», «прямая» и «плоскость», но не связывают с ними каких-либо конкретных образов, а тем более не определяют основные геометрические понятия с помощью этих образов.

Аналогичное положение существует и в наиболее развитых отраслях естествознания. Здесь также теоретические термины связываются с эмпирическими, с той, однако, существенной разницей, что для интерпретации теоретических терминов мы должны располагать знанием о конкретном механизме связи между ненаблюдаемыми объектами теории. Действительно, для того чтобы установить соответствие между средней кинетической энергией молекул газа и его температурой, мы должны допустить существование мельчайших частиц газа — молекул и дополнительно к этому руководствоваться определенными гипотезами о характере движения этих частиц.

Конечно, на первых порах теоретические модели оказываются весьма приближенными. Так, например, молекулы первоначально уподобляли биллиардным шарикам, а законы их столкновения сводили к механическим законам удара идеально упругих тел. Постепенно, по мере того как обнаруживалось несоответствие между предсказаниями теории и результатами опыта, вносились уточнения и исправления в теоретические представления и таким образом достигалось лучшее описание и объяснение соответствующих явлений.

Развитие естествознания со всей убедительностью свидетельствует о том, что переход от многочисленных эмпирических обобщений и законов к сравнительно небольшому числу фундаментальных теоретических законов и принципов содействует более углубленному и адекватному постижению сущности исследуемых явлений. Одновременно с этим происходит также концентрация информации об этих явлениях. Вместо многих десятков и даже сотен различных обобщений и эмпирических законов наука открывает несколько теоретических законов фундаментального характера, с помощью которых оказывается возможным объяснить не только сотни эмпирических законов, но и огромное количество самых разнообразных фактов, которые на первый взгляд кажутся совершенно не связанными друг с другом. Так, например, когда Ньютону с помощью законов движения и гравитации удалось связать воедино движение земных и небесных тел, то тем самым было покончено с прежними представлениями о делении мира на «земной» и «небесный», подчиняющихся якобы совершенно различным законам.

Поиски фундаментальных теоретических законов характеризуют стремление к познанию взаимосвязи и единства материального мира. Самая главная трудность, с которой здесь встречаются ученые, состоит в том, чтобы найти такие общие принципы, из которых с помощью некоторых правил соответствия можно вывести логически эмпирически проверяемые законы. Этой цели в значительной мере были посвящены усилия А. Эйнштейна в последние десятилетия его жизни. Стремление установить связь между электромагнетизмом и гравитацией привело его к идее создания единой теории поля. Однако до сих пор основным недостатком этой теории продолжает оставаться то, что с ее помощью не удалось вывести какие-либо эмпирически проверяемые законы. Такие же недостатки присущи попыткам создания единой теории материи, предпринятым В. Гейзенбергом в последние годы. Однако эти неудачи не обескураживают исследователей, ибо они сознают необычайную сложность самой проблемы.