Системність наукового знання та конвенціоналізація теоретичних досліджень (на прикладі сучасної космофізики)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Системність наукового знання та конвенціоналізація теоретичних досліджень (на прикладі сучасної космофізики)

Тімченко Т.В.

Конвенціоналізм, як одна з найвпливовіших методологій науки, поділяючи знання на емпіричні та теоретичні наголошує на неспівмірності засобів їх здобування. Для емпіричних даних за ознаку науковості береться досягнення об'єктивності знання. У той же час для теоретичних положень - науковість визначається логічною несуперечливістю та фактами, приймаючи суб'єктивізм як необхідний етап організації знання у систему або «класифікуючу систему», підкреслюючи цим певну довільність при її створенні. Згідно базовим засновкам конвенціоналізму існує легітимна можливість побудови будь-якої системи класифікації, котра поєднує факти в єдину логічну самонесуперечливу конструкцію. За основу класифікації приймається будь-яка теорія, що будується згідно свого визначення - конституює теоретичну єдність предмету, властивості, відношення, положення та ін. Необхідною умовою є якомога довше збереження ядра такої системи класифікації, а для усунення аномалій необхідно змінити або ускладнити її периферійні ділянки. Несуперечливо можуть співіснувати наукові теорії, які однаково підпадають під єдину емпіричну базу даних [1,72].

Саме в рамках конвенціоналізму набуває ваги теза Дюгема-Куайна. Сама теза була сформульована французьким фізиком Дюгемом як спроба вирішення ряду методологічних проблем в області теоретичної фізики. Куайн розширив предметні рамки тези Дюгема і застосував її для теорії взагалі, як різновиду наукового знання. В загальному вигляді теза формулюється наступним чином: «фізична теорія має системний характер, а її окремі положення отримують значення тільки в контексті теорії». Звідси слідує висновок, що лише теорія в цілому має статус експериментально верифікованої. При виявленні невідповідності передбачень теорії експериментальним фактам, немає сенсу шукати помилку в конкретній гіпотезі чи частині теорії. Методологічно вірніше буде корегування всієї теорії в цілому за допомогою ряду рівноможливих способів, вибір між якими залежить від угоди між науковцями. Отже між емпіричними даними ітеоріями зв'язок не безпосередній, а залежить від процесу «трансляції» емпіричних даних у мову символів цілої групи гіпотез. Тобто признається принципова неможливість відокремлення однієї гіпотези певної теоретичної надбудови від інших теоретичних положень.

У зв'язку з вище зазначеним, факти завжди «навантажені» змістом, який несе теоретична система в цілому. Тому виникає необхідність конкретного дослідження даного феномену.

Теза Дюгема-Куайна містить в собі амбівалентні теоретичні наслідки: позитивні - не відмовлятися поспіхом від раніше прийнятих теорій, які до того часу були підґрунтям теоретичного пізнання, поки не вичерпані всі потенційні можливості їх концептуального вдосконалення; негативні - заперечення наявності визначених меж вдосконалення раніше прийнятої теорії [1,234].

За предметну область аналізу обрано три космологічні парадигми, що послідовно змінювали одна одну в процесі розвитку теорії: ньютонівська теорія статичного Всесвіту, теорія Фрідмана-Леметра й інфляційна теорія Гуса, Лінде, Альбрехта і Стейнхарда.

Основна характеристика ньютонівської космології - ідея статичності, просторової стабільності речовини у Всесвіті, розподіл якої вважався рівномірним. Непорушними і незмінними вважалися і самі закони, яким підкоряються небесні тіла. Маючи блискуче емпіричне підтвердження в масштабах сонячної системи, теорія Ньютона зіткнулася з труднощами внутрішньотеоретичного характеру, пов'язаних з розвитком теорії в іншій області фізики - теорії електромагнітного поля.

І незважаючи на те, що прямого відношення це до космології не мало, труднощі об'єктивно вказували на обмеженість пануючої теорії. Тоді ж встало питання про відмову опису електромагнітних явищ за допомогою теорії сил, а значить миттєва дальнодія замінялося близькодією, вводилося поняття ефіру, що вело до руйнування уявлень про абсолютний простір і абсолютний час, їхньої незалежності від речовини, а значить і руйнуванню схематики світу Ньютона. Все це говорило про те, що всередині і поза теорією виявилися границі її застосовності. Тим часом, не дивлячись на це, ньютонівська космологічна картина світу продовжувала залишатися пануючої аж до початку ХХ-го ст. Концепції Ламберта, Райта, Гершеля, Шарлье й інших дослідників, не будували, принципово відмінної від ньютонівської, теорії гравітації і механіки. Концепція будови Всесвіту Мічелла, побудована з урахуванням динамічної теорії матерії Бошковича, була скоріше виключенням, ніж правилом, а тому змушена була рятувати стан або введенням ad hoc гіпотез, або вирішувати ті ж проблеми, що і теорія Ньютона. Рівняння механіки приводили до нескінченного Всесвіту з нерівномірним розподілом речовини. У справді ньютонівський механічній картині світу, Всесвіт повинний був стискатися, але цього емпірично не спостерігалося [2,165].

Вирішальну роль у спростуванні теорії ієрархічного Всесвіту і підтвердження нової фрідмановської космології, побудованої на базі рівнянь поля Ейнштейна, зіграло емпіричне обґрунтування. Емпіричне спростування виявилося більш вагомим аргументом, чим безліч парадоксів, виявлених теоретично, і взагалі чисто теоретичних труднощів. Якщо з парадоксами ще можна було боротися за допомогою різного роду припущень, то сперечатися зі спостережуваними фактами було набагато складніше. Таким чином, емпіричний критерій був головним у прийнятті теорії

Фрідмана і спростуванні теорії ієрархічного Всесвіту, побудованого на базі теорії гравітації і механіки Ньютона. Внутрішньотеоретичні критерії обґрунтованості теорії несуперечність, простота, краса, незалежність і інші розглядалися як необхідні, але недостатні умови її прийняття або відкидання.

Створюючи свою космологічну теорію, Ейнштейн знаходився, безсумнівно, під впливом картини світу Ньютона не тільки в питаннях детермінізму, що загальновідомо, але і під впливом концепції нерухомого (статичного) Всесвіту. Обмеженість, сферичність і статичність були трьома основами ейнштейнівської космологічної картини світу. І навіть тоді, коли концепція Фрідмана була побудована і Хаббл одержав її перше підтвердження (спочатку підтвердження виглядало як інтерпретація), він продовжував якийсь час наполягати на цих якостях Всесвіту, вказуючи на те, що в рамках фрідмановського підходу не можна однозначно вирішити питання про те, є Всесвіт обмежений або необмежений, тим часом як у концепції статичного Всесвіту Ейнштейна він просторово замкнутий і обмежений. Однак хабблівське і наступні спостережувані підтвердження еволюційної космологічної картини світу виявилися вагомішими теоретичних труднощів (адже спочатку вік Всесвіту Фрідмана і Хаббла розходився з віком Всесвіту, отриманим за віком зірок і їхніх скупчень). Спостережлива основа космології продовжувала залишатися переважним фактором у виборі космологічних теорій.

Значення внутрішньотеоретичних факторів різко зросло в період, який ми називаємо періодом емпіричної невагомості теорії, тобто коли передбачені теорією нові емпіричні факти ще не отримали експериментального підтвердження. Фрідман писав: «Дані, якими ми володіємо, зовсім недостатні для яких-небудь чисельних розрахунків і для вирішення питання про те, яким світом є наш Всесвіт...» [3,237]. Іншими словами, потрібна була теорія, що добре відповідає спостереженню.

Проблема емпіричної обґрунтованості теорії Фрідмана виявилася не менш складною, ніж проблема її внутрішньотеоретичного обґрунтування. Відразу ж після відкриття в 1929 році червоного зсуву в спектральних лініях галактик Хабблом, виникло кілька можливих його інтерпретацій. Вантаж старих ідей давив на пізнавальні установки космологів.

Однак, відразу після створення теорії й одержання першого емпіричного підтвердження це все не виглядало настільки переконливо як сьогодні. Крім того, між даними віку Всесвіту, отриманими теоретично і даними за віком зірок утворилася розбіжність. Як потім з'ясувалося, що раніш помилково приймали яскраві об'єкти за більш слабкі: наприклад випромінюючі хмари газу за зірки, а для оцінки брали тільки яскраві об'єкти. Одержанням більш точного значення віку зірок ця розбіжність усувалася.

Поставлене Дінглом у 40-і роки питання про спостереженість фактів, що передбачаються космологічними теоріями, припускало тверду диз'юнкцію: або факти передбачені теорією спостережувані, або вона не є теорія, а лише фантастичне вигадництво її автора. Наступне відкриття у 1964 році короткохвильового фона випромінювання, власне кажучи, сприяло спростуванню великого числа космологічних теорій другого покоління, якщо теорії Ейнштейна, Фрідмана, Де-Ситтера, Леметра, Казнера вважати теоріями першого покоління наукової космології.

Нереалістичні концепції Мілна, Дірака і Эддшгтона були провісниками сучасного стану в космології, коли інфляційна теорія, будучи реалістичною концепцією, поки ще не має спостережливого підтвердження. Цим підкреслюється лише те, що гносеологічні ідеали нового типу науки, зокрема космології, почали заявляти про себе задовго до створення теорій об'єднання, теорії супергравітації і теорії суперструн.

Спроба створення універсальної космологічної теорії, наприклад теорії Эддшгтона, своєрідної апріорної космології, і на її основі побудувати новий тип наукового знання в цілому, відбилася на полеміці Дінгла з Мілном і іншими космологами. Виникла така ситуація, коли стало необхідне повернення до джерел наукового світогляду, до орієнтації на емпіричну установку, закладену ще Ньютоном і Галілеєм. Іншими словами проблему співвідношення теорії і спостережливих даних сьогодні щонайменше варто формулювати не твердою диз'юнкцією «спостереженість або фантазія», а слабкою «спостереженість або тимчасова неспостереженість». Об'єкт може існувати реально і, проте, не виявляти себе на конкретному рівні емпіричної науки, пізнання взагалі. При описі і поясненні явищ квантового світу початкових епох еволюції Вселеної ми не можемо поки принципово спостерігати деякі явища. Труднощі принципової неспосте- реженості мають не стільки суб'єктивну (погана якість теорій) скільки об'єктивну природу (наприклад, недостатня розвиненість технічних засобів). Викликано це наявністю величезної різниці [1] (так званої пустелі) між планківськими масштабами (E_pl=10¹⁹ ГеВ) і масштабами доступними сьогодні земному експериментаторові (E_e =10³ ГеВ). Різниця між якими й утворює пустелю. У зв'язку з цим виникає питання: як спостерігати явища, що перебувають за межами можливої видимості?

Не менш нереалістичним виявилися і теорії третього покоління: концепції Бранса-Дікке, Хойла, Бонді, Нордстрема й інших дослідників. Усі вони порушували при своїй побудові принцип простоти, тому що вводили додаткові параметри типу скалярного поля, С-поля, апріорної геометрії і т.д.

Вирішення проблеми сингулярності, а також інших проблем фрідмановскої космології до кінця сімдесятих років починалося багатьма космологічними школами (казнеровскі моделі, моделі пульсуючого Всевіту Сахарова, різні теорії гравітації: Бранса-Дікке, Хойла, Бонді й інші моделі з різною топологією). З кінця сімдесятих років і початку вісімдесятих із усієї багатоманітності підходів виділяється найбільш перспективний напрямок, що реконструює квантове народження Всесвіту за допомогою флуктуації вакууму. Саме в цей період формується така гносеологічна установка, коли перевага віддається тій теорії, яка вирішує невирішені проблеми попередньої теорії Фрідмана-Леметра. Цим теорія-претендент здобуває можливість на право стати новою пануючою космологічною теорією, зробивши Всесвіт, що еволюціонує, адекватно описуваним в рамках попередньої теорії Фрідмана. Цим дотримується наступність у динаміці космологічного знання, тобто виконується принцип відповідності. Теорія, що була добре підкріплена, може бути перевершена тільки теорією більш високого рівня універсальності [4,65].

Отже, ми бачимо, що в сучасній космології з її занадто універсальними теоріями, як ніколи зростає роль внутрішньотеоретичних критеріїв обґрунтування. На деяких етапах дослідження в таких науках як фізика можливо відносно самостійний розвиток теорії на основі її власної логіки, іноді навіть без звертання до експерименту або спостереження. Досягнення їх авторів складається в тім, що необхідний канонами новоєвропейської науки дослід (дослідне підтвердження), вони, якщо він уже мав місце в теоріях-попередниках меншого ступеня універсальності, прекрасно поглинають, тобто факти старого досліду органічно вбудовуються в їхню концептуальну систему, або, якщо він місця не мав, передбачають у вигляді нових фактів. Все це спонукає припустити, що сучасна ситуація в космології, що характеризується як стадія емпіричної невагомості теорії, є не випадковою подією. Скоріше, є фундаментальною характеристикою тієї форми і того типу знання людини про Всесвіт, яка тільки і може мати умоглядний характер, відносячись до зовнішнього інструментального досвіду як до явища підлеглого. При цьому збільшується роль досвіду теоретичного, внутрішнього, здійснюваного через внутрішньотеоретичне обґрунтування.

Так в силу того, що сама нова інфляційна теорія також неоднорідна, тобто включає кілька сценаріїв, то стосовно неї знову має евристичне значення установка на максимальну простоту пануючої космологічної моделі в пануючій космологічній теорії. Як відомо з історії створення теорії інфляційного Всесвіту було запропоновано кілька сценаріїв. А.Д. Лінде виділяє у своїй монографії три варіанти: первісний, новий і хаотичний [5,34].

Спрощення теорії веде до одержання на виході більш адекватних спостережливим даним значень космологічних параметрів. Вихід інфляційної теорії на новий рівень універсальності ставить ще одну дуже важливу проблему співвідношення власне космологічних теорій із власне фізичними теоріями.

Наглядним підтвердженням взаємообумовленості сучасної космології і фізики є проблема емпіричного обґрунтування інфляційної теорії. Наприклад, для вирішення проблеми баріонної асиметрії, у Всесвіті передбачається існування суперсиметричного партнера гравітону, а, саме, масивного, зі спіном 3/2, з масою 10² ГеВ гравітіно. А єдиний шлях виявлення гравітіно зв'язаний зі сценарієм Всесвіту, що роздувається. Причому, для того, щоб це рішення виявилося сумісним з поширеністю дейтерію, що спостерігається, і гелію-3, температура Всесвіту після розігріву не повинна перевищувати 10⁸ Гев [2,171].

Тому інфляційна теорія, вірніше проблема її спостережного підтвердження, на сьогодні є досить важкою у рамках земної експериментальної фізики. Названі вище й інші труднощі в емпіричному обґрунтуванні інфляційної парадигми, безумовно, стимулюють науковий пошук, що ставить задачу їхнього подолання. Так, в останні роки ведуться інтенсивні дослідження з виявлення безмасових і дуже легких бозонів у сонячному випромінюванні, існування яких передбачається саме в тих теоріях фізики, які використовуються як основа для інфляційної парадигми. Труднощі їхнього виявлення має поки чисто інструментальну природу, тому що застосовувані раніше детектори чутливі до аксионів з масою менш 0,1 ев. Саме аксіони й інші частинки цього ж класу є претендентами на роль того субстрату, що несе відповідальність за сховану речовину у Всесвіті [5,132].

Однак песимістичні оцінки інфляційної теорії як її супротивниками (представники альтернативних напрямків у космології і здоровий критицизм у середовищі самих учених), так і прихильниками стримування росту універсальності (філософи науки), представляються не до кінця обґрунтованими в силу наступних чудових властивостей цієї теорії:

1. Інфляційна теорія дає нові передбачення, які перевіряються, в порівнянні з теорією Фрідмана-Леметра.

2. Інфляційна теорія може розглядати ретроспективно ті емпіричні підкріплення, що мала теорія Фрідмана-Леметра як свої, тому що містить цю теорію як граничний випадок у своєму більш універсальному описі еволюції Всесвіту. Іншими словами, та частина інфляційної теорії, що відповідає фрідмановській еволюції емпірично обґрунтована. Але це непряме підтвердження, і тому не може грати вирішальної ролі.

3. В історії природознавства дуже рідкі ті випадки, коли рука експериментатора рухається неперервно слідом за рукою теоретика. Між відкриттям явища на папері і його підтвердженням в дійсності, як правило, лежить часовий відрізок, тривалість якого може бути як завгодно велика. Це означає, що інфляційна теорія в майбутньому можливо буде або підтверджена, або спростована. Ці три моменти істотно змінюють песимістичну оцінку перспективної теорії в сучасній космології [6,45].

Космологічна інфляційна теорія, побудована на базі супергравітації, заздалегідь говорить про умови (наявність гравітіно), що можуть дати її емпіричне обґрунтування. Іншим фундаментальним передбаченням є існування стінок домену, розміри якого перевершують обрій видимого Всесвіту. Це створює принципове ускладнення в спостережному підтвердженні. Надія підтвердження може базуватися тільки на якому-небудь теоретичному або експериментальному прориві за рамки існуючого рівня розвитку науки і всієї людської практики в цілому. Не менш серйозні труднощі зв'язані і з виявленням магнітних монополів частинок, що народжуються в момент фазового переходу.

Спостережне підтвердження цих і інших передбачень інфляційної теорії в даний момент ускладнено. У силу цього, вона продовжує залишатися на стадії емпіричної невагомості. Тому, для того, щоб закріпити положення інфляційної теорії серед інших конкуруючих з нею концепцій Всесвіту, доцільніше враховувати її власне теоретичні переваги. Тут на перший план виступає здатність теорії вирішувати проблеми фрідмановської теорії з урахуванням останніх досягнень у ядерній фізиці і квантовій механіці, з одного боку, і відповідність самої її теоретичної основи сукупності ідеалів і норм побудови наукового знання, з іншої сторони. Вище вже була показана відповідність інфляційної теорії в новій редакції Лінде, вимогам відповідності, простоти вихідних принципів, краси побудови і незалежності теорії від граничних умов. До речі, остання вимога була і залишилася ідеалом у космології, на яке давно орієнтувало свої дослідження велике число космологів.

Варто нагадати, що інфляційна модель базується на теорії елементарних частинок і вона поки ще не цілком завершена. Деякі версії (найбільш крайня - теорія суперструн) не приводять автоматично до інфляції. Відсутність інфляції в теорії суперструн вимагає нових радикальних ідей. Багато космологів, однак, вважає інфляцію, або щось схоже на неї, необхідною для побудови послідовної космологічної теорії. Інфляційна теорія сама змінюється в міру еволюціонування фізичної теорії елементарних часток. Список нових моделей включає продовжену інфляцію, гібридну інфляцію, природну інфляцію і багато інших. Кожна модель має унікальні особливості, що можуть бути протестовані спостереженням або експериментом. Однак більшість з них базується на ідеї хаотичної інфляції.

В останні роки з'явилася найцікавіша модель Всесвіту - теорія вічно існуючого самооновлюючегося інфляційного Всесвіту [2,153]. Ця теорія є досить загальною, але виглядає дуже перспективно і приводить до драматичних наслідків у контексті сценарію хаотичної інфляції.

Вищенаведене дозволяє виявити, що ситуація, яка створилась, в космологічному дослідженні дозволяє сформулювати основне питання щодо вирішення проблеми емпіричної обґрунтованості, тепер вже не тільки космології, але і з урахуванням процесів взаємопроникнення, і всієї нової фізики: чи відмовляється сучасна космологія в особі інфляційної теорії від емпіричного критерію істинності, обумовленим невисоким рівнем знання людини про фундаментальні структури світу? Відповідь на нього варто шукати не в сьогоднішньому дні з його хитливими симпатіями до тих або інших гносеологічних установок, а в історії наукового світогляду як такого.

конвенціоналізм космологічний наука

Література

1. Чуйко В.Л. Рефлексія основоположень методологій філософії науки: Монографія. - К.: Центр практичної філософії, 2000.

2. Гончаров А.С., Линде АД. Хаотическое роздувание Вселенной в супегра- витации. - М.: ЖЕТФ, 1984. -Т. 86.

3. Фридман А.А. О кривизне пространства. Избранные произведения - . М., 1966.

4. Поппер К. Логика и нарастание научного знания. - М., 1983.

5. Линде А.Д. Физика элементарных частей и инфляционная космология. - М., 1990.

6. Кримський С.Б., Кузнецов В.І. Світоглядні категорії в сучасному природознавстві. - К., 1983.

Размещено на Allbest.ru