ENG GEO / 1Tri / Hist and Method / 10Лекция 10

Лекция 10

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Стратегия научного поиска: фиксация предмета поиска,

постановка проблемы, определение задачи

и методов исследования

Одной из главных задач методологии является определение логики построения научного исследования. При этом надо иметь в виду, что сама методология ни в коем случае не может подменить собой научный поиск. И.Р. Пригожин писал, что ученые выражали изумление по поводу того, что при правильной постановке вопроса им удается разгадать любую головоломку. Но какую работу можно назвать научной? Если следовать принципам Т. Куна, то большинство исследователей в ходе развития «нормальной науки» занимаются сбором материала в рамках существующей парадигмы, направляя весь свой творческий потенциал на преодоление известных и вновь появляющихся аномалий, не вмещающихся в прокрустово ложе руководящей идеи. Путь преодоления аномалий приводит к укреплению и совершенствованию парадигмы или (обычно позднее) полному отказу от нее, т.е. научный поиск направлен на добывание новых знаний, которые приводят к развитию существующей или становлению новой модели. Проведение исследований в рамках существующей модели по определенной методике представляет собой типичную производственную работу; проведение же научной работы без исходной модели непрофессионально.

Любое научное исследование начинается со стратегии поиска, которая включает определение предмета поиска, постановку проблемы или выбор задачи в рамках существующей проблемы, направление (алгоритм) поиска и его организацию. Результат поиска может быть как положительным, так и отрицательным. При правильно проведенном исследовании последний может иметь не меньшую ценность для науки.

Научная работа всегда начинается с постановки задачи, которая своим результатом выводит нас на решение проблемы. Без точной формулировки задачи научное исследование осуществить невозможно.

Проблемой называется осознанное противоречие между имеющимся знанием, существующей моделью явления или процесса и непознанной ее частью, аномалией, на преодоление которой направлена деятельность ученого. Для решения проблемы необходимо получить новое знание, которое либо совершенствует имеющуюся модель, либо меняет наши научные представления. Просто незнание не может являться проблемой, поскольку, если исследователь не знает, что он должен искать, то он не может оценить результаты своего поиска.

Например, «проблема офиолитов», существующая в настоящее время в геотектонике, несет в себе смысловую нагрузку, специалистам-геологам, и включает многие нерешенные задачи петрологии, тектоники, геодинамики и других разделов геологии. Исследователи, зная масштабы и спорные вопросы этой проблемы, принимая ту или иную трактовку, например геодинамической обстановки формирования офиолитов и их положения в современной структуре складчатых поясов, ставят конкретные задачи, решение которых в той или иной степени может дать ответ на спорные вопросы.

Сформулировать задачу в рамках проблемы — значит определить цель, средства и методы исследования. Разумеется, задачи исследования и сама реализация их должны быть обоснованы и оправданы в зависимости от наличия средств. Решение задачи, как правило, предполагает конкретный ответ. Если не разработаны методы, то усилия направляются на их разработку. При этом работа носит методический характер, поскольку ставятся методические задачи.

Методологические задачи предусматривают выработку правил создания самих методов и средств изучения предмета и определяют требования к ним.

Теоретический тип задач предполагает составление теоретических моделей и последующую их апробацию на реальном материале. Упомянутые типы задач часто взаимодействуют между собой и решаются параллельно, хотя содержание и назначение их различно. Например, в структурной геологии существует большое число методов обработки проявлений деформаций горных пород (трещиноватости, зеркал скольжения, разломов и других структур). Выяснение возможности и области применения этих методов или разработка новых на конкретных объектах представляет собой методическую компоненту исследования. Выявление на фоне массива данных того класса деформаций, которые несут максимально полезную информацию о структурах соответствующего ранга в сложноструктурированной среде, т.е. определение границ применения тех или иных методов и выявление условий их применения, представляет собой методологическую компоненту исследования. Обоснование рангового подхода, составление модели среды и прогнозирование процессов в ней отвечают теоретической задаче.

Ясно, что без решения всех типов перечисленных частных задач невозможно получить корректное общее решение проблемы структурного парагенеза. Вместе с тем практика показывает, что в разные периоды времени интерес к исследованию тех или иных задач может повышаться или ослабевать. На первых порах в выявлении условий образования структур различного типа преобладали методические разработки М.В. Гзовского, Г. Рамберга и их последователей. Ими были предложены разнообразные методы изучения структурного рисунка и кинематических условий его формирования в исходной однородной среде. На следующем этапе возник вопрос о принципиальной возможности применения традиционных методов к условиям сложноструктурированных сред, методологические разработки этого направления вышли тем самым на передний план. В работах М.А. Садовского и его последователей были исследованы свойства реальных геологических сред и показано, что их однородность является результатом грубого осреднения или может рассматриваться как частный случай.

В настоящее время возник вопрос о разработке модели структурообразования в сложноструктурированной среде, основанной на процессах самоорганизации вещества и фрактальной (дробной) делимости литосферы, т.е. на первый план теперь выходит решение чисто теоретической задачи. Опыт составления подобных моделей в теоретической механике показал, что изучение процессов самоорганизации вещества в неоднородных средах требует разработки новых методов исследования, новой методологической базы.

Подобных примеров в геологии можно привести множество. Ясно, что проблема структурообразования включает решение различных типов задач и успех научного поиска зависит от их комплексного разрешения.

Гипотетическая модель, основы ее построения

Решение научной проблемы начинается с разработки гипотетической модели, т.е. делается предположение о ходе процесса, явления или их результатах, которые необъяснимы на основе прежнего знания. Поскольку любой объект обладает бесчисленным множеством характеристик, модель строится как идеализация реальных объектов, которые лишь по каким-либо признакам, параметрам подобны исходным. Один из основоположников кибернетики Н. Винер писал, что лучшая материальная модель кошки была бы сама кошка, но пользы от такой модели было бы немного. Следовательно, гипотеза представляет собой предположительно новое знание о некоторых свойствах объекта, истинность или ложность которых еще нужно доказать. Характерно, что для решения или толкования одного и того же вопроса может быть выдвинуто несколько конкурирующих гипотез. Например, в геотектонике существует большое количество гипотетических моделей развития литосферы. Одна группа моделей опирается на преимущественное развитие вертикальных тектонических движений, другая — отдает предпочтение горизонтальной компоненте тектонических движений. Выбор между конкурирующими гипотезами обычно обосновывается фактическим материалом. Как правило, каждая из гипотез имеет в своем потенциале достаточный набор убедительных аргументов, но никакое количество опытных подтверждений не гарантирует истинности гипотезы, а делает ее только более правдоподобной.

Любая гипотетическая модель, выдвинутая с учетом всех оптимальных характеристик явления или процесса, имеет пределы своего применения. Доверительность гипотетической модели определяется рангом изучаемого объекта и временным диапазоном ее реализации. Например, процессы, протекающие в кристалле, минерале, горной породе, блоках и оболочках земной коры, происходят по-разному, и результаты зависят от величины неоднородности. Если на основе многолетних наблюдений сделан вывод о связи сейсмичности с определенной зоной разлома, то мы можем лишь утверждать, что в рассмотренный промежуток времени все гипоцентры расположены вдоль этой зоны разлома и наша модель действует только в выбранном нами временном диапазоне. На более протяженном участке этого разлома и за другой промежуток времени процессы сейсмичности могут иметь совершенно отличную динамику. Процесс обоснования гипотезы, связь тезиса с аргументами должны подчиняться правилам логики.

Перспективность выдвинутой гипотетической модели, ее развития определяется и теоретической и практической проверкой. Практическая проверка гипотетической модели предусматривает проведение эксперимента, положительные или отрицательные результаты которого указывают на применимость гипотезы или ее ложность в конкретных условиях. Теоретическая проверка основывается на создании новых гипотетических моделей, учитывающих различные свойства идеальной модели изучаемого явления или процесса. Взаимодействие этих моделей позволяет предсказать свойства, еще не реализованные в эксперименте. Предсказательная функция гипотетической модели лежит в основе возникновения теории. В ходе развития гипотезы она может расширять область своего действия, исключать ложные посылки, включать новые гипотетические модели.

Теоретическая модель, основы ее построения и развития

Логическим развитием гипотетической модели является ее переход в категорию теоретической. Однако не каждая гипотеза обязательно становится теорией. Теоретическая модель должна обладать экспликативной (объяснительной) и предсказательной функциями.

Последнее свойство теоретической модели основано на том, что теоретические исследования возникают на базе внутренней логики развития гипотетической модели и выходят далеко за пределы области установленных эмпирических данных. Предсказательная функция теоретической модели позволяет предвидеть неизвестные ранее явления и их свойства. Например, постулаты теории тектоники литосферных плит позволили предсказать возраст океанского дна по линейным магнитным аномалиям и закономерности его< изменения с увеличением расстояния от оси срединно-океанского хребта.

Теоретическая модель предполагает также открытие новых понятий и явлений, которые не могут быть объяснены на базе существующей системы знаний и противоречат им. Объяснение подобных явлений требует развития существующей модели или создания новой теоретической модели. Так, в геодинамике модель двухъярусной тектоники плит, предложенная Л.И. Лобковским, позволила снять противоречия ранее существовавшей в рамках классической теории тектоники плит модели областей коллизионной тектоники при региональных исследованиях.

Теоретическая модель представляет собой достаточно полную, внутренне непротиворечивую систему новых логически истинных идей. Теория должна объективно отражать действительность, отвечать требованиям полноты, непротиворечивости, новизны, доказательности, фактоустойчивости, возможно большей простоты и эффективности. Это достоверное развивающееся научное знание о некоторой совокупности объектов, представляющее собой систему взаимосвязанных утверждений и доказательств, которая позволяет предсказать или объяснить явления данной предметной области.

Для создания теоретической модели необходимо: сформулировать проблему, для решения которой создается теория; выдвинуть гипотезу; определить законы, на основании которых можно объяснить аномальные явления; сформулировать новую проблему как перспективу развития предлагаемой модели.

Любая теоретическая модель направлена на изучение идеализированного объекта, который является абстракцией, поэтому необходимо установить предел данной модели, на каком этапе она может исчерпать свои возможности. Если аксиомы (постулаты), положенные в основу теоретической модели, верны, то модель и прогнозируемые теоретические следствия не нуждаются в проверке. В случае, когда какой-либо из постулатов подвергается сомнению, то изменяется и сама теоретическая модель. На смену существовавшей приходит более общая теория, базирующаяся на новых постулатах. Следовательно, опровергнуть теоретическую модель или изменить области ее применения возможно разработкой новой модели или модификацией старой модели путем введения новых критериев ее реализации.

Наличие руководящей теоретической модели оказывает решающее влияние на экспериментальные и теоретические исследования. Экспериментальные исследования направлены на изучение явлений, наиболее показательных для раскрытия сути теоретической модели. При этом, по мнению Т. Куна, ученые вкладывают весь свой творческий потенциал и часто завоевывают себе известность не за новизну, а за точность, надежность метода. Например, использование палеомагнитных данных, полученных в сложнопостроенных складчатых поясах, потребовало разработки новых методических приемов, которые сами по себе являются достижениями. Применяя их, удалось уточнить положение отдельных структурных элементов земной коры в ретроспективном плане на палинспастической основе. Экспериментальные исследования проводятся также в целях решения неясных проблем. В этом случае успех, как правило, зависит от технического уровня проведенной работы и методики интерпретации. В рамках принятой модели осуществляется комплекс производственных работ, направленный на получение фактического материала. При теоретических исследованиях уточняется сама теоретическая модель, устраняются ее противоречия, проверяются ее предсказательные свойства.

Геология, как и все естественные науки, работает с моделями, в той или иной степени отражающими свойства реального объекта. Все геологические явления и процессы подчиняются строгим законам механики, физики, химии и других «точных наук», но сами по себе геологические объекты сложны, многофакторны, имеют интерференционную природу и несут в себе разнокачественные характеристики. Создание теоретической модели интегрального объекта всегда вызывает большие трудности и требует высокой зрелости самой научной дисциплины.

Успехи геологии на протяжении долгого времени базировались в основном на добывании и обработке фактического материала, поэтому геологические гипотезы и теории имели чисто индуктивную природу. Путь построения теории непосредственно на базе фактического материала известен в науке как эмпирический. Индуктивная модель расширяет наши знания об объекте, но это знание не достоверное, а характерно только для исходных объектов и для конкретных условий. А. Эйнштейн писал: «Собрание эмпирических фактов, как бы обширно оно ни было, не может привести к установлению сложных уравнений. На опыте можно проверить теорию, но нет пути от опыта к построению теории».

В этом плане многие теоретические разработки в геологии не могут, строго говоря, считаться теориями. Например, учение о геосинклиналях — это в основе эмпирическая концепция.

Вместе с тем в геологии имеется ряд теоретических положений, которые можно считать вполне зрелыми теориями; это, например, теория литогенеза Н.М. Страхова, теория рудообразования Д.С. Коржинского, теория тектоники литосферных плит и др.

Следовательно, в современной геологии эмпирические и теоретические модели сплошь и рядом взаимодействуют между собой, но они нуждаются в проверке на фактическом материале. Развитие геологических знаний в этих случаях происходит на основе разрешения противоречия между тенденцией к завершенности и логической непротиворечивостью теории и необходимостью выхода за ее рамки вследствие возникновения или обнаружения противоречащих ей экспериментальных данных.

6