Первое издание книги ‘Теоретическое знание‘ Вячеслава Семеновича Стёпина (1934–2018) вышло в 2000 году. В книге анализируется структура теоретического знания в основном в физике. По всей видимости Стёпин хотел распространить представленную схему на все науки, но в книге содержательный анализ ограничен физикой. В заключительных главах можно увидеть идеи развития социальных и гуманитарных наук в рамках глобального эволюционизма, сложных систем и синергетики, но эта часть оставила меня равнодушным.
Мне понравилась вторая глава ‘Структура теоретических знаний‘, а также история становления теории электромагнитного поля и квантовой электродинамики в последующих главах. Ниже я кратко передам идеи второй главы и сопоставлю их со взглядами Пьера Дюгема и Баса ван Фраассена. Основной рассматриваемый вопрос — связь теории физики с математикой и с экспериментальными измерениями.
В первом разделе второй главы ‘Абстрактные объекты теории и их системная организация’ вводится терминология связанная с идеальным объектом. Стёпин разделяет три аспекта — синтаксический, семантический и прагматический. В случае физики предполагается, что математическое выражение принадлежит синтаксису, а семантика отвечает за интерпретацию, за смысл и значений записанных выражений. В то же время прагматика связывает записанные конструкции с реальностью. Далее идеальные объекты разделяются на эмпирические и теоретические:
‘Эмпирические объекты представляют собой абстракции, фиксирующие признаки реальных предметов опыта. Они являются определенными схематизациями фрагментов реального мира.’
‘Теоретические объекты, в отличие от эмпирических, являются идеализациями, «логическими реконструкциями действительности». Они могут быть наделены не только признаками, которым соответствуют свойства и отношения реальных объектов, но и признаками, которыми не обладает ни один такой объект. … В логико-методологических исследованиях теоретические объекты называют иногда теоретическими конструктами, а также абстрактными объектами.’
Введенная двухуровневая структура необходима для дальнейшего рассмотрения связи теории с проводимыми экспериментами. Подчеркивается важность целостности создаваемой системы теоретических объектов и вводится понятие фундаментальной теоретической схемы, которое включает в себя базовую структуру теории.
Стёпин предполагает, что такое построение можно распространить на все науки, поскольку в таком виде связь с математикой не является обязательной. Однако в следующем разделе ‘Теоретическая схема и математический аппарат‘ наглядно показывается, что в физике оторвать одно от другого невозможно. Перед рассмотрением этого момента приведу только одно высказывание:
‘вне связи с уравнениями теоретическая схема дает бедное и абстрактное представление об изучаемой реальности.’
С моей точки зрения в этом заключается основная проблема распространения предложенной схемы на все науки. Вне физики потребуется рассмотрение во многом на качественном уровне. В этом случае описание идеальных объектов и связей между ними сводится к нарративу; непонятно насколько хорошо такое описание можно структурировать.
С другой стороны, Стёпин прав, что физика не сводится к математическим уравнениям самим по себе. Он приводит в пример ситуацию, когда разные физические процессы описываются один и тем же уравнением (мой пример — стационарное уравнение Фурье и уравнение Пуассона в электростатике), но даже без этого должно быть понятно, что требуется дополнительные усилия для придания математическим уравнениям смысла и значения в физике.
В то же время невозможно полностью оторвать одно от другого. Приведу свой пример — энтропию в классической термодинамике. Смысл уравнениям термодинамики придает их связь с системой (телом), с которой связываются термодинамические функции состояния (температура, давление, внутренняя энергия, объем, теплоемкость). Энтропия вводится как одна из функций состояния, которая связана вполне определенными математическими соотношениями с другими свойствами системы. Понимание значения энтропии достигается путем проработки разных ситуаций с системой на базе уравнений классической термодинамике путем решения задач, связанных с типичными изменениями термодинамической системы. Только таким образом можно действительно понять, что такое энтропия в термодинамике. Попытка наглядного представления (беспорядок и число доступных микросостояний) только вредит, поскольку рассмотрение простейших примеров, связанных с идеальным газом, обычно приводит к неправильным ассоциациям при рассмотрении более сложных систем.
Далее Стёпин сам признает, что по мере развития физики связь с математикой становится все более сильной:
‘математические средства активно участвуют в самом создании абстрактных объектов теоретической схемы, определяют их признаки.’
‘Активное обратное воздействие математического аппарата на фундаментальную теоретическую схему приводит к тому, что ее элементы (абстрактные объекты) на высших стадиях развития теории предстают в качестве своеобразных эквивалентов абстрактных объектов математики.’
‘В этом случае признаки абстрактных объектов уже не имеют аналога в виде отдельно взятой вещи, выделенной из природы практической деятельностью. Основной формой предметности, которая объединяет и закрепляет эти признаки, является математический образ.’
Могу только добавить, что в этом смысле понимание энтропии в классической термодинамике еще только цветочки по сравнению с пониманием волновой функции в квантовой механике.
Следующий раздел ‘Роль теоретических схем в дедуктивном развертывании теории‘ посвящен развертыванию содержания теории физики. Стёпин большую роль отводит ‘мысленным экспериментам с абстрактными объектами теоретических схем’. В моем понимании описание Стёпина соответствует решению типичных задач, связанных с рассматриваемой теорией физики. По-моему, только этот путь приводит к успешной интерпретации математического аппарата теории физики. Качественное изложение в научно-популярных книгах дает определенное представление, но без самостоятельной работы с уравнениями путем решении хотя бы простейших задач правильной интерпретации теории физики не достичь.
Заключительный раздел ‘Теоретические схемы и опыт. Операциональный статус теоретических схем‘ второй главы является ключевым — здесь разбирается связь теории физики с экспериментом. Основная проблема состоит в нахождении связи физической величины из математического уравнения с измеряемой физической величиной в реальном приборе. Стёпин использует идеализированные эмпирические объекты из первого раздела; из них строятся эмпирические схемы, которые в свою очередь связываются с реальными приборами.
Решение, которое предлагает Стёпин, перекликается с рассмотрением ван Фраассена (см. ‘Температура, термометр и практическая температурная шкала‘), хотя Стёпин использует другие формулировки. Стёпин, по всей видимости не найдя лучшего термина, останавливается на использовании выражения ‘операциональное определение’, что оставляет ассоциации с операционализмом Бриджмена. Стёпин, конечно, описывает отличие своей позиции от таковой у Бриджмена, но формулировки ван Фрассена мне понравились больше. Правда следует отметить, что книга ван Фраассена появилась в 2008 году, после книги Стёпина.
Эмпирические схемы, вводимые Стёпиным при рассмотрении измерительных приборов, можно сравнить с рассмотрением измерений в книге Пьера Дюгема (см. ‘Пьер Дюгем: Физическая теория, её цель и строение‘). Приведу цитату Дюгема из раздела с выразительным названием ‘Только теоретическое истолкование явлений делает возможным употребление инструментов‘ главы ‘Физический опыт‘:
‘Когда физик производит какой-нибудь опыт, ум его одновременно занимают два прекрасно различаемых представления об инструменте, с которым он работает: одно есть образ конкретного инструмента, с которым он действительно работает, другое — схематический тип того же инструмента, построенный с помощью символов, данных теориями. И именно к этому второму инструменту, идеальному и символическому, он применяет законы и формулы физики.’
Рассмотрение в книге Стёпина этого вопроса мне понравилось. В целом можно отметить согласие между Стёпиным, Дюгемом и ван Фраассеном в вопросе о связи теории физики и фактов экспериментальных измерений — разрешение этого вопроса невозможно без рассмотрения исторического развития. Цитата из книги Стёпина по этому поводу:
‘Однако возникает сложная проблема, которая дискутируется в методологической литературе: получается, что для установления факта нужны теории, а они, как известно, должны проверяться фактами. Данная проблема решается только в том случае, если взаимодействие теории и факта рассматривается исторически.’
Как я уже упоминал, в последующих главах есть интересное рассмотрение истории создания теории электромагнитного поля в 19-ом веке и квантовой электродинамики в 20-ом веке. Приведу только краткую характеристику для теории Максвелла:
‘Анализ истории электродинамики Максвелла показывает, что при построении развитой теории исследователь может не обращаться непосредственно к экспериментальным данным, а использовать в качестве эмпирического материала теоретические знания предшествующего уровня (Дж. Максвелл не оперирует непосредственно данными опыта, а учитывает их косвенно, прибегая к теоретическим схемам Фарадея, Кулона, Ампера и др.). В этом плане история электродинамики является свидетельством того, что для построения новой теории не обязательно проводить новые эксперименты.’
Это описание Стёпина совпадает с представление Дюгема о создании теории физики при попытке объединить известные законы. Но эта позиция должна быть изменена в 20-ом веке, как это показано Стёпином на примере создания квантовой электродинамики. В этом отношении книга Стёпина одна из немногих в философии науки, где уделяется специальное внимание связи между теорией физики, математической структурой и проводимыми измерениями с использованием приборов.
P.S. Стёпин отмечает влияние идей Щедровицкого:
‘Анализ исторической динамики знания я соединил с принципами деятельностного подхода, в разработке которого в 1960–70-е гг. выдающуюся роль сыграли Г. П. Щедровицкий и Э. Г. Юдин. Их исследования оказали влияние и на мое понимание науки и ее развития.’
Однако непонятно, насколько изложение Стёпина соответствует идеям Щедровицкого, см. обсуждение с kaktus77.
Информация
В. С. Стёпин, Теоретическое знание: структура, историческая эволюция, 2021.
См. также: Что такое постнеклассическая наука?