YourLib.net
Твоя библиотека
Главная arrow Введение в философию и методологию науки (Е.В. Ушаков) arrow 2.2. Описание, сравнение, измерение
2.2. Описание, сравнение, измерение

2.2. Описание, сравнение, измерение

   Описание, сравнение, измерение — это исследовательские процедуры, входящие в состав эмпирических методов и являющиеся различными вариантами получения исходной информации об изучаемом объекте в зависимости от способа ее первичного структурирования и языкового выражения.
   Действительно, исходные эмпирические данные для их фиксации и дальнейшего использования должны быть представлены в каком-то специальном языке. В зависимости от логико-концептуальной структуры этого языка возможно говорить о различных видах понятий, или терминов. Так, Р. Карнап делит научные понятия на три основные группы: классификационные, сравнительные, количественные. Отталкиваясь от вида используемых терминов, мы можем выделять, соответственно, описание, сравнение, измерение.
   1. Описание
   Описание — это получение и репрезентация эмпирических данных в качественных терминах. Как правило, описание опирается на повествовательные, или нарративные схемы, использующие естественный язык. Отметим, что в определенном смысле изложение в терминах сравнения и в количественных показателях тоже является разновидностью описания. Но мы здесь употребляем термин “описание” в узком смысле — как первичную репрезентацию эмпирического содержания в виде утвердительных фактуальных суждений. Предложения подобного рода, фиксирующие наличие или отсутствие какого-либо признака у данного объекта, в логике называются атрибутивными, а термины, которые выражают те или иные свойства, приписываемые данному объекту, — предикатами.
   Понятия, функционирующие как качественные, в общем случае характеризуют изучаемый предмет вполне естественным способом (например, когда мы описываем жидкость как “не имеющую запаха, прозрачную, с осадком на дне сосуда” и т.п.). Но они могут использоваться и более специальным образом, соотнося предмет с определенным классом. Именно так используются таксономические, т.е. проводящие определенную классификацию понятия в зоологии, ботанике, микробиологии. Это означает, что уже на стадии качественного описания происходит концептуальное упорядочение эмпирического материала (его характеризация, группировка, классификация).
   В прошлом описательные (или дескриптивные) процедуры играли в науке достаточно важную роль. Многие дисциплины имели раньше сугубо описательный характер. Например, в новоевропейской науке вплоть до XVIII в. ученые-естественники работали в стиле “естественной истории”, составляя объемистые описания всевозможных свойств растений, Минералов, веществ и т.п., (причем с современной точки зрения часто несколько бессистемно), выстраивая длинные ряды качеств, сходств и отличий предметов между собой.
   Сегодня описательная наука в целом потеснена в своих позициях направлениями, ориентированными на математические методы. Однако и сейчас описание как средство репрезентации эмпирических данных не потеряло своего значения. В биологических науках, где именно непосредственное наблюдение и дескриптивное представление материала явились их началом, и сегодня продолжают существенно использовать дескриптивные процедуры в таких дисциплинах, как ботаника и зоология. Важнейшую роль играет описание и в гуманитарных науках: истории, этнографии, социологии и др.; а также в географических и геологических науках.
   Разумеется, описание в современной науке приняло несколько другой характер по сравнению с его прежними формами. В современных дескриптивных процедурах большое значение имеют стандарты точности и однозначности описаний. Ведь подлинно научное описание опытных данных должно иметь одно и то же значение для любых ученых, т.е. должно быть универсальным, постоянным по своему содержанию, имеющим интерсубъективную значимость. Это означает, что необходимо стремиться к таким понятиям, смысл которых уточнен и закреплен тем или иным признанным способом. Конечно, описательные процедуры изначально допускают некоторую вероятность неоднозначности и неточности изложения. Например, в зависимости от индивидуального стиля того или иного ученого-геолога описания одних и тех же геологических объектов оказываются порой значительно отличающимися друг от друга. То же происходит и в медицине при первичном обследовании пациента. Однако в целом эти расхождения в реальной научной практике корректируются, приобретая большую степень достоверности. Для этого используются специальные процедуры: сравнение данных из независимых источников информации, стандартизация описаний, уточнение критериев для использования той или иной оценки, контроль со стороны более объективных, инструментальных методов исследования, согласование терминологии и др.
   Описание, как и все прочие процедуры, применяемые в научной деятельности, постоянно совершенствуется. Эго позволяет ученым и сегодня отводить ему важное место в методологии науки и полноценно использовать его в современном научном познании.
   может казаться испытуемому в психологическом тесте более приятным, чем другой и т.п. Операция сравнения с логической точки зрения репрезентируется суждениями отношения (или релятивными суждениями). Замечательно то, что операция сравнения выполнима и тогда, когда у нас нет четкого определения какого-либо термина, нет точных эталонов для сравнительных процедур. Скажем, мы можем не знать, как выглядит “совершенный” красный цвет, и не уметь его охарактеризовать, но при этом вполне можем сравнивать цвета по степени “удаленности” от предполагаемого эталона, говоря, что один из семейства похожих на красный цвет явно светлее красного, другой — темнее, третий — еще темнее, чем второй и т.п.
   При попытке прийти к единому мнению в вопросах, вызывающих трудности, лучше использовать суждения отношения, чем простые атрибутивные предложения. Скажем, при оценке некоторой теории вопрос о ее однозначной характеризации как истинной может вызывать серьезные затруднения, в то время как гораздо легче прийти к единству в сравнительных частных вопросах о том, что эта теория лучше согласуется с данными, чем теория- конкурент, или же что она проще другой, интуитивно правдоподобнее и т.п.
   Эти удачные качества релятивных суждений и способствовали тому, что сравнительные процедуры и сравнительные понятия заняли важное место в научной методологии. Значение терминов сравнения заключается еще и в том, что с их помощью удается добиться весьма заметного повышения точности в понятиях там, где методы прямого введения единиц измерения, т.е. перевода на язык математики, не срабатывают в силу специфики данной научной области. Эго касается прежде всего гуманитарных наук. В таких областях благодаря использованию терминов сравнения удается построить определенные шкалы с упорядоченной структурой, подобной числовому ряду. И именно потому, что сформулировать суждение отношения оказывается легче, чем дать качественное описание в абсолютной степени, термины сравнения позволяют упорядочить предметную область без введения четкой единицы измерения. Типичным примером такого подхода является шкала Мооса в минералогии. Она используется для определения сравнительной твердости минералов. Согласно этой методике, предложенной в 1811 г. Ф. Моосом, один минерал считается тверже другого, если оставляет на нем царапину; на этой базе вводится условная 10-балльная шкала твердости, в которой твердость талька принимается за 1, твердость алмаза — за 10.
   Шкалирование активно применяется и в гуманитарных науках. Так, важную роль оно играет в социологии. Примером распространенных методик шкалирования в социологии могут служить шкалы Терстоуна, Ликер- та, Гуттмана, каждая из которых имеет как свои достоинства, так и недостатки. Шкалы могут сами быть классифицированы по их информативным возможностям. Например, С. Стивенс в 1946 г. предложил подобную классификацию для психологии, различая шкалу номинальную (представляющую собой неупорядоченное множество классов), ранговую (в которой разновидности признака расположены в восходящем или нисходящем порядке, по степени обладания признаком), пропорциональную (позволяющую не только выразить отношение “больше — меньше”, как ранговая, но и создающую возможности более детального измерения сходств и различий между признаками).
   Введение шкалы для оценки тех или иных феноменов, пусть даже и недостаточно совершенной, уже создает возможность упорядочить соответствующую область явлений; введение же более или менее разработанной шкалы оказывается весьма эффективным приемом: ранговая шкала, несмотря на свою простоту, позволяет вычислять т.н. ранговые коэффициенты корреляции, характеризующие выраженность связи между различными явлениями. Кроме того, существует и такой усложненный метод, как использование многомерных шкал, структурирующих информацию сразу по нескольким основаниям и позволяющих более точно охарактеризовать какое-либо интегральное качество.
   Для выполнения операции сравнения требуются определенные условия и логические правила. Прежде всего должна существовать известная качественная однородность сравниваемых объектов; эти объекты должны принадлежать к одному и тому же естественно сформированному классу (естественному виду), как, например, в биологии мы сравниваем строение организмов, относящихся к одной таксономической единице. Далее, сравниваемый материал должен подчиняться определенной логической структуре, которая в достаточной мере может быть описана т.н. отношениями порядка. В логике эти отношения хорошо изучены: предложена аксиоматизация этих отношений с помощью аксиом порядка, описаны разнообразные порядки, например частичная упорядоченность, линейная упорядоченность.
   В логике известны и специальные сравнительные приемы, или схемы. К их числу относятся прежде всего традиционные методы изучения взаимосвязи признаков, которые в стандартном курсе логики называются методами выявления причинной связи и зависимости явлений, или методами Бэкона—Милля. Эти методы описывают ряд простых схем исследовательского мышления, которые ученые применяют при выполнении процедур сравнения почти автоматически. Значительную роль при сравнительном исследовании играют и умозаключения по аналогии.
   В том случае, когда операция сравнения выходит на первое место, становясь как бы смысловым ядром всего научного поиска, т.е. выступает ведущей процедурой в организации эмпирического материала, говорят о сравнительном методе в той или иной области исследований. Ярким примером этого служат биологические науки. Сравнительный метод сыграл важнейшую роль в становлении таких дисциплин, как сравнительная анатомия, сравнительная физиология, эмбриология, эволюционная биология и др. С помощью процедур сравнения осуществляют качественное и количественное изучение формы и функции, генезиса и эволюции организмов. С помощью сравнительного метода упорядочивается знание о многообразных биологических феноменах, создается возможность выдвижения гипотез и создания обобщающих концепций. Так, на основе общности морфологического строения тех или иных организмов естественным образом выдвигают гипотезу об общности и их происхождения или жизнедеятельности и т.п. Другим примером систематического развертывания сравнительного метода может служить проблема дифференциальной диагностики в медицинских науках, когда именно сравнительный метод становится ведущей стратегией анализа информации о сходных симптомокомплексах. Чтобы детально разобраться в многокомпонентных, динамичных массивах информации, включающих различного рода неопределенности, искажения, многофакторные феномены, применяют сложные алгоритмы сравнения и обработки данных, включая и компьютерные технологии.
   Итак, сравнение как исследовательская процедура и форма репрезентации эмпирического материала является важным концептуальным средством, позволяющим добиваться значительного упорядочения предметной области и уточнения понятий, служит эвристическим инструментом для выдвижения гипотез и дальнейшего теоретизирования; оно может приобретать ведущее значение в тех или иных исследовательских, ситуациях, выступая в роли сравнительного метода.
   1) субъект, или наблюдатель, который осуществляет измерение;
   2) результат измерения, который подлежит дальнейшей интерпретации.
   Результат процедуры измерения выражается, как и результат сравнения, в суждениях отношения, но в данном случае это отношение является численным, т.е. количественным.
   Измерение осуществляется в определенном теоретико-методологическом контексте, включающем и необходимые теоретические предпосылки, и методологические установки, и инструментальное оснащение, и практические навыки. В научной практике измерение далеко не всегда представляет собой относительно простую процедуру; значительно чаще для его проведения требуются сложные, специально подготовленные условия. В современной физике сам процесс измерения обслуживается достаточно серьезными теоретическими конструкциями; они содержат, например, совокупность допущений и теорий об устройстве и действии самой измерительно-экспериментальной установки, о взаимодействии измерительного прибора и изучаемого объекта, о физическом смысле тех или иных величин, полученных в результате измерения. Концептуальный аппарат, поддерживающий процесс измерения, включает также специальные системы аксиом, касающиеся измерительных процедур (аксиомы А.Н. Колмогорова, теория Н. Бурбаки).
   Для иллюстрации круга проблем, относящихся к теоретическому обеспечению измерения, можно указать на различие измерительных процедур для величин экстенсивных и интенсивных. Экстенсивные (или аддитивные) величины измеряются с помощью более простых операций. Свойством аддитивных величин является то, что при некотором естественном соединении двух тел значение измеряемой величины полученного объединенного тела будет равняться арифметической сумме величин составляющих тел. К таким величинам относятся, например, длина, масса, время, электрический заряд. Совершенно другой подход требуется для измерения величин интенсивных, или неаддитивных. К таким величинам относятся, например, температура, давление газа. Они характеризуют не свойства единичных объектов, а массовые, статистически фиксируемые параметры коллективных объектов. Для измерения подобных величин требуются особые правила, с помощью которых можно упорядочить область значений интенсивной величины, построить шкалу, выделить на ней фиксированные значения, задать единицу измерения. Так, созданию термометра предшествует совокупность специальных действий по созданию шкалы, пригодной для измерения количественного значения температуры.
   Измерения принято делить на прямые и косвенные. При проведении прямого измерения результат достигается непосредственно, из самого процесса измерения. При косвенном же измерении получают значение каких-то других величин, а искомый результат достигается с помощью вычисления на основании определенной математической зависимости между данными величинами. Многие явления, недоступные прямому измерению, такие как объекты микромира, удаленные космические тела, могут быть измерены только косвенным способом.
   Объективность измерения. Важнейшей характеристикой измерения является объективность достигаемого им результата. Поэтому нужно четко отличать собственно измерение от других процедур, поставляющих эмпирическим объектам какие-либо численные значения: арифметизации, представляющей собой произвольное количественное упорядочивание объектов (скажем, приписыванием им баллов, каких-либо номеров), шкалирования, или ранжирования, основанного на процедуре сравнения и упорядочивающего предметную область достаточно грубыми средствами, часто в терминах т.н. нечетких множеств. Типичным примером такого -ранжирования является система школьных оценок успеваемости, которая, конечно, не является измерением.
   Цель измерения — определить численное отношение изучаемой величины к другой, однородной с ней величине (принятой за единицу измерения). Эта цель предполагает обязательное наличие шкалы (как правило, равномерной) и единицы измерения. Результат измерения должен фиксироваться вполне однозначно, быть инвариантным относительно средств измерения (скажем, температура должна быть одинаковой независимо от субъекта, осуществляющего измерение, и от того, каким термометром она измеряется). Если исходная единица измерения выбирается относительно произвольно, в силу некоего соглашения (т.е. конвенционально), то результат измерения должен иметь действительно объективный смысл, выражаться определенным значением в выбранных единицах измерения. Измерение, т.о., содержит как конвенциональные, так и объективные составляющие.
   Однако на практике добиться равномерности шкалы и стабильности единицы измерения часто оказывается не таким уж легким делом: так, обычная процедура измерения длины требует наличия жестких и строго прямолинейных измерительных шкал, а также стандартного эталона, не подверженного изменениям; в тех научных областях, где первостепенное значение приобретает максимальная точность измерения, создание таких измерительных инструментов может представить значительные трудности технического и теоретического плана.
   Точность измерения. Понятие точности следует отличать от понятия объективности измерения. Конечно, часто эти понятия выступают синонимами. Однако между ними есть и определенное отличие. Объективность — это характеристика смысла измерения как познавательной процедуры. Измерять можно только объективно существующие величины, которые обладают свойством быть инвариантными к средствам и условиям измерения; наличие объективных условий для измерения — это принципиальная возможность создать ситуацию для измерения данной величины. Точность же — это характеристика субъективной стороны процесса измерения, т.е. характеристика нашей возможности зафиксировать значение объективно существующей величины. Поэтому измерение — это процесс, который, как правило, можно бесконечно совершенствовать. Когда имеются объективные условия для измерения, операция измерения становится выполнимой, но она практически никогда не может быть выполненной в совершенной мере, т.е. реально используемый измерительный прибор не может быть идеальным, абсолютно точно воспроизводящим объективную величину. Поэтому исследователь специально формулирует для себя задачу добиться требуемой степени точности, т.е. той степени точности, которая достаточна для решения конкретной задачи и дальше которой в данной исследовательской ситуации повышать точность просто нецелесообразно. Иными словами, объективность измеряемых величин является необходимым условием измерения, точность достигаемых значений — достаточным.
   Итак, можно сформулировать соотношение объективности и точности: ученые измеряют объективно существующие величины, но измеряют их лишь с некоторой степенью точности.
   Интересно отметить, что само требование точности, предъявляемое в науке к измерениям, возникло относительно поздно — лишь в конце XVI в., оно и было как раз связано со становлением нового, математически ориентированного естествознания. А. Койре обращает внимание на то, что предыдущая практика вполне обходилась без требования точности: так, чертежи машин строились на глазок, приблизительно, а в повседневной жизни не существовало единой системы мер — веса и объемы измерялись различными “местными способами”, не существовало постоянного измерения времени. Мир стал меняться, становиться “более точным” лишь с XVII в., и этот импульс во многом шел из науки, в связи с ее возрастающей ролью в жизни общества.
   Понятие точности измерения связано с инструментальной стороной измерения, с возможностями измерительных приборов. Измерительным прибором называют средство измерения, предназначенное для получения информации об изучаемой величине; в измерительном приборе измеряемая характеристика тем или иным способом преобразуется в показание, которое фиксируется исследователем. Технические возможности приборов приобретают решающее значение в сложных исследовательских ситуациях. Так, измерительные приборы классифицируются по стабильности показаний, чувствительности, пределам измерений и другим свойствам. Точность прибора зависит от многих параметров, являясь интегральной характеристикой измерительного инструмента. Величина создаваемого прибором отклонения от требуемой степени точности называется погрешностью измерения. Погрешности измерений принято делить на систематические и случайные. Систематическими называют такие, которые имеют постоянное значение во всей серии измерений (либо изменяются по известному закону). Зная числовое значение систематических погрешностей, их можно учесть и нейтрализовать в последующих измерениях. Случайными же называются погрешности, которые имеют несистематический характер, т.е. вызываются разного рода случайными факторами, мешающими исследователю. Они не могут быть учтены и исключены, как систематические погрешности; однако в обширном массиве измерений с помощью статистических методов все же возможно выявить и учесть наиболее характерные случайные погрешности.
   Отметим, что комплекс важных проблем, связанных с точностью и погрешностями измерения, с допустимыми интервалами погрешности, с методами повышения точности, учета ошибок и т.п., решается в специальной прикладной дисциплине — теории измерения. Более общие вопросы, касающиеся методов и правил измерения вообще, разбираются в науке метрологии. В России основоположником метрологии был Д. И. Менделеев. В 1893 г. им была создана Главная палата мер и весов, которая провела большую работу по организации и внедрению метрической системы в нашей стране.
   Измерение как цель исследования. Точное измерение той или иной величины может само но себе иметь важнейшее теоретическое значение. В таком случае получение максимально точного значения изучаемой величины само становится целью исследования. В том случае, когда процедура измерения оказывается достаточно сложной, требующей специальных экспериментальных условий, говорят об особом измерительном эксперименте. В истории физики одним из самых известных примеров этого рода является знаменитый эксперимент А. Майкельсона, который на самом деле не был однократным, а представлял собой многолетнюю серию экспериментов но измерению скорости “эфирного ветра”, проведенных А. Майкельсоном и его последователями. Зачастую совершенствование измерительной техники, применяемой в экспериментах, приобретает важнейшее самостоятельное значение. Так, А. Майкельсон получил в 1907 г. Нобелевскую премию не за свои экспериментальные данные, а за создание и применение высокоточных оптических измерительных приборов.
   Интерпретация результатов измерения. Полученные результаты, как правило, не являются непосредственным завершением научного исследования. Они подлежат дальнейшему осмыслению. Уже в ходе самого измерения исследователь оценивает достигнутую точность результата, его правдоподобие и приемлемость, значение для теоретического контекста, в который включена данная исследовательская программа. Итогом такой интерпретации подчас становится продолжение измерений, причем часто это ведет к дальнейшему совершенствованию измерительной техники, корректировке концептуальных предпосылок. Теоретический компонент играет важную роль в измерительной практике. Примером сложности теоретико-интерпретационного контекста, окружающего сам процесс измерения, является серия опытов по измерению заряда электрона, проводимых Р.Э. Милликеном, с их изощренной интерпретационной работой и возрастающей точностью.
   Принцип относительности к средствам наблюдения и измерения. Однако не всегда точность измерения может неограниченно повышаться с совершенствованием измерительных приборов. Существуют ситуации, где достижение точности измерения физической величины ограничено объективно. Этот факт был обнаружен в физике микромира. Он отражен в знаменитом принципе неопределенности В. Гейзенберга, согласно которому при повышении точности измерения скорости движения элементарной частицы растет неопределенность ее пространственной координаты, и наоборот. Результат В. Гейзенберга был осмыслен Н. Бором как важное методологическое положение. Позже известный отечественный физик ВА Фок обобщил его как “принцип относительности к средствам измерения и наблюдения”. Этот принцип на первый взгляд противоречит требованию объективности, согласно которому измерение должно быть инвариантно относительно средств измерения. Однако дело здесь в объективной же ограниченности самой процедуры измерения; например, сами исследовательские средства могут вносить возмущающий эффект в среду, и существуют действительные ситуации, где отвлечься от этого эффекта невозможно. Ярче всего влияние исследовательского прибора на изучаемое явление видно в квантовой физике, но этот же эффект наблюдается и, например, в биологии, когда при попытке изучить биологические процессы исследователь вносит в них необратимую деструктуризацию. Таким образом, измерительные процедуры имеют объективную границу применимости, связанную со спецификой изучаемой предметной области.
   Итак, измерение — важнейшая исследовательская процедура. Для проведения измерений требуется специальный теоретико-методологический контекст. Измерение обладает характеристиками объективности и точности. В современной науке часто именно измерение, проведенное с требуемой точностью, служит мощным фактором прироста теоретического знания. Существенную роль в процессе измерения играет теоретическая интерпретация полученных результатов, с помощью которой осмысливаются и совершенствуются и сами измерительные средства, и концептуальное обеспечение измерения. В качестве исследовательской процедуры измерение далеко не универсально в своих возможностях; оно имеет границы, связанные со спецификой самой предметной области.

 
< Пред.   След. >