Посвящается 303 годовщине Михаила Васильевича Ломоносова.
Вопросу о соотношении эмпирических и теоретических знаний в развитии науки посвящено много работ. Но до сих пор ни в методологической литературе, ни в головах ученых однозначного, общепринятого решения этого вопроса нет. И дело даже не только в том, что сложно дать исчерпывающие однозначные определения того, что есть теоретические, фундаментальные исследования, а что следует отнести к чисто эмпирическим, экспериментальным, но и, в не меньшей степени, в том, что сами понятия «теоретический» и «эмпирический» изменяют свое смысловое содержание в зависимости от уровня и цели познания вещества.
Например, химик, работающий с каким-либо соединением просто для того, чтобы удовлетворить свое любопытство, узнать, а не обладает ли данное соединение неизвестными до сих пор свойствами, - занимается теоретическими или эмпирическими исследованиями? С одной точки зрения, этот химик проводит фундаментальные исследования – изучает неизвестное, стремится к получению новых знаний. Но если он захочет выяснить, не повышает ли данное соединение выход какой-либо реакции, уменьшает коррозию металла, позволяет предупредить какое-либо заболевание, то вид его деятельности следует отнести к прикладным исследованиям.
Если же такой исследователь будет пытаться объяснить причины, механизмы, обуславливающие проявление у вещества новых свойств (что естественно для ученого), то его деятельность следует признать теоретической, фундаментальной.
Таким образом, формулирование цели исследования объекта во многом определяет отнесение его к тому или иному виду, типу познания. Уже это свидетельствует об относительности, абстрактности выделения, характеристики самого исследования какой-то конкретной формой познания.
С другой стороны, степень глубины и достоверности познания того или иного явления, процесса определяет отнесение данного исследования к эмпирическому, теоретическому или гипотетическому типу познания. Так, во всех учебниках мы встречаемся с описанием представлений тех или иных теорий, например, теории химического строения А.М. Бутлерова, теории электролитической диссоциации С. Аррениуса, теории кислот и оснований Н. Бренстеда, теории растворов и т.д. Никто не сомневается в практической значимости и полезности используемых в этих «теориях» обобщениях экспериментально наблюдаемых корреляций между определенными эмпирическими характеристиками веществ, объектов, процессов. Но некоторые положения, основания подобных «теорий», с точки зрения современного уровня развития науки следует признать неверными, ошибочными или, по меньшей мере, недостаточно обоснованными.
Например, в основе популярной, преподаваемой в школе "теории" Аррениуса (изначально это была гипотеза) лежит допущение, опровергаемое современной физической химией: самопроизвольная термическая диссоциация «молекул» электролитов на заряженные частицы в растворах невозможна. Не хватит энергии. Теория кислот и оснований Бренстеда, по существу, основывается на «теории» Аррениуса, предполагая физически неосуществимый в жидкой фазе процесс «отщепления» протона от кислоты. Свободных протонов в конденсированных системах быть не может.
Теория химического строения Бутлерова оперировала понятием химической связи, природа которой, еще долгое время была совершенно непонятна (до создания квантово-механической теории). Да и сейчас нельзя утверждать, что построена полная теория химической связи.
Таких теорий в химии большинство и объединяет их ярко выраженный феноменологический характер. У физиков подобного вида теорий также достаточно много. И все они в большей или меньшей степени выполняют основные функции теории: объяснительную и предсказательную. Вопрос об отнесении того или иного вида деятельности ученого, того или иного типа познания к теоретическому или эмпирическому до сих пор остается дискуссионным.
Учитывая 303-летие со дня рождения М.В.Ломоносова, представляется интересным рассмотреть взгляды этого выдающегося русского ученого-энциклопедиста, первого российского физикохимика, торившего тропу познания сути веществ в просторах научного бездорожья России 18-го века, на проблемы соотношения и роли экспериментальных и теоретических знаний в развитии химии.
«Если кто-нибудь на огне в сосуде, наполненном водою или другою жидкостью, умеет вызвать кипение и поддерживать его, тот будет называться практиком. Если же он будет знать, что вода приводится в кипение воздухом, расширившимся в ней от огня и выходящим из нее, то будет теоретиком». (Все цитаты взяты из книги: «М.В. Ломоносов. Избранные философские сочинения. Москва: Соцэкгиз. 1940.–344с.»).
Теория, по Ломоносову, должна объяснять причины изменения свойств веществ. И в тот исторический период (30-60-е годы 18 века) Ломоносов, основываясь на работах Христиана Вольфа, которого он считал своим учителем, принял в качестве научного императива идеи, что «все изменения тел происходят посредством движения» корпускул («частичек, сущностей, сложных, ненаблюдаемых»), различающихся по «протяженности», «фигуре», массе, и их «сцеплением» между собой».
«…Различные качества и явления разнородных тел происходят от различия состава…» и «обусловлены разным сцеплением частичек». «От различного сцепления частичек прежде всего происходят тела твердые и жидкие». «…Все, что протяженно и движется, подчинено законам механики». И, поскольку «наука о движении есть механика», то химические изменения «могут быть объяснены законами механики». «Поэтому, если кто хочет глубже проникнуть в исследование химических истин, то должен необходимо изучать механику». «Так как знание механики предполагает знание чистой математики, то стремящийся к ближайшему изучению химии должен хорошо знать и математику».
Экспериментальную, или практическую, химию Ломоносов определял как науку «о том, как из немногих взятых тел производить новые».
«Химик-практик тот, кто обладает историческим познанием изменений, происходящих в смешанном теле». «Теоретическая химия состоит в философском познании изменений смешанного тела» «Химик-теоретик – тот, кто обладает философским познанием изменений, происходящих в смешанном теле».
«Занимающиеся одной практикой не истинные химики». «И те, которые занимаются одними теоретическими соображениями, не могут считаться истинными химиками».
«Истинный химик должен быть теоретиком и практиком. Химик должен доказывать все, что приводится в химии. Но то, что он доказывает, ему надо сперва познать» (т.е. быть практиком). «Далее он должен доказывать познанное, то есть давать ему объяснение, что предполагает философское познание». «Истинный химик … должен быть всегда философом». И при этом «один опыт я предпочту шестистам мнениям, рожденным единственно воображением».
Соотношение эмпирических и теоретических знаний в структуре и динамике научного познания следует рассматривать с позиций существования в настоящее время различных типов, видов, уровней исследовательской, познавательной деятельности. Обычно выделяют теоретический и эмпирический уровни научного исследования, научного познания и соответствующие им теоретические и экспериментальные методы исследования.
Эмпирический уровень познания в химии – это непосредственное (через органы чувств) или опосредованное (через приборы) взаимодействие исследователя с изучаемыми объектами, фиксация субъективных ощущений различными органами чувств наблюдаемых явлений, кодируемых далее знаками, символами, словами, понятиями (цвет, звук, тепло, размер, агрегатное состояние и т.д.).
Теоретический уровень – это операции с символами, знаками, числами, словами, понятиями по определенным правилам логики и математики.
На эмпирическом уровне выявляются функциональные взаимоотношения, взаимозависимости, корреляции между свойствами (названиями изменения состояния веществ), процессами, событиями, явлениями. Например, при нагревании тела расширяются, произведение объема газа на его давление при постоянной температуре величина постоянная, сила действия равна силе противодействия и т.д..
На теоретическом уровне познания раскрывается сущность процессов, событий, явлений, зависимостей посредством построения моделей, формулирования законов, принципов, выявления внутренних и внешних взаимосвязей, механизмов взаимовлияния, предопределенностей условий и результатов на основе наиболее общих теорий физики и математики (молекулярно-кинетическая теория, квантовая механика, термодинамика и т. д.).
Эмпирическое и теоретическое познания различаются по способу рассмотрения объекта, процесса, события, явления, средствам и методам исследования. Можно сказать, что у данного объекта исследования (вещество, тело, процесс, явление) имеются различные предметы познания (то, что необходимо знать об объекте).Например, вода - как объект познания - может иметь множество предметов познания: физические свойства, химические свойства, биологические свойства, экологические свойства, социальное значение... Любую науку можно идентифицировать по объектам, предметам и методам её познания.
Изучение поведения объекта среди подобных объектов как результат, последствие того или иного воздействия на рассматриваемый объект других объектов различными измеряемыми способами (механическими, термическими, электрическими, оптическими и т.д.), изучение их взаимосвязей (корреляций) – это эмпирический подход, уровень исследования.
Если же производится изучение, выявление механизмов, взаимосвязи свойств, взаимовлияния объектов, то есть выяснение того, какие внутренние изменения объекта, его состава, строения, характера взаимодействия и движения составляющих объект частей и частиц (атомно-молекулярных, ионов, ассоциатов, кластеров, фаз, структур и т.д.), определяют наблюдаемые изменения внешних параметров объекта, его свойств, качеств, функций, состояний, положений – то это теоретический подход, уровень исследования.
М.В. Ломоносов был убежден, что теоретическими основами химии должны стать механика и математика: «положить в основание химии начала механики и сделать ее точной наукою». Смысл теоретических исследований по Ломоносову состоит в нахождении «законов механики в изменениях смешанных тел», то есть в объяснении химических превращений веществ в результате изменения их состава (корпускулы простые и сложные), способа их взаимного расположения (строение вещества), «разницы их сцепления» (вида химических связей) и движения (поступательного, вращательного, колебательного). Эти концептуальные представления находятся в полном идеологическом согласии с современными представлениями о задачах химической теории и путях их решения.