По своей логической структуре предсказание совпадает с объяснением. Однако, несмотря на тождество логических структур, между объяснением и предсказанием имеется принципиальное различие. В обоих случаях мы имеем дело с логическим выводом, но при объяснении мы отталкиваемся от истинности заключения и ищем посылки, из которых оно следует, а при предсказании мы движемся от известных посылок и утверждаем, что заключение должно быть истинно. При объяснении неверными могут оказаться наши посылки, в предсказании может оказаться ложным заключение.
Подлинно научное объяснение, опирающееся на знание причинных связей между явлениями действительности, т.е. на закон, может служить основой для предсказания. Если эксплананс объяснения содержит закон, а не случайно истинное обобщение, то, изменяя частные условия, мы можем вывести из закона высказывания о тех фактах, которые еще не были установлены нами опытным путем. Например, нам известно, что чем тяжелее лодка, тем быстрее она плывет по течению. Из этого закона мы можем вывести предсказание: весло, упавшее с лодки в воду и плывущее по течению, должно отстать от лодки.
Характерная особенность предсказания заключается в том, что оно всегда относится к неизвестным событиям: либо к тем объектам и ситуациям, которые еще не существуют в настоящем и лишь возникнут в будущем, либо к объектам, которые уже существуют, но еще не стали предметом наблюдения или эксперимента. Например, метеоролог может предсказать погоду на завтра, но может сделать предсказание и о том, каковы погодные условия в настоящее время в том районе, где в данный момент отсутствуют наблюдатели. Предсказания могут относиться и к событиям прошлого – в этом случае их называют «ретросказаниями». Царапины на валунах позволяют геологу сделать вывод о том, что через данную местность много лет назад двигался ледник. Такой вывод будет ретросказанием [1, c. 263].
Ядро науки составляет собственно научно-исследовательская деятельность, направленная на выработку новых знаний, их систематизацию и определение сфер их приложения. В течение времени определилась структура научного познания, в которой выделяют уровни и формы научного познания.
Объяснение и понимание это два взаимодополняющих познавательных процесса, которые используются в любой области научного познания. Объяснение – это переход от более общих знаний к более конкретным эмпирическим. Объяснение позволяет осуществлять предвидение и предсказание будущих процессов.
С точки зрения источника, содержания и направленности познавательного интереса различают эмпирический и теоретический уровни исследования и организации знания.
Эмпирическое (от лат. empeiria – опыт) познание направлено непосредственно на объект и опирается на данные наблюдения и эксперимента. Исторически и логически этот уровень познания был первым и доминировал в опытном естествознании XVII–XVIII вв. Основными средствами формирования и развития научного знания в это время были эмпирические исследования и последующая логическая обработка их результатов посредством эмпирических законов, обобщений и классификаций. Уже на этой стадии возникли первичные научные абстракции, сквозь призму которых осуществлялось упорядочение и классификация эмпирического материала, доставляемого в ходе наблюдений и экспериментов. В дальнейшем, такие логические формы, как типология, объяснительные схемы, идеальные модели выступили в качестве переходных от эмпирического уровня научного познания к теоретическому.
Теоретический уровень науки характеризуется тем, что основной его задачей является не описание и систематизация фактов действительности, а всестороннее познание объективной реальности в её существенных связях и закономерностях. Иными словами, на теоретическом уровне реализуется главное предназначение науки – открытие и описание законов, которым подчиняется природный и социальный мир. Теоретическое исследование связано с созданием и развитием понятийного аппарата, большое внимание здесь уделяется совершенствованию принципов и методов познания.
Эмпирический и теоретический уровни органически взаимосвязаны и дополняют друг друга в целостной структуре научного познания. Эмпирические исследования, доставляя новые данные, стимулируют развитие теория, которая, в свою очередь, открывает новые перспективы для объяснения и предвидения фактов, ориентирует и направляет опытную науку. Факты, доставляемые в ходе наблюдений и экспериментов, образуют, по образному сравнению физиолога И.П. Павлова, «воздух ученого». Но если наука ограничится эмпирическим уровнем, она превратиться в простое собирательство, накопление фактов. Френсис Бэкон называл такой подход «путем муравья» в познании. Если же ученые будут теоретизировать в тиши кабинетов, то они рискуют оторваться от жизни и уподобятся, опять-таки по Бэкону, пауку, плетущему паутину из нитей, которые сами же из себя и прядут. Поэтому единственно правильный выход – «путь пчелы», то есть взаимное дополнение одним другого эмпирического и теоретического уровней.
Под формой научного познания понимают способ организации содержания и результатов познавательной деятельности. Для эмпирического исследования такой формой является факт, а для теоретического – гипотеза и теория [6, c. 32].
Научный факт – это результат наблюдений и экспериментов, который устанавливает количественные и качественные характеристики объектов. Работа ученого на 80% состоит в наблюдениях над интересующим объектом с целью установления его устойчивых, повторяющихся характеристик. Когда исследователь убедится в том, что при соответствующих условиях объект всегда выглядит строго определенным образом, он подкрепляет этот результат с помощью эксперимента и, в случае подтверждения, формулирует научный факт. Например: тело, если оно тяжелее воздуха, будучи подброшенным вверх, обязательно упадет вниз.
Таким образом, научный факт – это нечто данное, установленное опытом и фиксирующее эмпирическое знание. В науке совокупность фактов образует эмпирическую основу для выдвижения гипотез и создания теория. Познание не может ограничиться фиксированием фактов, потому что это не имеет смысла: любой факт должен быть объяснен. А это уже задача теории.
Широко известен пример с яблоком Ньютона, падение которого на голову знаменитого ученого побудило последнего к объяснению этого события и привело, в конечном итоге, к созданию теории гравитации.
Теоретический уровень научного исследования начинается с выдвижения гипотез. С греческого гипотеза переводится как предположение. В качестве формы теоретического знания гипотезу определяют как предположительное знание, которое удовлетворительно объясняет эмпирические факты и не вступает в противоречие с основополагающими научными теориями. Гипотеза выдвигается для решения конкретной научной проблемы и должна удовлетворять определенным требованиям. К числу таких требований относятся релевантность, проверяемость, совместимость с существующим научным знанием, наличие объяснительных и предсказательных возможностей и простота.
Релевантность (от англ. relevant – уместный, относящийся к делу) гипотезы характеризует её отношение к фактам, для объяснения которых она создается. Если факты подтверждают или опровергают гипотезу, она считается релевантной.
Проверяемость гипотезы предполагает возможность сопоставления её результатов с данными наблюдений и экспериментов. Имеется в виду именно возможность такой проверки, а не требование обязательного её проведения. Многие гипотезы современной науки оперируют ненаблюдаемыми объектами, что требует совершенствования экспериментальной техники для их проверки. Те гипотезы, которые нельзя проверить в настоящее время, возможно будут проверены позже, с появлением более совершенных экспериментальных средств и методов.
Совместимость гипотез с существующим научным знанием означает, что она не должна противоречить установленным фактам и теории. Это требование относится к нормальному периоду в развитии науки и не распространяется на периоды кризисов и научных революций.
Объяснительная сила гипотезы состоит в количестве дедуктивных следствий, которые из неё можно вывести. Если из двух гипотез, претендующих на объяснение одного и того же факта, выводится разное количество следствий, то, соответственно, они обладают разными объяснительными возможностями. К примеру, гипотеза Ньютона об универсальной гравитации не только объясняла факты, обоснованные до этого Галилеем и Кеплером, но и дополнительное количество новых фактов. В свою очередь, те факты, которые остались за пределами объяснительных возможностей ньютоновской теории гравитации, были позже объяснены в общей теории относительности А. Эйнштейна.
Предсказательная сила гипотезы заключается в количестве событий, вероятность которых она в состоянии предугадать.
Критерий простоты гипотезы относятся к ситуациям, когда конкурирующие научные гипотезы удовлетворяют всем вышеуказанным требованиям и, тем не менее, нужно делать выбор в пользу одной из них. Серьёзным доводом может служить простота. Она предполагает, что одна гипотеза содержит меньше число посылок для выведения следствий, чем другая.
Выдвижение новых гипотез и их обоснование представляют очень сложный творческий процесс, в котором решающую роль играют интуиция и научная квалификация ученого. Какого-то определенного алгоритма в этом деле не существует. Общеизвестно, что большая часть научного существует в форме гипотез
Закон – следующая форма существования научного знания, в которую трансформируются гипотезы в результате всестороннего обоснования и подтверждения. В законах науки отражаются устойчивые, повторяющиеся, существенные связи между явлениями и процессами реального мира. В соответствие с принятой двухступенчатой структурой научного познания выделяют эмпирические и теоретические законы.