Дедуктивно-номологическая модель научного объяснения

Введение

Дедуктивная номологическая модель (модель DN) научного объяснения, также известная как модель Гемпеля, модель Гемпеля — Оппенгейма, модель Поппера — Гемпеля или модель охватывающего закона, представляет собой формальный подход к научному ответу на вопрос "Почему?". Модель DN рассматривает научное объяснение как дедуктивную структуру, в которой истинность предпосылок гарантирует истинность заключения, опираясь на точный прогноз или ретроспективное объяснение явления. Из-за проблем, связанных со способностью человека определять, обнаруживать и познавать причинность, она не учитывалась в первоначальных формулировках модели DN. Считалось, что причинность будет приближенно отражена реалистичным выбором предпосылок, выводящих интересующее явление из наблюдаемых начальных условий и общих законов. Тем не менее, модель DN формально допускала включение причинно нерелевантных факторов. Кроме того, вывод из наблюдений и законов иногда приводил к абсурдным результатам. После утраты популярности логического эмпиризма в 1960-х годах модель DN стала широко рассматриваться как ошибочная или существенно неполная модель научного объяснения. Однако она оставалась идеализированной версией научного объяснения, достаточно точно применимой к современной физике. В начале 1980-х годов в пересмотре модели DN был сделан акцент на максимальной специфичности условий и аксиом для обеспечения их релевантности. Вместе с индуктивной статистической моделью Гемпеля модель DN формирует модель охватывающего закона научного объяснения, которая, с критической точки зрения, также называется теорией субсумпции.

Форма

Термин «дедуктивный» отличает предполагаемый детерминизм модели DN от вероятности индуктивных умозаключений. Модель DN придерживается взгляда на научное объяснение, условия адекватности (CA) которого – полуформальные, но классически сформулированные – это выводимость (CA1), законосообразность (CA2), эмпирическое содержание (CA3) и истинность (CA4). В модели DN закон аксиоматизирует неограниченное обобщение от антецедента A к консеквенту B посредством условного утверждения – «Если A, то B» – и обладает проверяемым эмпирическим содержанием. Закон отличается от простой истинной регулярности – например, Джордж всегда носит в кошельке только однодолларовые купюры – тем, что подкрепляет контрфактические утверждения и, таким образом, предполагает, что должно быть истинным, следуя аксиоматической структуре научной теории. Объясняемое явление – это объясняемое (explanandum) – событие, закон или теория, в то время как посылки для его объяснения – это объясняющие (explanans), истинные или высоко подтвержденные, содержащие по крайней мере один универсальный закон и логически вытекающие из объясняемого. Рамки аристотелевской физики – аристотелевской метафизики – отражали перспективу этого преимущественно биолога, который, на фоне неоспоримой целесообразности живых существ, формализовал витализм и телеологию, внутреннюю мораль в природе. Однако с появлением коперниканизма Декарт ввел механическую философию, затем Ньютон строго сформулировал закономерное объяснение, и Декарт, и особенно Ньютон избегали телеологии в естественной философии. В 1740 году Дэвид Юм сформулировал «вилку Юма», выделил проблему индукции и пришел к выводу, что люди не обладают знанием о необходимой или достаточной причинности. Около 1780 года, в противовес радикальному эмпиризму Юма, Иммануил Кант подчеркнул крайний рационализм – как у Декарта или Спинозы – и искал золотую середину. Приписывая разуму упорядочивание опыта мира в субстанцию, пространство и время, Кант поместил разум как часть причинного констелляции опыта и тем самым признал теорию движения Ньютона универсально истинной, но знание вещей самих по себе – невозможным, и положил начало немецкому идеализму. Огюст Конт счел проблему индукции несущественной, поскольку перечислительная индукция основана на доступном эмпиризме, в то время как цель науки – не метафизическая истина. Конт обнаружил, что человеческое знание эволюционировало от теологического к метафизическому и, наконец, к научному – последней стадии, – отвергая как теологию, так и метафизику как задающие вопросы, на которые невозможно ответить, и предлагающие непроверяемые ответы. Конт в 1830-х годах изложил позитивизм – первую современную философию науки и одновременно политическую философию, – отвергая спекуляции о ненаблюдаемом, тем самым отказываясь от поиска причин. Позитивизм предсказывает наблюдения, подтверждает предсказания и формулирует закон, который затем применяется на благо человеческого общества. С конца XIX века и до начала XX века влияние позитивизма распространилось по всему миру. После поражения национал-социализма с окончанием Второй мировой войны в 1945 году логический позитивизм трансформировался в более умеренный вариант – логический эмпиризм. Все варианты этого движения, продолжавшегося до 1965 года, являются неопозитивизмом, разделяющим стремление к верификационизму. Неопозитивисты способствовали появлению философии науки как субдисциплины, исследующей такие вопросы и аспекты научной теории и знания. Неопозитивисты придерживались научного антиреализма в форме инструментализма, считая научную теорию просто инструментом для предсказания наблюдений и их хода, в то время как утверждения о ненаблюдаемых аспектах природы являются эллиптическими или метафорическими, а не описательными наблюдаемых аспектов. Наиболее подробное и влиятельное изложение модели DN было дано Карлом Г. Гемпелем, сначала в его статье 1942 года «Функция общих законов в истории», а затем более явно совместно с Полом Оппенгеймом в их статье 1948 года «Исследования в логике объяснения». Ведущий логический эмпирик Гемпель принял юмовское эмпирическое представление о том, что люди наблюдают последовательность сенсорных событий, а не причину и следствие. Вывод статистических законов из других статистических законов относится к дедуктивной статистической модели (DS-модель). Георг Хенрик фон Врайт, другой критик, назвал эту теорию теорией тотального подчинения.

The term deductive distinguishes the DN model's intended determinism from the probabilism of inductive inferences. The DN model holds to a view of scientific explanation whose conditions of adequacy (CA)—semiformal but stated classically—are derivability (CA1), lawlikeness (CA2), empirical content (CA3), and truth (CA4). In the DN model, a law axiomatizes an unrestricted generalization from antecedent A to consequent B by conditional proposition—If A, then B—and has empirical content testable. A law differs from mere true regularity—for instance, George always carries only $1 bills in his wallet—by supporting counterfactual claims and thus suggesting what must be true, while following from a scientific theory's axiomatic structure. The phenomenon to be explained is the explanandum—an event, law, or theory—whereas the premises to explain it are explanans, true or highly confirmed, containing at least one universal law, and entailing the explanandum. The framework of Aristotelian physics—Aristotelian metaphysics—reflected the perspective of this principally biologist, who, amid living entities' undeniable purposiveness, formalized vitalism and teleology, an intrinsic morality in nature. With emergence of Copernicanism, however, Descartes introduced mechanical philosophy, then Newton rigorously posed lawlike explanation, both Descartes and especially Newton shunning teleology within natural philosophy. At 1740, David Hume staked Hume's fork, highlighted the problem of induction, and found humans ignorant of either necessary or sufficient causality. Near 1780, countering Hume's ostensibly radical empiricism, Immanuel Kant highlighted extreme rationalism—as by Descartes or Spinoza—and sought middle ground. Inferring the mind to arrange experience of the world into substance, space, and time, Kant placed the mind as part of the causal constellation of experience and thereby found Newton's theory of motion universally true, yet knowledge of things in themselves impossible. and launched German idealism. Auguste Comte found the problem of induction rather irrelevant since enumerative induction is grounded on the empiricism available, while science's point is not metaphysical truth. Comte found human knowledge had evolved from theological to metaphysical to scientific—the ultimate stage—rejecting both theology and metaphysics as asking questions unanswerable and posing answers unverifiable. Comte in the 1830s expounded positivism—the first modern philosophy of science and simultaneously a political philosophy—rejecting conjectures about unobservables, thus rejecting search for causes. Positivism predicts observations, confirms the predictions, and states a law, thereupon applied to benefit human society. From late 19th century into the early 20th century, the influence of positivism spanned the globe. After defeat of National Socialism with World War II's close in 1945, logical positivism shifted to a milder variant, logical empiricism. All variants of the movement, which lasted until 1965, are neopositivism, sharing the quest of verificationism. Neopositivists led emergence of the philosophy subdiscipline philosophy of science, researching such questions and aspects of scientific theory and knowledge. Neopositivists held scientific antirealism as instrumentalism, holding scientific theory as simply a device to predict observations and their course, while statements on nature's unobservable aspects are elliptical at or metaphorical of its observable aspects, rather. DN model received its most detailed, influential statement by Carl G Hempel, first in his 1942 article "The function of general laws in history", and more explicitly with Paul Oppenheim in their 1948 article "Studies in the logic of explanation". Leading logical empiricist, Hempel embraced the Humean empiricist view that humans observe sequence of sensory events, not cause and effect, Derivation of statistical laws from other statistical laws goes to the deductive statistical model (DS model). Georg Henrik von Wright, another critic, named the totality subsumption theory.

Упадок

В 1965 году, после краха основополагающих принципов неопозитивизма, Хемпель отказался от верификационизма, что ознаменовало закат неопозитивизма. Начиная с 1930 года, Карл Поппер критиковал позитивизм, хотя, парадоксальным образом, Поппера часто ошибочно принимали за позитивиста. Даже книга Поппера 1934 года использует модель DN, которая долгое время считалась эталонной моделью научного объяснения, пока физика оставалась основной моделью науки, изучаемой философами науки, а также биохимией. Позднее возникла клеточная биология и установила существование клеточных органелл помимо ядра. Исследовательская программа молекулярной биологии, запущенная в конце 1930-х годов, расшифровала генетический код в начале 1960-х годов и затем объединилась с клеточной биологией, образовав клеточную и молекулярную биологию. Ее прорывы и открытия противоречили модели DN, поскольку она стремилась не к закономерному объяснению, а к выявлению причинных механизмов. Биология стала новой моделью науки, а специальные науки больше не считались ущербными из-за отсутствия универсальных законов, как это считалось в физике. Вместе с Джеймсом Фетзером, он способствовал замене эмпирического содержания CA3 строгой максимальной специфичностью CA3. Салмон предложил причинно-механическое объяснение, не уточнив, как оно работает, но вновь пробудив интерес философов к нему. Так называемые законы природы – это констатации человеческих наблюдений, следовательно, они эпистемологичны, то есть касаются человеческого знания – эпистемичны. Причинные механизмы и структуры, предположительно существующие независимо от сознания, существуют или будут существовать в самой структуре естественного мира и, следовательно, онтологичны – онтичны. Смешение эпистемического с онтическим – например, неосторожное предположение, что закон природы относится к причинному механизму, или реалистическое отслеживание структур во время ненаблюдаемых переходов, или представление о них как об истинных закономерностях, всегда остающихся неизменными – часто приводит к категориальной ошибке. Отвергая онтические обязательства, включая саму причинность, модель DN позволяет свести законы теории к, то есть подчинить законам более фундаментальной теории. В модели DN законы высшей теории объясняются законами низшей теории. Это происходит посредством причинного механизма прямой притягивающей силы, мгновенно проходящей через абсолютное пространство, несмотря на абсолютное время. Модель охватывающего закона отражает неопозитивистское видение эмпирической науки, которое интерпретирует или предполагает единство науки, согласно которому все эмпирические науки являются либо фундаментальными науками – то есть фундаментальной физикой, – либо специальными науками, такими как астрофизика, химия, биология, геология, психология, экономика и так далее. Все специальные науки взаимодействовали бы посредством модели охватывающего закона. Указывая граничные условия и предоставляя законы связи, любой специальный закон можно было бы свести к более низкому специальному закону, в конечном итоге – теоретически, хотя обычно не практически – к фундаментальной науке.

Amid failure of neopositivism's fundamental tenets, Hempel in 1965 abandoned verificationism, signaling neopositivism's demise. From 1930 onward, Karl Popper attacked positivism, although, paradoxically, Popper was commonly mistaken for a positivist. Even Popper's 1934 book embraces DN model, widely accepted as the model of scientific explanation for as long as physics remained the model of science examined by philosophers of science. and biochemistry, cell biology arose and established existence of cell organelles besides the nucleus. Launched in the late 1930s, the molecular biology research program cracked a genetic code in the early 1960s and then converged with cell biology as cell and molecular biology, its breakthroughs and discoveries defying DN model by arriving in quest not of lawlike explanation but of causal mechanisms. Biology became a new model of science, while special sciences were no longer thought defective by lacking universal laws, as borne by physics. and along with James Fetzer helped replace CA3 empirical content with CA3' strict maximal specificity. Salmon introduced causal mechanical explanation, never clarifying how it proceeds, yet reviving philosophers' interest in such. Natural laws, so called, are statements of humans' observations, thus are epistemological—concerning human knowledge—the epistemic. Causal mechanisms and structures existing putatively independently of minds exist, or would exist, in the natural world's structure itself, and thus are ontological, the ontic. Blurring epistemic with ontic—as by incautiously presuming a natural law to refer to a causal mechanism, or to trace structures realistically during unobserved transitions, or to be true regularities always unvarying—tends to generate a category mistake. Discarding ontic commitments, including causality per se, DN model permits a theory's laws to be reduced to—that is, subsumed by—a more fundamental theory's laws. The higher theory's laws are explained in DN model by the lower theory's laws. is through a causal mechanism of a straightly attractive force instantly traversing absolute space despite absolute time. Covering law model reflects neopositivism's vision of empirical science, a vision interpreting or presuming unity of science, whereby all empirical sciences are either fundamental science—that is, fundamental physics—or are special sciences, whether astrophysics, chemistry, biology, geology, psychology, economics, and so on. All special sciences would network via covering law model. And by stating boundary conditions while supplying bridge laws, any special law would reduce to a lower special law, ultimately reducing—theoretically although generally not practically—to fundamental science.

Слабые стороны

Если по модели DN спросить: "Почему эта тень имеет длину в 6 метров?", то можно ответить: "Потому что флагшток высотой в 5 метров, Солнце находится под углом x, и действуют законы электромагнетизма". Модель DN предлагает необходимое условие причинного объяснения – успешное предсказание, но не достаточное условие причинного объяснения, поскольку универсальная закономерность может включать в себя ложные связи или простые корреляции, например, Z всегда следует за Y, но не потому, что Y вызывает Z, а скорее Y происходит, а затем Z как эффект X. (Вероятность обычно варьируется от 0 (0%) до 1 (100%).) Эпидемиология, прикладная наука, использующая статистику для поиска связей между событиями, не может доказать причинность, но последовательно выявляет более высокую заболеваемость раком легких среди курильщиков по сравнению с некурящими с аналогичными характеристиками, хотя доля курильщиков, у которых развивается рак легких, относительно невелика. Однако, по сравнению с некурящими, у курильщиков как группы риск развития рака легких более чем в 20 раз выше, и в сочетании с фундаментальными исследованиями сложилось мнение, что курение научно установлено как причина рака легких, ответственная за те случаи заболевания, которые не возникли бы без курения.

Покрытие

Благодаря объяснениям, основанным на закономерностях, фундаментальная физика, часто воспринимаемая как основополагающая наука, развивалась посредством взаимосвязи теорий и сведения одной к другой, тем самым успешно разрешая экспериментальные парадоксы, напоминая модель охватывающего закона. В начале XX века Эрнст Мах и Вильгельм Оствальд сопротивлялись редукции термодинамики Людвига Больцмана – и, следовательно, закону Бойля – к статистической механике, отчасти потому, что она опиралась на кинетическую теорию газов, зависящую от атомно-молекулярной теории материи, как даже сам Больцман считал возможным. В 1905 году, используя статистическую механику, Альберт Эйнштейн предсказал явление броуновского движения, которое оставалось необъясненным с момента его описания ботаником Робертом Брауном в 1827 году. Между тем, все известные физические явления были гравитационными или электромагнитными, теории которых не согласовывались между собой. Однако вера в эфир как источник всех физических явлений была практически единодушной. При возникновении экспериментальных парадоксов физики модифицировали гипотетические свойства эфира. Считая светоносный эфир бесполезной гипотезой, Эйнштейн в 1905 году априори объединил все инерциальные системы отсчета, сформулировав специальный принцип относительности, который, исключив эфир, превратил пространство и время в относительные величины, чья относительность согласовала электродинамику с ньютоновским принципом галилеевской относительности, или инвариантности. Изначально носившая эпистемический или инструментальный характер, эта идея была интерпретирована как онтологическая, или реалистическая – то есть, как причинно-механическое объяснение, – и принцип превратился в теорию, опровергающую ньютоновскую гравитацию. Благодаря успешному предсказанию в 1919 году общая теория относительности, по-видимому, свергла теорию Ньютона, что стало революцией в науке, которой многие противились, но которая завершилась примерно к 1930 году. В 1925 году Вернер Гейзенберг и Эрвин Шрёдингер независимо формализовали квантовую механику (КМ). Несмотря на различные объяснения, обе теории делали идентичные предсказания. Исходя из этого, Дирак интерпретировал и предсказал существование античастицы электрона, вскоре обнаруженной и названной позитроном, однако КЭД не смогла объяснить электродинамику при высоких энергиях. В 1941 году Ричард Фейнман представил интегральный формализм КМ, который, если интерпретировать его как причинно-механическую модель, противоречит матричному формализму Гейзенберга и волновому формализму Шрёдингера. Затем, работая над КЭД, Фейнман стремился моделировать частицы без полей и найти вакуум, который был бы действительно пустым. Однако, поскольку пустота, по-видимому, является проявлением поля, Фейнману это не удалось. В 1947 году Фримен Дайсон, Ричард Фейнман, Джулиан Швингер и Синъитиро Томонага представили ренормализацию – процедуру, превратившую КЭД в наиболее точную предсказательную теорию физики, охватывающую химию, оптику и статистическую механику. Таким образом, КЭД получила всеобщее признание физиков и, казалось, требовала существования эфира. В 1947 году Уиллис Лэмб обнаружил неожиданное движение электронных орбиталей, смещенных из-за того, что вакуум не является абсолютно пустым. Тем не менее, идея пустоты оказалась привлекательной, концептуально упразднив эфир, и физика продолжила развиваться, по-видимому, без него, переименовав вакуум, который, как таковой, не существует. Общие философы науки обычно полагают, что эфир, скорее, является вымышленной сущностью, "отправленной на свалку истории после того, как" специальная теория относительности появилась в 1905 году. Эйнштейн не занимал однозначной позиции относительно несуществования эфира, и для объяснения движения он вернулся к концепции эфира в общей теории относительности. Однако сопротивление теории относительности стало ассоциироваться с более ранними теориями эфира, чьи термины и концепции стали табу. Но и эфиру Эйнштейна противостояли, поскольку он основывался на абстрактных геометрических соотношениях, лишенных представления о призрачной или текучей среде. К 1970 году КЭД вместе со слабым ядерным взаимодействием была объединена в электрослабое взаимодействие (ЭВ), а сильное ядерное взаимодействие было смоделировано как квантовая хромодинамика (КХД), которая, однако, не является по-настоящему фундаментальной. Поскольку частицы КХД считаются несуществующими в повседневном мире, подтверждение частицы Хиггса, смоделированной как конденсация в поле Хиггса, косвенно подтверждает существование эфира, поскольку частицы можно рассматривать как различные формы распределенной энергии, и именно так частицы, сталкивающиеся на огромной скорости, испытывают преобразование этой энергии в массу, образуя более тяжелые частицы, хотя терминология, используемая физиками, часто вносит путаницу. Как "современный центр метафизических исследований", квантовые полевые теории (КФТ) рассматривают частицы не как существующие независимо, а как моды возбуждения полей, тем самым, по-видимому, объединяя все физические явления в более фундаментальную причинную реальность, как было предсказано давно. Более глубокие аспекты природы, которые пока неизвестны, могут оказаться недоступными для любой возможной теории поля, и даже более ньютоновскими, чем сама теория Исаака Ньютона. В настоящее время большинство теоретических физиков предполагают, что четыре известные фундаментальные взаимодействия будут сведены к суперструнной теории, согласно которой атомы и молекулы, в конечном счете, являются колебаниями энергии, принимающими математические и геометрические формы. Некоторые приходят к выводу, что концепция причинности повышает понятность научных объяснений и, следовательно, является ключевой для обыденного научного мышления, но снижает точность научных объяснений и отбрасывается по мере развития науки. Даже эпидемиология приходит к пониманию серьезных трудностей, связанных с предположениями о причинности.

Through lawlike explanation, fundamental physics—often perceived as fundamental science—has proceeded through intertheory relation and theory reduction, thereby resolving experimental paradoxes to great historical success, resembling covering law model. In early 20th century, Ernst Mach as well as Wilhelm Ostwald had resisted Ludwig Boltzmann's reduction of thermodynamics—and thereby Boyle's law—to statistical mechanics partly because it rested on kinetic theory of gas, hinging on atomic/molecular theory of matter. as even Boltzmann thought possible. In 1905, via statistical mechanics, Albert Einstein predicted the phenomenon Brownian motion—unexplained since reported in 1827 by botanist Robert Brown. Meanwhile, all known physical phenomena were gravitational or electromagnetic, whose two theories misaligned. Yet belief in aether as the source of all physical phenomena was virtually unanimous. At experimental paradoxes, physicists modified the aether's hypothetical properties. Finding the luminiferous aether a useless hypothesis, Einstein in 1905 a priori unified all inertial reference frames to state special principle of relativity, which, by omitting aether, converted space and time into relative phenomena whose relativity aligned electrodynamics with the Newtonian principle Galilean relativity or invariance. Originally epistemic or instrumental, this was interpreted as ontic or realist—that is, a causal mechanical explanation—and the principle became a theory, refuting Newtonian gravitation. By predictive success in 1919, general relativity apparently overthrew Newton's theory, a revolution in science resisted by many yet fulfilled around 1930. In 1925, Werner Heisenberg as well as Erwin Schrödinger independently formalized quantum mechanics (QM). Despite clashing explanations, the two theories made identical predictions. From it, Dirac interpreted and predicted the electron's antiparticle, soon discovered and termed positron, but the QED failed electrodynamics at high energies. In 1941, Richard Feynman introduced QM's path integral formalism, which if taken toward interpretation as a causal mechanical model clashes with Heisenberg's matrix formalism and with Schrödinger's wave formalism, Next, working on QED, Feynman sought to model particles without fields and find the vacuum truly empty. is apparently an effect of a field, Feynman failed. Meeting in 1947, Freeman Dyson, Richard Feynman, Julian Schwinger, and Sin Itiro Tomonaga soon introduced renormalization, a procedure converting QED to physics' most predictively precise theory, subsuming chemistry, optics, and statistical mechanics. QED thus won physicists' general acceptance. and called for an aether. In 1947, Willis Lamb had found unexpected motion of electron orbitals, shifted since the vacuum is not truly empty. Yet emptiness was catchy, abolishing aether conceptually, and physics proceeded ostensibly without it, renamed vacuum, which—as such—is nonexistent. General philosophers of science commonly believe that aether, rather, is fictitious, "relegated to the dustbin of scientific history ever since" 1905 brought special relativity. Einstein was noncommittal to aether's nonexistence, and to explain motion was led back to aether in general relativity. Yet resistance to relativity theory became associated with earlier theories of aether, whose word and concept became taboo. but Einstein aether, too, was opposed. by abstract geometric relations lacking ghostly or fluid medium. By 1970, QED along with weak nuclear field was reduced to electroweak theory (EWT), and the strong nuclear field was modeled as quantum chromodynamics (QCD). not truly fundamental. As QCD's particles are considered nonexistent in the everyday world, Confirmation of the Higgs particle, modeled as a condensation within the Higgs field, corroborates aether, particles being variant forms of distributed energy, how particles colliding at vast speed experience that energy's transformation into mass, producing heavier particles, although physicists' talk promotes confusion. As "the contemporary locus of metaphysical research", QFTs pose particles not as existing individually, yet as excitation modes of fields, apparently unifying all physical phenomena as the more fundamental causal reality, as long ago foreseen. Nature's deeper aspects, still unknown, might elude any possible field theory. even more Newtonian than was Isaac Newton. By now, most theoretical physicists infer that the four, known fundamental interactions would reduce to superstring theory, whereby atoms and molecules, after all, are energy vibrations holding mathematical, geometric forms. some conclude that the concept causality raises comprehensibility of scientific explanation and thus is key folk science, but compromises precision of scientific explanation and is dropped as a science matures. Even epidemiology is maturing to heed the severe difficulties with presumptions about causality.