Файл: Основы научных исследований.pdf

49
6. ГИПОТЕЗА КАК ПРЕДПОЛАГАЕМАЯ ЗАВИСИМОСТЬ
ЯВЛЕНИЯ ОТ ДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОРОВ И ЕГО
ФИЗИЧЕСКОЙ СУТИ
В переводе с греческого «гипотеза» означает основание, пред- положение. В современном понимании гипотеза – это научно- обоснованное предположение либо о факте, находящемся за преде- лами непосредственного наблюдения, либо о закономерной связи, за- кономерном порядке явлений.
Примером гипотезы о факте могут служить гипотезы о проис- хождении Тунгусского метеорита. Так, факт грандиозного взрыва, происшедшего в 1908 году в бассейне реки Подкаменная Тунгуска в
Восточной Сибири и опустошившего тайгу на площади около 200 км
2
объясняют по-разному. Выдвигались гипотезы, что Тунгусский ме- теорит представляет ядро небольшой кометы, взорвавшееся при вторжении в плотные слои атмосферы; «черную дыру» – космиче- ский объект, сконцентрировавший в малом объеме огромные грави- тационные силы и словно «проткнувший» нашу планету; потерпев- ший аварию звездолет пришельцев или летающая тарелка и др. Раз- гадка этого факта продолжается, поэтому выдвинутые гипотезы мож- но назвать рабочими, так как в них выражено предполагаемое объяс- нение закономерности явления на определенном этапе исследования.
Примером гипотез о закономерном порядке могут быть гипоте- зы о микро- и макромире. Выдвинутая в начале XX века научная ги- потеза о бесконечности материи нашла подтверждение в открытии элементарных и субэлементарных частиц, что позволило судить о единстве в строении материи, так как в основе этого единства лежит материальность всех элементарных частиц.
Отличие гипотезы от множества возможных объяснений явле- ния заключается в том, что гипотеза является наиболее вероятным из них. Вместе с тем можно привести примеры, когда сама гипотеза ка- жется невероятной. Такую парадоксальную гипотезу выдвинул совет- ский физик-теоретик, академик Моисей Марков. Он считает, что на- ша Вселенная с недосягаемыми галактиками, миллиардами звезд и планет, с ее холодом непостижимой для человека бесконечности – все это, возможно, лишь крохотная частица макромира размерами меньше атома водорода.

50
Необходимость возникновения гипотезы обусловлена, как писал
Ф. Энгельс, самим прогрессом науки – открытием новых данных, ко- торые исключают прежние объяснения ранее известных фактов, от- носящихся к тому же самому кругу явлений.
6.1. Догадки и домыслы
Как было сказано, не все объяснения являются гипотезами. Слу- чайные и не самые вероятные из объяснений называются догадками.
Догадки не имеют никаких преимуществ перед какими-либо другими объяснениями. Они столь невероятны, так как ничем не подтвержда- ются. Вместе с тем, если объяснение фактов, явлений или закономер- ностей вовсе необоснованны и невероятны, то это – домыслы.
С догадками можно мириться при условии, что они не могут быть основой для логических предположений в изучении явлений, а должны указывать лишь на пути новых, более достоверных поисков.
Домыслы недопустимы в научном процессе как отвлекающие внима- ние от решения поставленной задачи и уводящие исследование в сто- рону, на неправильные пути, в ошибочном направлении.
Гипотезы необходимы в научном исследовании, так как без ги- потез невозможно предвидеть события или создавать новые теории.
Всякая гипотеза должна опираться на сумму реальных и логических доказательств, включать критику возможных догадок и перечень фактов, которые она объясняет. Чем больше гипотеза подтверждается фактами логических построений, тем она достовернее. Подтвержде- нием этого может быть следующий пример.
В начале нашего века ученые считали, что месторождения нефти на земном шаре образовались там, где сотни миллионов лет назад про- исходили грандиозные геологические катастрофы и внезапно гибло все живое. Подтверждение этой гипотезы видели в большом сходстве химического состава живых организмов и ископаемой нефти. Однако поискам новых нефтяных месторождений эта гипотеза помочь не мог- ла – никто не мог угадать, где такие катастрофы случались.
Другую гипотезу предложил ученый-геолог И.М. Губкин. Зале- жи нефти, по его убеждению, образовались там, где непрерывно, многие миллионы лет кряду, продолжался процесс гибели простей- ших растительных и животных организмов. Вероятно, этот процесс длится и в наше время. Происходит это в густонасыщенных расти- тельными и животными организмами областях морей и океанов.

51
Опускаясь на дно и погружаясь в ил, их останки разлагаются без дос- тупа кислорода и под воздействием особых бактерий постепенно пре- вращаются в нефть. Искать новые месторождения нефти следует там, где проходили береговые линии древних морей и океанов.
Гипотеза ученого подтвердилась. С ее помощью были найдены нефтяные залежи сначала между Уральскими горами и Волгой, а за- тем в Сибири. А исследование данных отложений Каспийского моря с помощью современного радиоуглеродного метода показали, что вещества, из которых может образоваться нефть, накапливаются и в наши дни.
Гипотеза представляет собой результат борьбы двух противоре- чивых начал, двух противоположных особенностей человеческого мышления: инерции и интуиции.
Инерция мышления стремится сохранить существующие пред- ставления о внешнем мире, существующие теории, приспособить их для решения возникающих новых задач. Она является залогом раз- рушения научных спекуляций, барьером против проникновения лож- ных представлений в мировоззрение и обеспечение добросовестности исследований. Но инерционность мышления не может явиться осно- вой для необъективности в оценке нового.
Интуиция – ощущение нового в явлении без достаточных для того строгих логических построений и оснований, достаточного ко- личества наблюдений и фактов.
Примером открытий, построенных на интуиции, служат умозак- лючения, полученные две тысячи пятьсот лет тому назад Пифагором и его учениками. Пифагор верил, чтобы познать суть, меру и связь явле- ния надо пробудить в себе интуицию – волшебное и необъяснимое свойство, которое помогает человеку проникнуть мысленно взором в загадочный механизм, управляющий Вселенной. В то время, когда все считали Землю плоской, и это мнение казалось незыблемо покоящим- ся на личном опыте каждого, пифагорейцы, исходя из мысли, что все в природе должно быть совершенно, придали Земле в своем воображе- нии наиболее совершенную геометрическую форму – шарообразную.
Не располагая надежными опытными данными, не опираясь ни на ка- кие достижения теории – это были младенческие времена человечест- ва, – они пытались лишь силой интуиции построить то, что сегодня можно назвать математической моделью Вселенной.

52
В то же время безоговорочное доверие своей логической интуи- ции может повредить достижению истины. Простой пример рассуж- дения: «Если бы Земля вращалась, реки, текущие по меридиану, под- мывали бы один из своих берегов; но эти реки не подмывают свои берега, значит, она не вращается». Такая схема интуитивных рассуж- дений приводит к абсурду.
В процессе исследования не исключено появление невероятных гипотез, что нельзя считать недопустимым или вредным явлениям.
В конечном счете, они являются показателем творческого процесса, большой степени проблемности решаемых задач и указателем путей, по которым в дальнейшем не следует идти.
К.А. Тимирязев говорил: «Неверная (ошибочная) гипотеза по- лезна, так как сужает круг возможных решений задачи».
Гипотеза по своему содержанию должна соответствовать ряду требований:
– не противоречить общепризнанным понятиям;
– учтывать ранее существовавшие закономерности, но не следо- вать им, так как в противном случае гипотеза будет безосновательна и не даст ничего нового;
– объяснять факты, для которых она построена;
– проверяться на практике, в опыте или эксперименте.
Из нескольких конкурирующих равноценных гипотез следует выбирать более простую. Формулировка гипотезы должна быть не- противоречива по своей сути.

53
6.3. Применение коэффициентов асимметрии и эксцесса
для проверки нормальности распределения
Для того чтобы точнее оценить генеральные параметры по вы- борочным характеристикам, необходимо знать закон распределения выборок, т. е. необходимо определить нормальность распределения сравниваемых выборок [7].
Предположение о законе распределения можно проверить с по- мощью коэффициентов асимметрии As и эксцесса Ex. При нормаль- ности распределения эти показатели равны нулю. В действительно- сти такое равенство практически не наблюдается. Выборочные пока- затели As и Ex, определяемые по формулам
2 1
2 3
3
/
)
(
x
k
i
i
i
x
s
n
x
x
f
s
As






;
(6.1)
3
/
)
(
3 4
1 4
4 4



















x
k
i
i
i
x
s
n
x
x
f
s
Ex

(6.2) являются случайными величинами, которые сопровождаются ошиб- ками. В качестве критерия нормальности распределения служат As и
Eх к их ошибкам репрезентативности, которые определяют обычно по следующим приближенным формулам
3 6


n
S
As
;
(6.3)
5 6
2 5
24




n
n
S
Eх
(6.4)
Более точно ошибки коэффициентов As и Es определяют по формулам
)
3
)(
1
(
)
1
(
6




n
n
n
S
As
;
(6.5)
)
5
)(
3
(
)
1
(
)
5
)(
3
)(
2
(
24 2







n
n
n
n
n
n
n
S
Ex
(6.6)
В связи с тем, что выборочные распределения коэффициентов асимметрии и эксцесса в случае нормальности распределения при- знака при не слишком больших объемах выборок (особенно это ха-

54 рактерно для Ех) могут быть довольно далеки от нормального вида, использование квадратических ошибок для Аs и Eх при n, меньшем нескольких сотен наблюдений, оказывается рискованным. Поэтому более предпочтительным следует считать проверку нормальности распределения по значениям этих коэффициентам с применением таблиц, приведенных в приложениях 2, 3. В них указаны критические точки коэффициентов As и Eх для разных уровней значимости ά и объемов выборки n. Если коэффициенты As и Eх превосходят кри- тические точки, содержащиеся в этих таблицах, гипотеза о нормаль- ности распределения должна быть отвергнута.
Четко и достаточно полно разработанная гипотеза существенно облегчает дальнейшую работу, так как позволяет заложить в методи- ки теоретических и экспериментальных исследований конкретные параметры, характеризующие изучаемое явление или объект, которые надлежит измерить. Кроме того, правильно осуществленная аналити- ческая разработка гипотезы, т. е. ее математическое выражение, по- может более полно и правильно наметить основные черты и детали последующего эксперимента. Однако появлению гипотезы всегда предшествует выработка идей решения научно-технической задачи.
Вопросы
1. Гипотеза.
2. Домыслы.
3. Догадки.
4. Требования к научным гипотезам.
5. Оценка гипотез.
6. Критерии оценки нулевой гипотезы.
7. Коэффициенты асимметрии и эксцесс.
8. Критерии оценки нулевой гипотезы.
9. Уровень значимости.
10. Число степеней свободы.

55
7. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ИДЕЙ
ПРИ РЕШЕНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Выработка идей при решении изобретательских задач – один из древнейших видов человеческой деятельности [15]. Поразительно, что основной метод генерирования идей сохранил свою суть до на- ших дней – это метод проб и ошибок. Суть его заключается в после- довательном выдвижении и рассмотрении всевозможных идей реше- ния задачи. Такая традиционная технология изобретательства отлича- ется низкой эффективностью. Пришедшая научно-техническая рево- люция вызвала необходимость в его интенсификации и выработке методов активизации перебора вариантов. Классификация исполь- зуемых методов генерирования идей показана на рисунке 2.
Морфологическое описание объекта дает представление о строении объекта и позволяет охватить все мыслимые варианты ре- шения задачи.
Рисунок 2 – Классификация методов идей перебором вариантов
решения задачи

56
7.1. Классификация методов генерирования идей перебором
вариантов. Морфологические методы
В основу расчленения (декомпозиции) проблемы при ее морфо- логическом описании (анализе структуры объекта) могут быть поло- жены три подхода: объективный, функциональный и смешанный.
При объективном подходе осуществляется выделение из про- блемы подпроблем, каждую из которых можно рассматривать как са- мостоятельную проблему соответствующего уровня иерархии. При этом каждая подпроблема может быть описана информационно и функционально.
Объективный подход к декомпозиции проблемы рекомендован в тех случаях, когда задача имеет количественно сложную структуру при небольшой сложности и разнообразии составляющих ее подза- дач. В этом случае выделяют группы сходных по свойствам подзадач и анализируют наиболее типичную подзадачу каждой группы, благо- даря чему существенно снижается размерность описания проблемы.
Функциональный подход, в основе которого положен функцио- нальный признак, рекомендуется применять в том случае, когда чис- ло подзадач невелико, но их функциональное описание является сложным. В этом случае выделяют группу сходных функций и рас- сматривают возможность их реализации независимо от принадлежно- сти к тем или иным подзадачам.
Выбор подхода к анализу проблемы зависит от множества фак- торов, таких, как цель исследования, природа проблемы, ее масштаб- ность и др. Поэтому иногда бывает трудно принять однозначное ре- шение о принципе формирования структуры. В таких случаях ис- пользуют смешанный объектно-функциональный принцип расчлене- ния проблемы.
От выбора того или иного принципа структурирования зависит достоверность результатов научного исследования.
Пример. В легкой промышленности есть проблема упаковки из- делий. Схематично методику морфологического анализа проблемы применительно к какому-либо виду изделий можно представить сле- дующим образом. Если на одной оси записать 20 видов материалов, а на другой – 20 видов форм материалов, то получится таблица, вклю- чающая 400 сочетаний, каждое из которых соответствует одному ва- рианту. Можно ввести и другие оси, неограниченно наращивая число полученных вариантов. Общее количество полученных вариантов по- лучают путем перемножения всех возможных альтернатив: