Примеры гипотез. Примеры научных гипотез
Статистика - сложная наука об измерении и анализе различных данных. Как и во многих других дисциплинах, в этой отрасли существует понятие гипотезы. Так, гипотеза в статистике - это какое-либо положение, которое нужно принять или отвергнуть. Причём в данной отрасли есть несколько видов таких допущений, схожих между собой по определению, но отличающихся на практике. Нулевая гипотеза - сегодняшний предмет изучения.
От общего к частному: гипотезы в статистике
От основного определения предположений отходит ещё одно, не менее важное, - статистическая гипотеза есть изучение генеральной совокупности важных для науки объектов, относительно коих учёными делаются выводы. Ее можно проверить с помощью выборки (части генеральной совокупности). Приведём несколько примеров статистических гипотез:
1. Успеваемость всего класса, возможно, зависит от уровня образования каждого учащегося.
2. Начальный курс математики в равной степени усваивается как детьми, пришедшими в школу в 6 лет, так и детьми, пришедшими в 7.
Простой гипотезой в статистике называют такое предположение, которое однозначно характеризует определённый параметр величины, взятой учёным.
Сложная состоит из нескольких или бесконечного множества простых. Указывается некоторая область или нет точного ответа.
Полезно понимать несколько определений гипотез в статистике, чтобы не путать их на практике.
Концепция нулевой гипотезы
Нулевая гипотеза - это теория о том, что есть некие две совокупности, которые не различаются между собой. Однако на научном уровне нет понятия «не различаются», но есть «их сходство равно нулю». От этого определения и было образовано понятие. В статистике нулевая гипотеза обозначается как Н0. Причём крайним значением невозможного (маловероятного) считается от 0.01 до 0.05 или менее.
Лучше разобрать, что такое нулевая гипотеза, пример из жизни поможет. Педагог в университете предположил, что различный уровень подготовки учащихся двух групп к зачётной работе вызван незначительными параметрами, случайными причинами, не влияющими на общий уровень образования (разница в подготовке двух групп студентов равна нулю).
Однако встречно стоит привести пример альтернативной гипотезы - допущения, опровергающего утверждение нулевой теории (Н1). Например: директор университета предположил, что различный уровень в подготовке к зачётной работе у учащихся двух групп вызван применением педагогами разных методик обучения (разница в подготовке двух групп существенна и на то есть объяснение).
Теперь сразу видна разница между понятиями «нулевая гипотеза» и «альтернативная гипотеза». Примеры иллюстрируют эти понятия.
Проверка нулевой гипотезы
Создать предположение - это ещё полбеды. Настоящей проблемой для новичков считается проверка нулевой гипотезы. Именно тут многих и ожидают трудности.
Используя метод альтернативной гипотезы, утверждающей нечто обратное нулевой теории, можно сравнить оба варианта и выбрать верный. Так действует статистика.
Пусть нулевая гипотеза Н0, а альтернативная Н1, тогда:
Н0: c = c0;
Н1: c ≠ c0.
Здесь c - это некое среднее значение генеральной совокупности, которое предстоит найти, а c0 - данное изначально значение, по отношению к которому проверяется гипотеза. Также есть некоторое число Х - среднее значение выборки, по которому определяется c0.
Итак, проверка заключается в сравнении Х и c0, если Х=c0 ,то принимается нулевая гипотеза. Если же Х≠c0, то по условию верной считается альтернативная.
«Доверительный» способ проверки
Существует наиболее действенный способ, с помощью которого нулевая статистическая гипотеза легко проверяется на практике. Он заключается в построении диапазона значений до 95% точности.
Для начала понадобится знать формулу расчёта доверительного интервала:
X - t*Sx ≤ c ≤ X + t*Sx,
где Х - данное изначально число на основе альтернативной гипотезы;
t - табличные величины (коэффициент Стьюдента);
Sx - стандартная средняя ошибка, которая рассчитывается как Sx = σ/√n, где в числителе стандартное отклонение, а в знаменателе - объём выборки.
Итак, предположим ситуацию. До ремонта конвейер в день выпускал 32.1 кг конечной продукции, а после ремонта, как утверждает предприниматель, коэффициент полезного действия вырос, и конвейер, по недельной проверке, начал выпускать 39.6 кг в среднем.
Нулевая гипотеза будет утверждать, что ремонт никак не повлиял на КПД конвейера. Альтернативная гипотеза скажет, что ремонт коренным образом изменил КПД конвейера, поэтому производительность его повысилась.
По таблице находим n=7, t = 2,447, откуда формула примет следующий вид:
39,6 – 2,447*4,2 ≤ с ≤ 39,6 + 2,447*4,2;
29,3 ≤ с ≤ 49,9.
Получается, что значение 32.1 входит в диапазон, а следовательно, значение, предложенное альтернативой - 39.6 - не принимается автоматически. Помните, что сначала проверяется на правильность нулевая гипотеза, а потом - противоположная.
Разновидности отрицания
До этого рассматривался такой вариант построения гипотезы, где Н0 утверждает что-либо, а Н1 это опровергает. Откуда можно было составить подобную систему:
Н0: с = с0;
Н1: с ≠ с0.
Но существует ещё два родственных способа опровержения. К примеру, нулевая гипотеза утверждает, что средняя оценка успеваемости класса больше 4.54, а альтернативная тогда скажет, что средняя успеваемость того же класса менее 4.54. И выглядеть в виде системы это будет так:
Н0: с ⩾ 4.54;
Н1: с < 4.54.
Обратите внимание, что нулевая гипотеза утверждает, что значение больше или равно, а статистическая - что строго меньше. Строгость знака неравенства имеет большое значение!
Статистическая проверка
Статистическая проверка нулевых гипотез заключается в использовании статистического критерия. Такие критерии подчиняются различным законам распределения.
К примеру, существует F-критерий, который рассчитывается по распределению Фишера. Есть T-критерий, чаще всего используемый на практике, зависящий от распределения Стьюдента. Квадратный критерий согласия Пирсона и т. д.
Область принятия нулевой гипотезы
В алгебре есть понятие "область допустимых значений". Это такой отрезок или точка на оси Х, на котором находится множество значений статистики, при которых нулевая гипотеза верна. Крайние точки отрезка - критические значения. Лучи по правую и левую сторону отрезка - критические области. Если найденное значение входит в них, то нулевая теория опровергается и принимается альтернативная.
Опровержение нулевой гипотезы
Нулевая гипотеза в статистике временами очень изворотливое понятие. Во время проверки её можно допустить ошибки двух типов:
1. Отвержение верной нулевой гипотезы. Обозначим первый тип как а=1.
2. Принятие ложной нулевой гипотезы. Второй тип обозначим как а=2.
Стоит понимать, что это не одинаковые параметры, исходы ошибок могут существенно различаться между собой и иметь разные выборки.
Пример ошибок двух типов
Со сложными понятиями легче разобраться на примере.
Во время производства некоего лекарства от учёных требуется чрезвычайная осторожность, так как превышение дозы одного из компонентов провоцирует высокий уровень токсичности готового препарата, от которого пациенты, принимающие его, могут умереть. Однако на химическом уровне выявить передозировку невозможно.
Из-за этого перед тем как выпустить лекарство в продажу, небольшую его дозу проверяют на крысах или кроликах, вводя им препарат. Если большая часть испытуемых умирает, то лекарство в продажу не допускается, если подопытные живы, то лекарство разрешают продавать в аптеках.
Первый случай: на самом деле лекарство было не токсично, но во время эксперимента была допущена оплошность и препарат классифицировали как токсичный и не допустили в продажу. А=1.
Второй случай: в ходе другого эксперимента при проверке другой партии лекарства решено, что препарат не токсичен, и в продажу его допустили, хотя на самом деле препарат был ядовит. А=2.
Первый вариант повлечёт за собой крупные финансовые затраты поставщика-предпринимателя, так как придётся уничтожить всю партию лекарства и начинать с нуля.
Вторая ситуация спровоцирует смерть пациентов, купивших и употреблявших это лекарство.
Теория вероятности
Не только нулевые, но все гипотезы в статистике и экономике разделяют по уровню значимости.
Уровень значимости - процент появления ошибок первого рода (отклонение верной нулевой гипотезы).
Первый уровень - 5% или 0.05, т. е. вероятность ошибиться 5 к 100 или 1 к 20.
второй уровень - 1% или 0.01, т. е. вероятность 1 к 100.
третий уровень - 0.1% или 0.001, вероятность 1 к 1000.
Критерии проверки гипотезы
Если учёным уже был сделан вывод о правильности нулевой гипотезы, то её необходимо подвергнуть проверке. Это необходимо, чтобы исключить ошибку. Существует основной критерий проверки нулевой гипотезы, состоящий из нескольких этапов:
1. Берётся допустимая ошибочная вероятность P=0.05.
2. Подбирается статистика для критерия 1.
3. По известному методу находится область допустимых значений.
4. Теперь вычисляется значение статистики Т.
5. Если Т (статистика) принадлежит области принятия нулевой гипотезы (как в «доверительном» методе), то предположения считаются верными, а значит, и сама нулевая гипотеза остаётся верной.
Именно так действует статистика. Нулевая гипотеза при грамотной проверке будет принята или отвергнута.
Стоит заметить, что для обычных предпринимателей и пользователей первые три этапа бывает очень сложно выполнить безошибочно, поэтому их доверяют профессиональным математикам. Зато 4 и 5 этапы может выполнить любой человек, в достаточной мере знающий статистические методы проверки.
За многие тысячелетия своего существования человечество накопило огромные научные знания об окружающем мире. Например, научно доказано, что Земля вращается вокруг оси; что свет в большинстве случаев распространяется прямолинейно; что гроза есть электрический разряд и т. д. Но в результате чего и как появились эти и другие знания? Каков метод научного познания окружающего мира?
Метод научного познания окружающего мира включает несколько этапов. Первый из них - это наблюдение явлений .
Наблюдение осуществляется с помощью органов чувств человека и приборов. Например, человек в результате повседневных наблюдений установил, что непрозрачные тела в солнечный день дают тень (рис. 13). Из наблюдений он накапливает факты (результаты наблюдений), говорящие о том, что размеры тени изменяются в течение дня (рис. 14). Ее длина самая большая утром и вечером, а самая малая - в полдень. Тень может быть размытой или отсутствовать вовсе. Как объяснить все эти факты? Для этого выдвигается гипотеза (предположение, догадка).
Рис. 13
Рис. 14
Гипотез может быть несколько. В рассмотренном примере гипотеза состоит в том, что свет распространяется прямолинейно. Гипотеза иногда может быть и ошибочной, неверной. Тогда выдвигается новая гипотеза.
Гипотеза объясняет известные факты и предсказывает новые, еще неизвестные. Например, что могут образовываться тень и полутень, если источников света несколько или источник один, но он большой (его размеры сравнимы с расстоянием до непрозрачного предмета, дающего тень).
Опыты с двумя источниками света (рис. 15) и с источником больших размеров (рис. 16) показали, что размеры тени, наличие тени и полутени подтверждают гипотезу о прямолинейном распространении света.
Рис. 15
Рис. 16
Если гипотеза подтвердилась, она становится законом . Гипотеза существует до тех пор, пока не появляются факты, ей противоречащие. Схематически научный путь познания можно представить так.
Подумайте и ответьте
- Каковы источники наших знаний о физических явлениях? Приведите примеры.
- Что является основанием для выдвижения гипотезы? Может ли гипотеза быть ошибочной? Приведите примеры, известные вам из других наук.
- Какова роль опыта в научном познании?
- Почему астрологию нельзя считать наукой?
Интересно знать!
Заставка к телевизионной передаче «Очевидное-невероятное» содержит слова А. С. Пушкина:
«О сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух,
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог-изобретатель».
О чем это пишет Александр Сергеевич? Попробуйте расшифровать его высказывание. При необходимости обратитесь за помощью к учителю или родителям.
Домашнее задание
В физике известны имена гениальных мыслителей, таких, как Демокрит (рис. 17), Аристотель (рис. 18), Галилей (рис. 19) и др.
Рис. 17
Рис. 18
Рис. 19
Познакомьтесь с биографией любого из названных мыслителей (по вашему желанию) и напишите в тетради (на 0,5 страницы) наиболее интересные, на ваш взгляд, факты из их научной деятельности. Информацию можно получить из Интернета, энциклопедического словаря и других источников.
«Прогресс состоит не в замене неверной теории на верную, а в замене одной неверной теории, на другую неверную, но уточнённую.»
Стивен Хокинг
Во времена, когда наука делала первые шаги, гипотезы нередко строились на основании недостаточной и недостоверной информации. Нехватка исходных данных заставляла исследователей напрягать воображение. Авторы не скупились на невероятные, ошеломляющие допущения, ведь не было предшественников, которые ограничивали бы полёт мысли. Положив на стол чистый лист, учёный брал в руки перо и описывал устройство мироздания как ему вздумается. Зачастую получалась удивительная ерунда. Но у истинного гения даже ошибки приводили к гениальным выводам.
ПОЛАЯ ЗЕМЛЯ
Гипотеза полой Земли сейчас имеет совсем немного сторонников даже среди истинных ценителей паранаучных концепций. Умерла идея вложенных сфер и в фантастической литературе. Даже в пронизанных магией и кишащих драконами мирах фэнтези «полая Земля» слишком сильно оскорбляет законы физики. Но около века назад подземному миру отдали должное лучшие авторы, работавшие в жанре фантастики. Эту тему затрагивали Эдгар По, Жюль Верн, Говард Филлипс Лавкрафт, Эдгар Берроуз, Владимир Обручев. Гипотеза полой Земли никогда не была общепринятой, но в разряд откровенно антинаучных попала сравнительно недавно. Был период, когда она пользовалась большой популярностью, во многом из-за своего благородного происхождения.В середине XVII столетия её выдвинул Рене Декарт - великий французский философ и математик, который сформулировал лежащие в основе научного метода принципы рационального познания мира.
Будучи первым учёным в современном понимании этого слова, Декарт, естественно, не мог опираться на труды предшественников. И за отсутствием лучшего строил свои гипотезы на базе «Аристотелевой физики», следы которой мы можем до сих пор видеть в фэнтезийных мирах. Согласно Аристотелю, любое вещество состоит из смешанных в различных пропорциях четырёх стихий - земли, воды, воздуха и огня. Стихии же, в свою очередь, появились в результате разложения протоматерии Вселенной - эфира.
Даже в 2008 году светящийся флогистон всё ещё заполняет недра планеты. Что уж говорить про XVII-XIX века? (кадр из фильма «Путешествие к центру Земли»)
Пытаясь объяснить, как возникла Солнечная система, Декарт пришёл к выводам, которые были недалеки от истины. Светило и планеты, по его мнению, возникли в результате сжатия и закручивания первичного вещества. Только не газопылевой туманности, а заполняющего пространство эфира. Именно сопровождающийся выделением флогистона (огненной материи) распад сжатой протоматерии заставил звёзды сиять! Солнечные же пятна Декарт считал то застывающими, то вновь плавящимися каменными островами. Земля, по мнению Декарта, тоже была маленьким светилом, и эфир в её недрах распался уже тысячи лет назад. Каменные острова слились и превратились в кору, вода, освободившись от улетучившихся в пространство лёгких стихий - флогистона и воздуха, - наполнила океаны. Но пятна на Солнце доказывают, что образованные сгущением протоматерии космические тела застывают начиная с поверхности. И ко времени возникновения коры внутри ещё должен оставаться не распавшийся эфир…Будучи смесью всех четырёх стихий, эфир, даже сжатый, должен иметь примерно втрое меньшую плотность, чем самая тяжёлая стихия - земля (она же камень). Следовательно, после распада эфира камень займёт лишь треть внутреннего объёма планеты. Земля будет представлять собой «матрёшку» из нескольких твёрдых сфер, разделённых слоями воздуха и воды.
Гипотеза подвергалась критике в научной среде, но обрела и немало сторонников, которые сумели, не вставая с кресел, основательно исследовать подземный мир и совершить массу потрясающих открытий. Так, например, предполагалось, что недра планеты ярко освещены, так как сияющий флогистон скапливается под сводами, что климат там тёплый и влажный в силу преобладания стихий воздуха и воды и что именно в недрах Земли обретаются потомки десяти потерянных колен Израиля. Почему бы и нет? Эпоха Великих географических открытий на поверхности планеты уже практически завершилась, а уведённые в ассирийский плен иудеи так и не нашлись.
Предвидя, что писателям будущего потребуется много места для размещения монстров, Эдмунд Галлей предусмотрительно разделил подземный мир на верхний, средний и нижний
В 1692 году гипотеза получила поддержку великого английского астронома Эдмонда Галлея. Галлей рассчитал, что, помимо ядра размером с Меркурий, у Земли есть три концентрические оболочки толщиной по 800 километров. Расчёты, по обычаю того времени, производились на основании соображений общефилософского характера, но Галлей привёл в пользу гипотезы и довод, сохранявший актуальность на продолжении двух веков. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими! А значит, внутри планеты должно присутствовать некое массивное тело, вращающееся независимо от коры. Заодно Галлей объяснил и полярные сияния, возложив ответственность за них на всё тот же флогистон, покидающий «внутренние атмосферы» через дырки у полюсов.
Гипотеза Галлея, объясняющая странное поведение стрелки компаса, действительно подтвердилась. Теперь известно, что железно-никелевое ядро планеты вращается не синхронно с корой
Разумеется, по мере накопления знаний к гипотезе полой Земли возникало всё больше вопросов. Флогистон и эфир постепенно выветривались из физики. После открытия приливных сил Солнца и Луны невозможно было объяснить, как система вложенных сфер Земли сохраняет устойчивость. Тем не менее ещё в начале XIX века главной целью планирующихся экспедиций к полюсам считался поиск отверстий, через которые можно будет пролезть внутрь глобуса. Только на рубеже прошлого столетия гипотеза полой Земли окончательно стала маргинальной. Вместо потерянных колен Израилевых на внутренних сферах теперь проживает Гитлер, сбежавший с поверхности через полярную дырку в Антарктиде, летающие на блюдцах пришельцы и ещё, кажется, гиганты с утонувшей Лемурии.
ВСЕМИРНЫЙ ПОТОП
Если гипотеза полой Земли, невзирая на поддержку таких титанов, как Декарт и Галлей, принималась научным сообществом с большой осторожностью, то реальность Всемирного потопа в XVII-XIX веках сомнений не вызывала. В той или иной мере все естествоиспытатели, работавшие в те времена, уделяли внимание причинам и обстоятельствам глобального наводнения.
Настоящие доказательства потопа были обнаружены лишь в прошлом веке при раскопках шумерского города Ур. Наводнение, по времени совпадающее с библейским, затопило, разумеется, не всю планету, а только малую часть Месопотамии
Работа в этой области продолжается и по сей день «учёными-креационистами». И просто сайнсфриками, которые изучают мифические события с таким же увлечением, с каким «британские учёные» ставят Голлуму диагноз по фотографии. Но между старыми и новейшими исследованиями потопа существует принципиальная разница. В отличие от современных сторонников разумного замысла, учёные XVIII века были людьми искренне верующими. Соответственно, Всемирный потоп они рассматривали не как гипотезу, нуждающуюся в подтверждении, а как факт. Наука призвана объяснять факты рационально, и для Всемирного потопа никто не делал исключений. Ведь учёные не считали, что речь идёт о нарушающем законы физики чуде. Чудеса, как понятно даже из сказки о золотой рыбке, происходят мгновенно. Вода же, согласно Писанию, прибывала в течение длительного времени. А значит, Господь не обрушил её на Землю разом, а лишь запустил некий физический механизм с ограниченной производительностью.
Изучение потопа имело огромное значение для тогдашней науки. Ведь история Земли в те времена исчислялась лишь тысячами лет. Конечно, происходили извержения, разливались реки, дождь и ветер подтачивали камни, но из хроник следовало, что интенсивность этих процессов в прошлом не была выше. А значит, за все шрамы на лице планеты, все осадочные формации, появление которых нельзя было объяснить обыденным и кратким (по меркам геологии) воздействием стихий, нёс ответственность только потоп!
Гипотеза о кипящих подземных океанах в целом подтвердилась. По современным представлениям, в расплавленной мантии планеты содержится в десять раз больше воды, чем в гидросфере
С самого начала потоповедение раскололось на два конкурирующих течения. Часть учёных, ссылаясь на Писание, где говорится лишь о чудовищном ливне, полагала, что источником затопившей Землю воды была атмосфера. Но они не могли объяснить ни откуда вода взялась в облаках, ни куда она затем подевалась. Другие исследователи, приводя в пример гейзеры, доказывали, что воды на самом деле излились из недр планеты и, охладившись, ушли в них же. «Разверзшиеся небеса» в рамках этой гипотезы оказывались эффектом вторичным. Подземные полости извергали кипящую воду, которая затем испарялась и проливалась дождём. Обе версии имели слабые места. Если вода поступала сверху, грандиозные потоки, несущиеся с незатопленных ещё возвышенностей к морям, должны были бы оставить заметные даже тысячи лет спустя следы. Их искали и не нашли. Ударившие же со дна океанов фонтаны непременно погнали бы к берегам колоссальные приливные волны. А цунами уничтожило бы Ноев Ковчег!
Изучая найденные высоко в горах окаменевшие раковины, Михаил Ломоносов одним из первых пришёл к выводу, что такие находки не доказывают, а опровергают гипотезу потопа. Вода не смогла бы поднять моллюсков так высоко. Менялся рельеф - со дна моря подни
«Атмосферная» гипотеза, впрочем, быстро теряла сторонников. Вопрос с Ковчегом, конечно, оставался нерешённым, но доводы в пользу второй теории геологи встречали на каждом шагу. Лишь могучие волны могли забросить высоко в горы раковины морских моллюсков и раскидать по всей Европе огромные валуны… И из того, как именно они были раскиданы, выходило, что вода поступала с севера - где-то там подземные океаны прорвались наружу. Вероятно, считали исследователи, от чудовищных волн Ноя спасли горные цепи. Оставалось проработать детали - например, рассчитать скорость течения воды, способной нести валун размером с трёхэтажный дом… Но результат каждый раз оказывался одинаковым. Исследователь убеждался, что так быть не могло. Наступающие, а затем отступающие воды потопа должны были оставить единообразный, хоть и меняющийся в зависимости от рельефа отпечаток на всей поверхности Земли. Натуралисты, изучавшие отложения морских и речных наводнений, отлично представляли себе, как именно в том или ином месте должны выглядеть геологические последствия потопа. И не находили ничего похожего.Осторожный ропот быстро перерос в полноценный бунт на корабле. Сначала сомнения возникли в точности библейского описания катастрофы. А потом и в реальности этого события. Наконец выяснилось, что потоп вообще никому не нужен. Как предмет исследования. Пытаясь постичь механизм глобального наводнения и обнаружить его следы, учёные совершили множество открытий, в корне изменивших представления о прошлом планеты. Так, изучая осадочные породы, геологи установили, что возраст Земли исчисляется как минимум миллионами лет (более древние отложения методы тех времён ещё не позволяли датировать). А принесённые потопом валуны внезапно оказались следами некогда покрывавшего Европу ледника.
ЛАМАРКИЗМ
Пока в геологии шли ожесточённые баталии между сторонниками атмосферной и тектонической гипотез потопа, на другом участке фронта - в биологии - стояла подозрительная тишина. Ибо если геологи рассматривали потоп как событие, хотя бы отчасти поддающееся научному познанию, то сотворение живого мира, согласно Писанию, было чудом, и изучать тут было нечего. К тому же, предложенный Библией вариант возникновения жизни науке и не был интересен. Вмешательство сверхъестественной силы не объясняло, почему Земля населена именно такими видами животных.
Свои крамольные выводы биологи обнародовать не спешили, но недоверие к Писанию возникло в их среде очень рано и укоренилось глубоко. Ещё в 1735 году Карл Линней опубликовал труд «Система природы», где предложил классификацию животного мира, которую с небольшими изменениями используют и по сей день. И хотя в предисловии автор упоминал, что все звери и птицы были сотворены одномоментно и остаются неизменными, в самой работе виды делились на роды и семейства. Что весьма прозрачно намекало на наличие общего предка у похожих видов.
Претензий к введённой Линнеем терминологии никто не высказал. Уже тогда казалось очевидным, что сходство живых существ вызвано родством. Тем не менее на данном этапе научная мысль забуксовала, столкнувшись с препятствием куда более серьёзным, чем авторитет Священного Писания. Мыслители середины XVIII столетия не могли постичь причины видообразования.
Считалось, что на протяжении тысячелетий человечество существовало в разрушающемся и деградирующем мире. Адам и Ева изгонялись из Рая. Изобильный Золотой век сменялся жестоким Железным. Древняя мудрость, некогда открытая богами первопредкам, забывалась. Почвы истощались. И каждое следующее поколение уступало предыдущему. Что охотно мог подтвердить любой человек, доживший до седин… До XVII столетия включительно в человеческом мышлении не было идеи прогресса. И даже новейшие изобретения считались лишь «переоткрытием» того, что непогрешимый Аристотель наверняка знал. Просто пергамент не сохранился.
В XVIII веке игнорировать прогресс стало уже невозможно. Основательно побушевав в военном деле и производстве, он в конце концов перекинулся на гуманитарные сферы. Поднатужившись мыслью, философы сформулировали концепцию неогуманизма, согласно которой движение к совершенству всё-таки было возможно. Но только как результат волевой деятельности человека.
Все ископаемые кости долгое время считались останками погибших во время потопа исполинов. Ведь о других вымерших видах Писание не упоминало
Биологии это открытие, казалось, ничего не давало. Различия между современными и ископаемыми видами по-прежнему объясняли с помощью гипотезы Кювье, согласно которой все виды неизменны и существуют с начала времён, но с каждым потопом разнообразие живых существ на Земле сокращается.
В начале XIX века стало ясно, что окаменелости располагаются в слоях упорядоченно, а значит, допотопные звери погибли не в один миг. Из-за этого учёные со временем насчитали целых двадцать семь Всемирных потопов!
Лишь в 1809 году «Философия зоологии» Жана Батиста Ламарка указала науке выход из тупика. Натуралист, обосновывая свою точку зрения поразительно безграмотными даже по меркам начала XIX века доводами, доказывал: стремление к совершенству и усложнению - неотъемлемое свойство материи, в том числе и живой. Именно Ламарк впервые ввёл концепции эволюции видов и самозарождения жизни. Он же предложил и механизм эволюционных изменений. Происходили они, по мнению автора, в результате упражнений. Например, бег приводил к удлинению ног, а затем это благоприобретённое качество передавалось по наследству.
Слабость гипотезы Ламарка была очевидна с самого начала. Ноги, сколько ни бегай, длиннее не становились, и по наследству приобретённые качества не передавались. А многие наследственные качества - например, покровительственную окраску, - вообще нельзя было совершенствовать упражнением. Тем не менее справедливая критика не помешала ламаркизму обрести множество сторонников. Ибо идея совершенствования путём упражнения идеально соответствовала философии гуманизма.
Наряду с неогуманизмом в конце XVIII века сложилась и диалектическая философия. Но расшифровка трудов Гегеля, написанных невозможно сложным, тёмным и запутанным языком, заняла несколько десятилетий, прежде чем удалось понять: материя движется благодаря борьбе противоположностей. Эта мысль постепенно завладевала умами, создавая почву для теории естественного отбора.
Может показаться странным, но гипотеза Ламарка, отвергающая причастность Творца к происхождению жизни и видов, не вызвала возмущения. Образованная общественность легко приняла идею эволюции как результата индивидуальных усилий и метафизического «стремления к совершенству». Но публикация в 1853 году «Происхождения видов» Дарвина имела эффект разорвавшейся бомбы. Сторонники идей Ламарка и Дарвина ринулись друг на друга с такой яростью, что очнувшиеся адепты «разумного замысла» буквально не успевали вставить слово.
Выжил в этом противостоянии, как и полагается по Дарвину, сильнейший. Точка была поставлена в начала XX века благодаря развитию генетики. Вскрытие механизма наследственности показало, что прижизненные упражнения не могут отразиться на потомстве. В науке, таким образом, вопрос был раз и навсегда закрыт.
Заслуги Жана Батиста Ламарка ныне забыты даже креационистами. Да, его гипотеза оказалась неверной. Но в науке правильно поставленный вопрос ценнее найденного ответа. Учёные, которые постигали загадки строения Земли с позиций сгущения эфира, объясняли ледниковые отложения в рамках гипотезы потопа и развивали идею «эволюции упражнением», двигались, разумеется, в ошибочном направлении. Но по дороге совершили множество великих открытий.
Понятие гипотезы (греч. ὑπόθεσις - "основа, предположение") представляет собой научное предположение, истинность которого еще не подтверждена. Гипотеза может выступать как метод развития научного знания (выдвижение и экспериментальная проверка предположений), а также как элемент структуры научной теории. Создание гипотетической системы в процессе осуществления тех или иных мыслительных операций позволяет человеку делать доступным для обсуждения и видимого преобразования предполагаемое устройство определенных объектов. Процесс прогнозирования по отношению к данным объектам приобретает более конкретный и обоснованный характер.
История развития метода гипотез
Возникновение гипотетического метода приходится на ранний этап развития античного математического знания. В Древней Греции математики использовали мысленного эксперимента для математических доказательств. Данный метод заключался в выдвижении гипотезы с последующим выводом из нее следствий с помощью аналитической дедукции. Цель метода заключалась в проверке изначальных научных догадок и предположений. Свой собственный аналитико-синтетический метод разрабатывает Платон. На первом этапе выдвинутая гипотеза подвергается предварительному анализу, на втором необходимо провести логическую цепь выводов в обратном порядке. Если это представляется возможным, исходное предположение считается подтвержденным.
В то время как в античном наукознании гипотетический метод применяется больше в скрытой форме, в рамках других методов, в конце 17-го в. гипотеза начинает использоваться уже как самостоятельный метод научного исследования. Наибольшее же развитие и укрепление своего статуса в рамках научного познания метод гипотез получил в работах Ф. Энгельса.
Гипотетическое мышление в детском возрасте
Процедура формулирования гипотез является одним из важнейших этапов развития мышления в детском возрасте. Об этом, например, пишет швейцарский психолог Ж. Пиаже в своей работе «Речь и мышление ребенка» (1923 г.).
Примеры гипотез для детей можно встретить уже на начальных этапах обучения в Так, детям может быть предложено ответить на вопрос о том, откуда птицы знают дорогу на юг. В свою очередь, дети начинают выдвигать предположения. Примеры гипотез: «они следуют за теми птицами в стае, которые уже летали на юг раньше»; «ориентируются по растениям и деревьям»; «чувствуют теплый воздух» и т. д. Изначально мышление 6-8-летнего ребенка отличается эгоцентричностью, в своих выводах же ребенок ориентируется прежде всего на простое интуитивное обоснование. В свою очередь, развитие гипотетического мышления позволяет снять данное противоречие, способствуя поиску ребенком доказательств при обосновании тех или иных своих ответов. В дальнейшем же, при переходе в среднюю школу, процесс порождения гипотез существенно усложняется и приобретает новую специфику - более абстрактный характер, опора на формулы и др.
Активно задания на развитие гипотетического мышления используются в рамках развивающего обучения детей, построенного по системе Д.Б. Эльконина -
Тем не менее, независимо от формулировки, гипотеза является предположением о связях двух и более переменных в определенном контексте и представляет собой обязательный компонент научной теории.
Гипотеза в системе научного знания
Научная теория не может формулироваться при помощи непосредственного индуктивного обобщения научного опыта. В качестве промежуточного звена выступает гипотеза, объясняющая совокупность тех или иных фактов или явлений. Это наиболее сложный этап в системе научного знания. Ведущую роль здесь играют интуиция и логика. Рассуждения сами по себе еще не являются доказательствами в науке - это только выводы. Об их истинности можно судить только в случае истинности тех посылок, на которые они опираются. Задача исследователя в данном случае заключается в выборе из множества эмпирических фактов и эмпирических обобщений наиболее важных, а также в попытке научного обоснования данных фактов.
Помимо соответствия гипотезы эмпирическим данным, необходимо также, чтобы она отвечала таким принципам научного знания, как разумность, экономичность и простота мышления. Возникновение гипотез обусловлено неопределенностью ситуации, объяснение которой является актуальным вопросом для научного знания. Также может иметь место наличие противоречивых суждений на эмпирическом уровне. В целях разрешения данного противоречия необходимо выдвижение определенных гипотез.
Специфика построения гипотез
В связи с тем что гипотеза в своей основе опирается на некое предположение (предсказание), следует иметь в виду, что это еще не достоверное, а вероятное знание, истинность которого еще необходимо доказать. При этом она должна охватывать все факты, относящиеся к данной научной области. Как отмечает Р. Карнап, если исследователь предполагает, что слон является отличным пловцом, то речь вовсе не идет об одном конкретном слоне, которого он мог наблюдать в одном из зоопарков. В данном случае имеет место английский артикль the (в аристотелевском смысле - множественное значение), то есть речь идет о целом классе слонов.
Гипотеза систематизирует уже имеющиеся факты, а также предсказывает появление новых. Так, если рассматривать примеры гипотез в науке, можно выделить квантовую гипотезу М. Планка, выдвинутую им в начале ХХ века. Данная гипотеза, в свою очередь, привела к открытию таких областей, как квантовая механика, квантовая электродинамика и др.
Основные свойства гипотезы
В конечном итоге любая гипотеза должна получить либо подтверждение, либо опровержение. Таким образом, мы имеем дело с такими свойствами научной теории, как верифицируемость и фальсифицируемость.
Процесс верификации направлен на установление истинности того или иного знания посредством их эмпирической проверки, после чего подтверждается гипотеза исследования. Примером может служить атомистическая теория Демокрита. Также следует различать предположения, которые можно подвергнуть эмпирической проверке, и те, которые, в принципе, непроверяемы. Так, утверждение: «Оля любит Васю» - изначально не поддается верификации, в то время как утверждение: «Оля говорит, что любит Васю» - может быть верифицируемо.
Верифицируемость также может иметь косвенный характер, когда заключение делается на основе логических выводов из прямо верифицированных фактов.
Процесс фальсификации, в свою очередь, направлен на установление ложности гипотезы в процессе эмпирической проверки. При этом важно отметить, что результаты проверки гипотезы сами по себе не могут ее опровергнуть - необходима альтернативная гипотеза для дальнейшего развития исследуемой области знания. Если таковой гипотезы нет, отказ от первой гипотезы невозможен.
Гипотеза в эксперименте
Предположения, выдвигаемые исследователем для экспериментального подтверждения, носят название экспериментальных гипотез. При этом они необязательно основываются на теории. В. Н. Дружинин выделяет три типа гипотез с точки зрения их происхождения:
1. Теоретически обоснованные - основывающиеся на теории (модели реальности) и являющиеся прогнозами, следствиями данных теорий.
2. Научные экспериментальные - также подтверждают (либо опровергают) те или иные модели реальности, однако за основу берутся не уже сформулированные теории, а интуитивные предположения исследователя («А почему бы не так?..»).
3. Эмпирические гипотезы, сформулированные относительно конкретного данного случая. Примеры гипотез: «Щелкни корову по носу, она махнет хвостом» (Козьма Прутков). После подтверждения гипотезы в процессе эксперимента она приобретает статус факта.
Общим для всех экспериментальных гипотез является такое свойство, как операционализируемость, то есть формулирование гипотез в терминах конкретных экспериментальных процедур. В данном контексте также можно выделить три типа гипотез:
- гипотезы о наличии того или иного явления (тип А);
- гипотезы о наличии связи между явлениями (тип Б);
- гипотезы о наличии причинной связи между явлениями (тип В).
Примеры гипотез типа А:
- Существует ли феномен «сдвига к риску» (термин социальной психологии) в процессе группового принятия решения?
- Есть ли жизнь на Марсе?
- Возможна ли передача мыслей на расстоянии?
Также сюда можно отнести периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, на основе которой ученый предсказал существование еще не открытых на тот момент элементов. Таким образом, к данному типу относятся все гипотезы о фактах и явлениях.
Примеры гипотез типа Б:
- Все внешние проявления мозговой деятельности могут быть сведены к мышечным движениям (И.М. Сеченов).
- Экстраверты имеют бо́льшую чем интроверты.
Соответственно, данный тип гипотез характеризуют те или иные связи между явлениями.
Примеры гипотез типа В:
- Центробежная сила уравновешивает тяжесть и сводит ее к нулю (К.Э. Циолковский).
- ребенка способствует развитию его интеллектуальных способностей.
Данный тип гипотез имеет в своей основе независимую и зависимую переменные, отношения между ними, а также уровни дополнительных переменных.
Гипотеза, диспозиция, санкция
Примеры данных понятий рассматриваются в рамках юридического знания в качестве элементов правовой нормы. Следует также отметить, что сам вопрос структуры норм права в юриспруденции является объектом дискуссии как для отечественной, так и для зарубежной научной мысли.
Гипотеза в юриспруденции представляет собой часть нормы, определяющей условия действия данной нормы, на факты, при которых она начинает функционировать.
Гипотеза в рамках права может выражать такие аспекты, как место / время происшествия определенного события; принадлежность субъекта к определенному государству; сроки вступления правовой нормы в действие; состояние здоровья субъекта, влияющее на возможность реализации того или иного права, и др. Пример гипотезы нормы права: «Ребенок неизвестных родителей, обнаруженный на территории РФ, становится гражданином РФ». Соответственно, указывается место происшествия и принадлежность субъекта конкретному государству. В данном случае имеет место простая гипотеза. В праве примеры подобных гипотез являются достаточно распространенными. Простая гипотеза имеет в своей основе одно обстоятельство (факт), при котором она вступает в действие. Также гипотеза может быть сложной, если речь идет о двух и более обстоятельствах. Кроме того, существует альтернативный вид гипотез, предполагающий действия различного характера, приравненные законодательством друг к другу по тем или иным причинам.
Диспозиция направлена на закрепление прав и обязанностей участников правовых отношений, указание их возможного и должного поведения. Как и гипотеза, диспозиция может иметь простую, сложную либо альтернативную форму. В простой диспозиции речь ведется об одном юридическом последствии; в сложной - о двух и более, наступающих одновременно либо в совокупности; в альтернативной диспозиции - о разных по характеру последствиях («либо-либо»).
Санкция, в свою очередь, является частью нормы, указывающей на принудительные меры для обеспечения прав и обязанностей. Во многих случаях санкции направлены на конкретные виды юридической ответственности. С точки зрения определенности, выделяют два вида санкций: абсолютно-определенные и относительно-определенные. В первом случае речь идет о юридических последствиях, не предусматривающих никаких альтернатив (признание недействительности, передача прав собственности, штраф и т. д.). Во втором случае может рассматриваться несколько вариантов решения (например, в Уголовном кодексе Российской Федерации это может быть штраф либо лишение свободы; рамки действия срока наказания - например, от 5 до 10 лет, и т. д.). Также санкции могут быть штрафными и правовосстановительными.
Анализ структуры правовой нормы
Соответственно, структуру «гипотеза - диспозиция - санкция» (примеры правовой нормы) можно представить в следующем виде: ГИПОТЕЗА («если..») → ДИСПОЗИЦИЯ («то..») → САНКЦИЯ («иначе..»). Однако в реальности одновременно все три элемента в норме права встречаются достаточно редко. Чаще мы имеем дело с двучленной структурой, которая может быть двух видов:
1. Регулятивные нормы права: гипотеза-диспозиция. В свою очередь, могут подразделяться на обязывающие, запрещающие и управомочивающие.
2. Охранительные нормы права: гипотеза-санкция. Также могут быть трех видов: абсолютно-определенные, относительно-определенные и альтернативные (см. классификацию санкций).
При этом гипотеза необязательно должна находиться в начале правовой нормы. Соответствие определенной структуре отличает норму права от индивидуаль-ного предписания (рассчитанного на однократное действие), а также от общих принципов права (не выделяющие гипотезы и санкции, регулирующие отно-шения без особой определенности).
Рассмотрим примеры гипотезы, диспозиции, санкции в статьях. Регулятивные нормы права: «Трудоспособные дети, достигшие 18 лет, должны заботиться о нетрудоспособных родителях» (Конституция РФ, ч. 3, ст. 38). Первая часть нормы, касающаяся трудоспособных детей, достигших 18 лет - это гипотеза. Она, как и положено гипотезе, указывает на условия действия нормы - на порядок ее вступления в силу. Указание на необходимость заботы о нетрудоспособных родителях - это диспозиция, закрепляющая определенную обязанность. Таким образом, элементами правовой нормы в данном случае являются гипотеза и диспозиция - пример обязывающей нормы.
«Подрядчик, ненадлежащим образом выполнивший работы, не вправе ссылаться на то, что заказчик не осуществлял контроль и надзор за их выполнением, кроме...» (Гражданский кодекс РФ, ч.4, ст.748). Это примеры гипотезы и диспозиции запрещающей нормы.
Охранительные нормы права: «За вред, причиненный несовершеннолетним, не достигшим 14-ти лет, отвечают его родители...» (Гражданский кодекс РФ, ч.1, ст.1073). Это структура: гипотеза-санкция, пример абсолютно-определенной правовой нормы. Данный вид представляет собой единственно точное условие (вред, который причинил несовершеннолетний) в сочетании с единственно точной санкцией (ответственность родителей). Гипотезы в охранительных правовых нормах указывают на нарушения.
Пример альтернативной правовой нормы: «Мошенничество, совершенное группой лиц по предварительному сговору… наказывается штрафом в размере до 300 тыс. рублей, либо в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период до 2 лет, либо обязательными работами на срок до 480 часов...» (Уголовный кодекс РФ, ст. 159 п. 2); «Мошенничество, совершенное лицом с использованием своего служебного положения... наказывается штрафом в размере от 100 тысяч до 500 тысяч рублей» (Уголовный кодекс РФ, ст. 159 п. 3). Соответственно, факты мошенничества, о которых идет речь, являют собой примеры научных гипотез, а те или иные альтернативы ответственности за данные преступления - примеры санкций.
Гипотеза в рамках психологического исследования
Если речь идет о психологическом научном исследовании, опирающемся на методы то гипотеза в данном случае должна соответствовать прежде всего таким требованиям, как четкость и лаконичность. Как отмечает Е.В. Сидоренко, благодаря данным гипотезам исследователь в ходе расчетов, собственно, и получает ясную картину относительно того, что он установил.
Принято выделять нулевую и альтернативную статистические гипотезы. В первом случае речь идет об отсутствии различий в исследуемых признаках, согласно формуле Х 1 -Х 2 =0. В свою очередь, Х 1 , Х 2 - значения признаков, по которым проводится сопоставление. Соответственно, если цель нашего исследования - доказать различий между значениями признаков, то мы хотим опровергнуть нулевую гипотезу.
В случае же с альтернативной гипотезой утверждается статистическая значимость различий. Таким образом, альтернативная гипотеза - это то утверждение, которое мы стремимся доказать. Также ее называют экспериментальной гипотезой. Следует отметить, что в некоторых случаях исследователь, напротив, может стремиться доказать нулевую гипотезу, если это соответствует целям его эксперимента.
Можно привести следующие примеры гипотез в психологии:
Нулевая гипотеза (Н 0): Тенденция возрастания (убывания) признака при переходе от одной выборки к другой является случайной.
Альтернативная гипотеза (Н 1): Тенденция возрастания (убывания) признака при переходе от одной выборки к другой не является случайной.
Предположим, что в группе детей с высоким уровнем тревожности была проведена серия тренингов по снижению данной тревожности. Были сделаны замеры данного показателя до и после проведения тренингов соответственно. Необходимо установить, является ли различие между данными замерами статистически значимым показателем. Нулевая гипотеза (Н 0) будет иметь следующий вид: тенденция снижения уровня тревожности в группе после проведения тренингов случайна. В свою очередь, альтернативная гипотеза (Н 1) будет звучать как: тенденция снижения уровня тревожности в группе после проведения тренингов не является случайной.
После применения того или иного математического критерия (например, G-критерий знаков) исследователь может сделать вывод о статистической значимости / незначимости полученного «сдвига» в отношении исследуемого признака (уровня тревожности). Если показатель является статистически значимым, принимается альтернативная гипотеза, а нулевая, соответственно, отбрасывается. В обратном случае, наоборот, принимается нулевая гипотеза.
Также в психологии может иметь место выявление связи (корреляции) между двумя и несколькими переменными, что также отражает гипотеза исследования. Пример:
Н 0: корреляция между показателем концентрации внимания школьника и показателем успешности выполнения им контрольного задания не отличается от 0.
Н 1: корреляция между показателем концентрации внимания школьника и показателем успешности выполнения им контрольного задания статистически значимо отличается от 0.
Кроме того, примеры научных гипотез в психологическом исследовании, требующие статистического подтверждения, могут относиться к распределению признака (эмпирический и теоретический уровень), степени согласованности изменений (при сопоставлении двух признаков либо их иерархий) и др.
Гипотеза в социологии
Например, если речь идет о неуспеваемости студентов в вузе, необходимо проанализировать ее причины. Какие гипотезы в данном случае может выдвинуть социолог? А.И. Кравченко приводит следующие примеры гипотез в социологическом исследовании:
- Низкое качество преподавания ряда предметов.
- Отвлечение студентов вуза от учебного процесса на дополнительный заработок.
- Низкий уровень требовательности администрации вуза к успеваемости и дисциплине студентов.
- Издержки конкурсного приема в вуз.
Важно, чтобы примеры научных гипотез отвечали требованиям ясности и конкретности, касаясь только непосредственно предмета исследования. Грамотность формулирования гипотез, как правило, определяет грамотность выбора методов исследования. Данное требование одинаково для построения гипотез во всех формах научной социологической работы - будь то гипотеза в рамках семинарского занятия либо гипотеза дипломной работы. Пример с низкой успеваемостью в вузе, в случае выбора гипотезы о негативном воздействии подработки студентов, можно рассматривать в рамках метода простого опроса респондентов. Если же выбрана гипотеза о низком качестве преподавания, необходимо использовать экспертный опрос. В свою очередь, если речь идет об издержках конкурсного отбора, можно применить метод корреляционного анализа - при сопоставлении показателей успеваемости студентов данного вуза с разными условиями поступления.
