Теперь вернемся к логике открытия старой квантовой теории, в частности, остановимся подробнее на ее положительной эвристике. По замыслу Бора, вначале должна была войти в игру теория атома водорода. Его первая модель состояла из ядра-протона и электрона на круговой орбите; во второй модели он вычислил эмпирическую орбиту электрона в фиксированной плоскости; затем он отказывается от явно искусственных ограничений, связанных с неподвижностью ядра и фиксированностью плоскости вращения электрона; далее, он хотел учесть возможность вращения (спин) электрона;' (182) затем он надеялся распространить свою программу на структуру сложных атомов и молекул, учитывая воздействие на них электромагнитных полей, и т. д. Этот замысел существовал с самого начала: идея аналогии между строением атома и планетарной системой уже намечала в общих чертах весьма обнадеживающую, хотя длительную и нелегкую, программу исследований и даже указывала достаточно ясные принципы, которыми эта программа должна была руководствоваться. (183) "В 1913 году казалось, что тем самым найден подходящий ключ к проблеме спектра, и нужны только время и терпение, чтобы разрешить эту проблему окончательно". (184)
Знаменитая статья Н. Бора 1913 года была первым шагом в реализации этой исследовательской программы. В ней содержалась первая модель (обозначим ее M1), которая уже была способна предсказывать факты, до этого не предсказуемые ни одной из предшествующих теорий: длины волн спектральных линий водорода [в ультрафиолетовой и дальней инфракрасной областях]. Хотя некоторые длины волн водородного спектра были известны до 1913 г. [серии Бальмера (1885) и серии Пашена (1908)], теория Бора предсказывала значительно больше, чем следовало из этих известный серий. Опыты вскоре подкрепили это новое содержание теории: дополнительные боровские серии были открыты Лайманом (1914), Брэккетом (1922) и Пфундом (1924).
Поскольку серии Бальмера и Пашена были известны до 1913 г., некоторые историки видят в этом пример бэконовского "индуктивного восхождения": 1) хаос спектральных линий, 2) "эмпирический закон" (Бальмер), 3) теоретическое объяснение (Бор). Это сильно напоминает три "этажа" Уэвелла. Но прогресс науки, наверняка, был бы замедлен, если полагаться на набивший оскомину метод проб и ошибок остроумного швейцарского школьного учителя: магистраль научной абстрагирующей мысли, проложенная смелыми умозрениями Планка, Резерфорда, Эйнштейна и Бора, дедуктивным образом привела бы к результатам Бальмера как к проверочным предложениям по отношению к их теориям, обходясь без так называемого "первопроходчества" Бальмера. Рациональная реконструкция истории науки не обещает авторам "наивных догадок" достойного вознаграждения за их муки. (185)
На самом деле проблема Бора заключалась не в том, чтобы объяснить серии Бальмера и Пашена, а в том, чтобы объяснить парадоксальную устойчивость атома Резерфорда. Более того, Бор даже не знал об этих формулах до того, как была написана первая версия его статьи. (186)
Не все новое содержание первой боровской модели M1 нашло подкрепление. Например, M1 претендовала на предсказание всех спектральных линий водорода. Однако были получены экспериментальные свидетельства о таких водородных сериях, которых не могло быть по боровской M1. Это были аномальные ультрафиолетовые серии Пикеринга-Фаулера.
Пикеринг нашел эти серии в 1896 г. в спектре звезды t, Кормы. Фаулер, после того как первый член серии был подтвержден также наблюдениями во время солнечного затмения в 1898 г., получил всю серию в экспериментах с разрядной трубкой, содержащей смесь водорода и гелия. Конечно, можно было предположить, что линии-монстры не имели ничего общего с водородом, поскольку и Солнце, и звезда t, Кормы содержат множество газов, а разрядная трубка содержала также гелий. И в самом деле серия не могла быть получена в трубке с чистым водородом. Но "экспериментальная техника" Пике-ринга и Фаулера, с помощью которой была фальсифицирована гипотеза Бальмера, имела достаточно разумное, хотя никогда специально не проверявшееся, теоретическое основание: а) их серии имели то же число схождения, что в серии Бальмера, и, следовательно, могли считаться водородными сериями;
б) Фаулер дал приемлемое объяснение, почему гелий не должен приниматься в расчет при образовании этих серий. (187)
Однако результаты "авторитетных экспериментаторов" не произвели на Бора особого впечатления. Он не сомневался в "точности экспериментов" или "осуществимости их наблюдений": под сомнение была поставлена "наблюдательная теория". И, действительно, Бор предложил альтернативу. Вначале он разработал новую модель (M1) своей исследовательской программы: ионизованный атом гелия, ядро которого имело заряд равный удвоенному заряду протона, с единственным электроном на орбите. Эта модель предсказывал ультрафиолетовые серии в спектре ионизованного гелия, которые совпадали с сериями Пикеринга-Фаулера. Это уже была соперничающая теория. Затем он предложил "решающий эксперимент": он предсказал, что серии Фаулера могут быть получены - и даже с более сильными линиями - разрядной трубке со смесью хлора и гелия. Более того, Бор объяснил экспериментаторам, даже не взглянув на их приборы, каталитическую роль водорода в эксперименте Фаулера и хлора в предложенном им самим эксперименте. (188) И он был прав. (189) Таким образом первое очевидное поражение исследовательской программы Бора было превращено в славную победу.
Однако эта победа была вскоре оспорена. Фаулер признал, что его серии относились не к водороду, а к гелию. Но он заметил, что "укрощение монстра" (monster-adjustment) (190) нельзя признать действительным:
длины волн в сериях Фаулера значительно отличались от значений, предсказанных Mg Бора. Следовательно, эти серии, хотя не противоречили M1, опровергали М2, но так как Mi и Мз тесно связаны между собой, то это опровергает и M1. (191)
Бор отверг аргументы Фаулера: ну, разумеется, ведь он никогда не относился к М2 с полной серьезностью. Предсказанные им значения основывались на грубых подсчетах, в основу которых было положено вращение электрона вокруг неподвижного ядра; разумеется, на самом деле электрон вращается вокруг общего центра тяжести; разумеется, как всегда, когда решается проблема двух тел, нужно заменить редуцироанную массу:
me'=me/[l+ (me/mn)]. (192 )Это была уже модифицированная модель Бора - Мз. И Фаулер должен был признать, что Бор опять прав. (193)
Явное опроверждение M2 превратилось в победу Мз; стало ясно, что М2 и Мз могли быть разработаны в рамках исследовательской программы Бора, как и Мп или Мао, без каких бы то ни было стимулов со стороны наблюдения или эксперимента. Именно в это время Эйнштейн сказал о теории Бора: "Это одно из величайших открытий". (194)
Развитие исследовательской программы Бора затем шло как по заранее намеченному плану. Следующим шагом было вычисление эллиптических орбит. Это было сделано Зоммерфельдом в 1915 г. с тем (неожиданным) результатом, что возрастание числа стационарных (возможных) орбит не вело к увеличению числа возможных энергетических уровней, так что, по видимости, не было возможности решающего эксперимента, способного выбрать между эллиптической и круговой теориями. Однако электроны вращались вокруг ядра с очень высокой скоростью, следовательно, в соответствии с механикой Эйнштейна, их ускорение приводило к заметному изменению массы. Действительно, вычисляя такие релятивистские поправки, Зоммерфельд получил новый порядок энергетических уровней и "тонкую структуру" спектра.
Переключение на новую релятивистскую модель потребовало значительно большей математической изощренности и таланта, чем разработка нескольких первых моделей. Достижение Зоммерфельда носило главным образом математический характер.
По иронии судьбы, дублеты водородного спектра уже были открыты Майкельсоном в 1891 г. iss-i (96) Мозли сразу же после первой публикации Бора заметил, что "гипотеза Бора не может объяснить появление второй, более слабой линии, обнаруживаемой в каждом спектре". (197) Это также не огорчило Бора, он был убежден, что положительная эвристика его исследовательской программы должна рано или поздно объяснить и даже исправить наблюдения Майкельсона. (198) Так и произошло. Конечно, теория Зоммерфельда была несовместима с первыми моделями Бора; более тонкие эксперименты - с исправленными старыми наблюдениями - дали решающие доказательства в пользу боровской программы. Многие недостатки первых моделей Бора были превращены Зоммерфельдом и его мюнхенской школой в победы исследовательской программы Бора.
Интересно, что точно так же, как Эйнштейн на фоне впечатляющего прогресса квантовой физики в 1913 г. остановился в нерешительности, Бор притормозил в 1916 г.;
и также, как ранее Бор перехватил инициативу у Эйнштейна, теперь Зоммерфельд перехватил инициативу у самого Бора. Различие между атмосферой копенгагенской школы Бора и мюнхенской школы Зоммерфельда было очевидным: "В Мюнхене использовались более конкретные и потому более понятные формулировки: там были достигнуты большие успехи в систематизации спектров и в применении векторной модели. Но в Копенгагене полагали, что адекватный язык для новых явлений еще не найден, были сдержаны по отношению к слишком определенным формулировкам, выражались более осторожно и более общо - поэтому их было гораздо труднее понять". (199)
Все это показывает, как наличие прогрессивного сдвига обеспечивает доверие-и рациональность - по отношению к исследовательской программе с противоречием в основаниях. М. Борн в статье, посвященной памяти М. Планка, дает убедительное описание этого процесса: "Разумеется, само по себе введение кванта действия еще не означало возникновения истинной квантовой теории... Трудности, вызываемые введением кванта действия в общепризнанную классическую теорию, были ясны с самого начала. Со временем они не уменьшались, а возрастали; хотя по ходу исследований кое-какие из них преодолевались, в теории все равно зияли бреши, которые не могли не тревожить самокритичных теоретиков. В основу теории Бора легла гипотеза, которая несомненно была. бы отвергнута любым физиком предшествующего поколения. С тем, что некоторые внутриатомные квантованные (т. е. выделенные квантовым принципом) орбиты играют особую роль, еще можно было смириться; труднее было согласиться с тем, что электроны, движущиеся с ускорением по криволинейным траекториям, не излучают энергию. Но допущение о том, что точно определенная частота излучаемого кванта световой энергии должна отличаться от частоты излучения электрона, в глазах теоретика, воспитанного в классической школе, выглядело невероятным монстром. Тем не менее, вычисления [а точнее сказать, прогрессивные сдвиги проблем} решают все, и столы начинают вертеться. Если вначале это выглядело как остроумный прием, с помощью которого новый и странный элемент с наименьшим трением подгонялся под существующую систему общепринятых представлений, то затем, захватчик, освоив чужую территорию, стал изгонять с нее прежних обитателей; теперь уже ясно, что старая система треснула по швам, и вопрос только в том, какие швы и в какой мере еще можно сохранить". (200)
Важным уроком анализа исследовательских программ является тот факт, что лишь немногие эксперименты имеют действительное значение для их развития. Проверки и "опровержения" обычно дают физику-теоретику столь тривиальные эвристические подсказки, что крупномасштабные проверки или слишком большая суета вокруг уже полученных данных часто бывают лишь потерей времени. Чтобы понять, что теория нуждается в замене, как правило, не нужны никакие опровержения; положительная эвристика сама ведет вперед, прокладывая себе дорогу. К тому же, прибегать к жестким "опровергающим интерпретациям", когда речь идет о совсем юной программе, - это опасная методологическая черствость. Первые варианты такой программы и применяться-то могут только к "идеальным", несуществующим объектам;
нужны десятилетия теоретической работы. чтобы получить первые новые факты, и еще больше времени, чтобы возникли такие варианты исследовательской программы, проверка которых могла бы дать действительно интересные результаты, когда опровержения уже не могут быть предсказаны самой же программой.
Диалектика исследовательских программ поэтому совсем не сводится к чередованию умозрительных догадок и эмпирических опровержений. Типы отношений между процессом развития программы и процессами эмпирических проверок могут быть самыми разнообразными; какой из них осуществляется - вопрос конкретно-исторический. Укажем три наиболее типичных случая.
1) Пусть каждый из следующих друг за другом вариантов H1, H2, Н3 успешно предсказывают одни факты и не могут предсказать другие, иначе говоря, каждый из этих вариантов имеет как подкрепления, так и опровержения. Затем предлагается Н4, который предсказывает некоторые новые факты, но при этом выдерживает самые суровые проверки. Мы имеем прогрессивный сдвиг проблем и к тому же благообразное чередование догадок и опровержений в духе Поппера. (201 )Можно умиляться этим классическим примером, когда теоретическая и экспериментальная работы шествуют рядышком, рука об руку.
2) Во втором случае мы имеем дело с каким-нибудь одиноким Бором (может быть, даже без предшествующего ему Бальмера), который последовательно разрабатывает H1, Н2, Н3, Н4, но так самокритичен, что публикует только Н4. Затем Н4 подвергается проверке, и данные оказываются подкрепляющими для Н4 - первой (и единственной) опубликованной гипотезы. Тогда теоретик, имеющий дело только с доской и бумагой, оказывается, повидимости, идущим далеко впереди экспериментатора - перед нами период относительной автономии теоретического прогресса.
3) Теперь представим, что все эмпирические данные, о которых шла речь, уже известны в то время, когда выдвигаются H1, H2, Н3 и Н4. Тогда вся эта последовательность теоретических моделей не выступает как прогрессивный сдвиг проблем, и поэтому, хотя все данные подкрепляют его теории, ученый должен работать над новыми гипотезами, чтобы доказать научную значимость своей программы. (202) Так может получиться либо из-за того, что более ранняя исследовательская программа (вызов которой брошен той программой, которая реализуется в последовательности Hi, ..., Н4), уже произвела все эти факты, либо из-за того, что правительство отпустило слишком много денег на эксперименты по коллекционированию спектральных линий и все рабочие лошади науки пашут именно это поле. Правда, второй случай крайне маловероятен, ибо, как сказал бы Каллен, "число ложных фактов, заполоняющих мир, бесконечно превышает число ложных теорий" (203); в большинстве случаев, когда исследовательская программа вступает в конфликт с известными фактами, теоретики будут видеть причину этого в "экспериментальной технике", считать несовершенными "наблюдательные теории", которые лежат в ее основе, исправлять данные, полученные экспериментаторами, получая таким образом новые факты. (204)
После этого методологического отступления, вернемся снова к программе Бора. Когда была впервые сформулирована ее положительная эвристика, не все направления развития этой программы можно было предвидеть и планировать. Когда появились некоторые неожиданные трещины в остроумных моделях Зоммерфельда (не были получены некоторые предсказанные спектральные линии), Паули предложил глубокую вспомогательную гипотезу ("принцип исключения"), с помощью которой не только были закрыты бреши теории, но придан новый вид периодической системе элементов и предсказаны ранее неизвестные факты.
В мои намерения не входит развернутое изложение того, как развивалась программа
Бора. Но тщательный анализ ее истории - поистине золотое дно для методологии: ее изумительно быстрый прогресс - на противоречивых основаниях! - потрясает, ее красота, оригинальность и эмпирический успех ее вспомогательных гипотез, выдвигавшихся блестящими и даже гениальными учеными, беспрецедентны в истории физики. (205) Иногда очередной вариант программы требовал только незначительного усовершенствования (например, замены массы на уменьшающуюся массу). Иногда, однако, для получения очередного варианта требовалась новая утонченная математика (например, математический аппарат, применяемый при решении задач со многими телами) либо новые остроумные физические вспомогательные гипотезы. Добавочная математика или физика черпались либо из наличного знания (например, из теории относительности), либо изобретались заново (например, принцип запрета Паули). В последнем случае имел место "креативный сдвиг" в положительной эвристике.
Но даже эта великая программа подошла к точке, в которой ее эвристическая сила иссякла. Гипотезы ad hoc множились и не сменялись объяснениями, увеличивающими содержание. Например, боровская теория молекулярного (совместного) спектра предсказывала формулу для двухатомных молекул, но эта формула была опровергнута. Приверженцы теории заменили т (2) на т (т+1), это помогло объяснить факты, но было явным приемом ad hoc.
Затем пришла очередь проблемы необъяснимых дублетов в спектре щелочи. Ланде объяснил их в 1924 г., введя ad hoc "релятивистское правило расщепления", Гаудсмит и Уленбек - в 1925 г. с помощью спина электрона. Объяснение Ланде было ad hoc, а объяснение Гаудсмита и Уленбека, кроме того, было еще и несовместимо со специальной теорией относительности; "периферическая скорость" электрона во много раз превышала скорость света, а сам электрон заполнял весь объема атома. (205) Нужна была безумная смелость для такого предположения (Крониг пришел к этой идее раньше, но воздержался от ее публикации, считая гипотезу невероятной и неприемлемой). (206)
Но безрассудная смелость, проявлявшаяся в выдвижении диких и необузданных фантазий в качестве научных гипотез, не приносила ощутимых плодов. Программа запаздывала за открытиями "фактов". Неукротимые аномалии заполонили поле исследования. Накапливая бесплодные противоречия и умножая число гипотез ad hoc, программа вступила в регрессивную фазу: она начала, по любимому выражению Поппера "терять свой эмпирический характер". (207) Кроме того, многие проблемы, подобные тем, какие возникали в теории возмущений, по-видимому, даже не могли ожидать своего решения в ее рамках. Вскоре возникла соперничающая исследовательская программа - волновая механика. Эта новая программа не только объяснила квантовые условия Планка и Бора уже в своем первом варианте (де Бройль, 1924 г.), она вела к будоражащим открытиям новых фактов (эксперименты Дэвиссона и Джермера). В последующих, более утонченных вариантах она предложила решения проблем, бывших недосягаемыми для исследовательской программы Бора, а также объяснила все те факты, ради которых в боровской программе (в ее позднейших вариантах) выдвигались гипотезы ad hoc, и сделала это с помощью теорий, удовлетворяющих самым высоким методологическим критериям. Волновая механика вскоре обогнала, подчинила себе и затем вытеснила программу Бора.
Статья де Бройля вышла в то время, когда программа Бора уже регрессировала. Но это было простым совпадением. Задумаемся:
что произошло бы, если бы де Бройль написал и опубликовал свою статью в 1914 г., а не в 1924 г.?
(г) Новый взгляд на решающие эксперименты: конец скороспелой рациональности
Мы сделали бы ошибку, предположив, что ученый обязан оставаться сторонником некой исследовательской программы до тех пор, пока она не исчерпает весь запас своей эвристической силы, что он не может предложить иную соперничающую программу до того, как уже всем станет ясно, что прежняя программа достигла точки, с которой начинается регрессия; (Хотя, конечно, можно понять раздражение физика, когда, работая в самом разгаре прогрессивной фазы исследовательской программы, он наблюдает размножение неясных метафизических теорий, не дающих ничего для эмпирического прогресса (208)). Ученый не должен соглашаться с тем, что исследовательская программа превращается в Weltan-schau u ng,* некое воплощение научной строгости, претендующее на роль всезнающего арбитра, определяющего что можно и что нельзя считать научным объяснением, подобно тому, как, ссылаясь на математическую строгость, пытаются решать, что можно, а что нельзя считать математическим доказательством. К сожалению, именно на такой позиции стоит Т. Кун: то, что он называет нормальной наукой", на самом деле есть не что иное, как исследовательская программа, захватившая монополию. В действительности же исследовательские программы пользуются полной монополией очень редко, к тому же очень недолго, какие бы усилия не предпринимали картезианцы ли, ньютонианцы ли, сторонники ли Бора. История науки была и будет историей соперничества исследовательских программ, (или, если угодно, "парадигм"), но она не была и не должна быть чередованием периодов нормальной науки: чем быстрее начинается соперничество, тем лучше для прогресса. "Теоретический плюрализм" лучше, чем "теоретический монизм":
здесь я согласен с Поппером и Фейерабендом и не согласен с Куном. (209)
От идеи соперничества научных исследовательских программ мы переходим к проблеме: как элиминируются исследовательские программы? Из всего хода предшествующих рассуждений следует, что регрессивный сдвиг проблем может рассматриваться как причина элиминации исследовательской программы не в большей степени, чем старомодные "опровержения" или куновские "кризисы". Возможны ли какие-либо объективные (в отличие от социопсихологических причины, по которым программа должна быть отвергнута, то есть элиминировано ее твердое ядро и программа построения защитных поясов? Вкратце, наш ответ состоит в том, что такая объективная причина заключена в действии соперничающей программы, которой удается объяснить все предшествующие успехи ее соперница .которую она к тому же превосходит дальнейшей демонстрацией эвристической силы. (210)
Однако критерий "эвристической силы" сильно зависит от того, как мы понимаем "фактуальную новизну". До сих пор мы предполагали, что можно непосредственно установить, предсказывает новая теория новые факты или нет. Однако новизна (^актуального высказывания часто становится явной только спустя много времени. Чтобы показать это, я начну с примера.
Формула Бальмера для линий водородного спектра может быть выведена как следствие из теории Бора. Было ли это новым фактом? Поспешный ответ мог бы состоять в том, что никакой новизны здесь нет, поскольку формула Бальмера была известна ранее. Но это только половина истины. Бальмер просто наблюдал B1: водородные линии подчинены бальмеровской формуле. Бор предсказал Вз:
бальмеровская формула описывает различия энергетических уровней на различных орбитах электрона в атоме водорода. Можно было бы сказать, что B1 уже содержит в себе все чисто "наблюдаемое" содержание В3. Но это значило бы, что предполагается чисто "наблюдательный" уровень, не зараженный теорией и не восприимчивый к теоретическому изменению. На самом деле B1 было принято только потому, что оптические, химические и другие теории, на которые опиралось наблюдение Бальмера, были хорошо подкреплены и признаны в качестве интерпретативных теорий; но и эти теории всегда могут быть поставлены под вопрос. Могут сказать, что B1 может быть "очищено" от теоретических предпосылок, и тогда то, что действительно наблюдал Бальмер, выражается более скромным утверждением Во: спектральные линии полученные в некоторых разрядных трубках при определенных точно фиксированных условиях (или в ходе "контролируемого эксперимента"), подчиняются бальмеровской формуле. Однако известные аргументы Поппера показывают, что подобным образом мы никогда не приходим к какому-либо последнему основанию "чистого наблюдения"; как легко показать, "наблюдательные" теории стоят и за спиной Во. (211)' (214 )С другой стороны, если учесть длительное и прогрессивное развитие программы Бора, можно сказать, что, доказав свою эвристическую силу, ее твердое ядро само получило хорошее подкрепление (215) и поэтому могла рассматриваться как "наблюдательная" или интерпретативная теория. Но тогда В2 уже рассматривается не просто как теоретическая переинтерпретация B1, но как некоторый новый факт.
Эти соображения заставляют нас по-новому оценить значение ретроспективы и несколько либерализовать наши критерии. Новая исследовательская программа, вступившая в конкурентную борьбу, может начать с нового объяснения "старых" фактов, но иногда требуется много времени, чтобы она предсказала "действительно новые" факты. Например, кинетическая теория тепла, по-видимости, плелась в хвосте у феноменологической теории, запаздывая с объяснениями фактов иногда на десятилетия, прежде чем нагнала и наверстала упущенное после объяснения теорией Эйнштейна - Смолуховского броуновского движения в 1905 г. С этого момента то, что ранее рассматривалось как умозрительная переинтерпретация старых фактов (относительно тепла и т. п.), стало пониматься как открытие новых фактов (относительно атомов).
Все это убедительно говорит о том, что не следует отказываться от подающей надежды исследовательской программы только потому, что она не смогла одолеть сильную соперницу. Ее не следует отбрасывать, если она, при условии, что у нее нет соперницы, осуществляет прогрессивный сдвиг проблем. (216) И разумеется, следует рассматривать по-новому интерпретированный факт как новый факт, не обращая внимания на претензии любителей коллекционирования фактов на приоритет. До тех пор, пока подвергнутая рациональной реконструкции исследовательская программа подает надежды на прогрессивный сдвиг проблем, ее следует оберегать от распада под ударами критики со стороны сильной и получившей признание соперницы. (217 )
Все это вместе взятое подчеркивает важность методологической терпимости, но оставляет открытым вопрос, как же все-таки элиминируются исследовательские программы. У читателя может возникнуть подозрение, что столь сильная либерализация могла бы в конце концов просто подорвать наши критерии так, что это привело бы к радикальному скептицизму. Тогда и знаменитые "решающие эксперименты" уже не могли бы свалить исследовательскую программу следовательно - "все проходит". (218)
Но это подозрение безосновательно. Внутри исследовательской программы "малые решающие эксперименты", призванные сделать выбор между последовательными вариантами - дело вполне обычное. С помощью эксперимента нетрудно сделать выбор между n-й и n+1-й версией, поскольку n+1-й версия не только противоречит n-й, но и превосходит ее. Если n+1-я версия имеет более подкрепленное содержание, определяемое в рамках одной и той же программы и на основе одних и тех же достаточно подкрепленных "наблюдательных" теорий, то элиминация имеет относительно обычный характер (относительно - поскольку и здесь такое решение может быть оспорено). Апелляция иногда бывает успешной; во многих случаях, когда под вопрос ставится "наблюдательная" теория, она не имеет достаточного подкрепления, в ней много неясного, наивного, ее допущения носят "скрытый" характер, и только, когда такой теории брошен вызов, ее допущения эксплицируются, проясняются, подвергаются проверке и могут быть опровергнуты. Однако, "наблюдательные" теории сплошь и рядом сами погружены в некоторую исследовательскую программу, а это значит, что апелляция приводит к конфликту между двумя исследовательскими программами именно в таких случаях возникает надобность в "большом решающем эксперименте".
Когда соперничают две исследовательские программы, их первые "идеальные" модели, как правило, имеют дело с различными аспектами данной области явлений (так, первая модель ньютоновской полукорпускулярной оптики описывала рефракцию световых лучей, первая модель волновой оптики
Гюйгенса-интерференцию). С развитием соперничающих исследовательских программ они постепенно начинают вторгаться на чужую территорию, и тогда возникает ситуация, при которой n-й вариант первой программы вступает в кричащее противоречие с т-м вариантом второй программы. (219) Ставится (неоднократно) некий эксперимент, и один из этих вариантов терпит поражение, а другой празднует победу. Но борьба на этом не кончается: всякая исследовательская программа на своем веку знает несколько таких поражений. Чтобы вернуть утраченные позиции, нужно только сформулировать п+1-й (или n+k-й) вариант, который смог бы увеличить эмпирическое содержание, часть которого должна пройти успешную проверку.
Если длительные усилия ни к чему не приводят, и программа не может вернуть себе прежние позиции, борьба затихает, а исходный эксперимент задним числом признается "решающим". Но если потерпевшая поражение программа еще молода и способна быстро развиваться, если ее "протонаучные" достижения вызывают достаточное доверие, предполагаемые "решающие эксперименты" один за другим оттесняются в сторону, уступая ее рывкам вперед.* Даже если проигравшая какое-то сражение программа находится в зрелом возрасте, привыкнув к признанию и "утомившись" от него, приближается к "естественной точке насыщения", (220) она все же может долго сопротивляться и предлагать остроумные инновации, увеличивающие эмпирическое содержание, даже если при этом они не увенчиваются эмпирическим успехом. Программу, которую поддерживают талантливые ученые, обладающие живым и творческим воображением, победить чрезвычайно трудно. Со своей стороны, упрямые защитники потерпевшей поражение программы могут выдвигать объяснения ad hoc экспериментов и злонамеренные "редукции" ad hoc победившей программы с тем, чтобы разбить ее. Но такие попытки следует отвергнуть как ненаучные.
Теперь понятно, почему решающие эксперименты признаются таковыми лишь десятилетия спустя. Эллиптические орбиты Кеплера были признаны решающими доказательствами правоты Ньютона и неправоты Декарта лишь почти через сто лет после того, как об этом заявил Ньютон; аномальное поведение перигелия Меркурия в течение десятков лет было известно как один из многих пока еще нерешенных вопросов, стоявших перед программой Ньютона; но то, что теория Эйнштейна объяснила этот факт лучше, превратило заурядную аномалию в блестящее "опровержение" исследовательской программы Ньютона. 221-222 Юнг утверждал, что его эксперимент с двойной щелью 1802 г. был решающим экспериментом в споре корпускулярной и волновой оптическими программами; но это заявление было признано гораздо позже, когда разработанная Френелем волновая программа оказалась значительно "прогрессивней" корпускулярной и стало ясно, что ньютонианцы не могут тягаться с ее эвристической мощью. Таким образом, аномалия, известная в течение десятков лет, обрела почетный статус опровержения, а эксперимент - титул "решающего" лишь после долгого периода неравномерного развития обеих программ, соперничавших между собой. Броуновское движение почти сто лет находилось посредине поля сражения, прежде чем стало ясно, что программа феноменологических исследований разрушается этим фактом и счастье войны поворачивается лицом к атомистам. "Опровержение" Майкельсоном серии Бальмера игнорировалось целым поколением физиков до тех пор, пока исследовательская программа Бора своим триумфом не поддержала его.
Наверное, стоит более подробно рассмотреть примеры экспериментов, "решающий" характер которых стал очевидным только задним числом. Сначала рассмотрим знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли 1887 года, который якобы фальсифицировал теорию эфира и "привел к теории относительности, а затем - эксперименты Луммера-Принсгейма, которые якобы фальсифицировали классическую теорию излучения и "привели к квантовой теории". (223) И, наконец, обсудим эксперимент, который многими физиками считался опровержением законов сохранения, а на деле стал блестящим подтверждением последних.
(г) Эксперимент Майкельсона-Морли
Майкельсон впервые придумал свой эксперимент для проверки противоречивших друг другу теорий Френеля и Стокса о влиянии движения земли на эфир (224), во время своего посещения института Гельмгольца в Берлине в 1881 г. Согласно теории Френеля, Земля движется сквозь эфир, остающийся неподвижным, однако частично увлекаемый движением Земли; из теории Френеля следовало, что скорость эфира по отношению к Земле имеет положительное значение (другими словами, существует "эфирный ветер"). По теории Стокса, Земля полностью переносит " вместе с собой содержащийся внутри нее эфир и непосредственно на поверхности Земли скорость эфира не отличается от скорости Земли (иначе говоря, относительная скорость эфира равна нулю, и значит, нет "эфирного ветра"). Вначале Стоке считал, что две эти теории эквивалентны по отношению к имевшимся тогда наблюдениям: например, при помощи соответствующих вспомогательных гипотез обе теории объясняли аберрацию света. Но Майкельсон утверждал, что его эксперимент 1881 г. был решающим в споре между этими теориями и разрешил этот спор в пользу Стокса. (225) Скорость Земли по отношению к эфиру могла определяться величинами намного меньшими, чем это следовало из теории Френеля. Из этого Майкельсон заключил, что "результат, предсказываемый гипотезой неподвижного эфира, не наблюдается, откуда с необходимостью следует вывод о том, что данная гипотеза [о неподвижном эфире] ошибочна". (226 ) Как это часто бывает, Майкельсон был экспериментатором, которому пришлось выслушивать урок теоретика. Ведущий физик-теоретик того времени Г. Лоренц показал, что Майкельсон ошибочно истолковал свои наблюдения, которые "на самом деле" не противоречили гипотезе неподвижного эфира; позднее Майкельсон назвал анализ Лоренса "весьма поучительным". (227 )Кроме того, Лоренц показал, что вычисления Майкельсона должны быть неточными; теория Френеля предсказывала только половину тех результатов, которые были получены в опыте американского физика. Из этого Лоренц заключил, что эксперимент Майкельсона не опроверг теорию Френеля и, тем более, не доказал справедливость теории Стокса. Лоренц настаивал на том, что теория Стокса противоречива: она исходит из двух исключающих друг друга требований - неподвижности эфира на поверхности Земли по отношению к последней и, вместе с тем, потенциала относительной скорости; ясно, что эти требования несовместимы.
Однако, если бы даже Майкельсон действительно опроверг теорию неподвижного эфира, сама программа, включающая эту теорию, оставалась бы неприкосновенной; не так уж трудно было бы изобрести какие-то иные варианты эфирной программы, которые предсказывали бы очень малые значения величины скорости эфирного ветра. Лоренц немедленно предложил такую гипотезу. Она была проверяемой, и Лоренц благородно представил ее на суд эксперимента. (228) Майкельсон вместе с Морли приняли вызов.
Эксперимент опять показал, что относительная скорость Земли по отношению к эфиру, по-видимому, равна нулю, что противоречило теории Лоренца. Но к этому времени Майкельсон стал более осторожным в интерпретации своих данных; он даже допускал вероятность того, что солнечная система в целом могла бы двигаться в направлении, противоположном движению Земли; поэтому он решил повторить эксперимент несколько раз с интервалом в три месяца, чтобы "избежать всякой неопределенности". (229) В другой статье Майкельсон уже ничего не говорит о "выводах, следующих с необходимостью" и "ошибочности гипотезы". Его высказывания теперь более осмотрительны: "Из предшествующих рассуждений, как можно с некоторой определенностью судить, следует, что если бы какое-либо относительное движение между землей и светоносным эфиром имело место, его численное значение было бы настолько малым, чтобы отвергнуть френелевское объяснение аберрации". (230)
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
