| Index | Анастасия Шульгина | Littera scripta manet | Contact |
Однако непротиворечивость - в точном смысле этого термина (172) - должна
оставаться важнейшим регулятивным, принципом (стоящим вне и выше требовани
прогрессивного сдвига проблем); обнаружение противоречий должно
рассматриваться как проблема.** Причина проста. Если цель науки-истина,
наука должна добиваться непротиворечивости; отказываясь от
непротиворечивости, наука отказалась бы и от истины. Утверждать, что "мы
должны умерить нашу требовательность", (173) то есть соглашаться с
противоречиями - слабыми или сильными - значит предаватьс
методологическому пороку. С другой стороны, из этого не следует, что как
только противоречие - или аномалия - обнаружено, развитие программы должно
немедленно приостанавливаться; разумный выход может быть в другом: устроить
для данного противоречия временный карантин при помощи гипотез ad hoc и
довериться положительной эвристике программ. Именно так поступали даже
математики, как свидетельствуют примеры первых вариантов исчислени
бесконечно малых и наивной теории множеств. (174)
(С этой точки зрения, интересно отметить двойственную роль, какую "принцип
соответствия" Бора играл в его программе. С одной стороны, это был важный
эвристический принцип, способствовавший выдвижению множества новых научных
гипотез, позволявших, в свою очередь, обнаруживать новые факты, особенно в
области интенсивности спектральных линий. (175) С другой стороны, он
выступал в роли защитного механизма, позволявшего "до предела использовать
понятия классических теорий - механики и электродинамики - несмотря на
противоположность между этими теориями и квантом действия" (176) вместо
того, чтобы настаивать на безотлагательной унификации программы. В этой
второй роли принцип соответствия уменьшал степень проблематичности
боровской программы. (177))
Разумеется, исследовательская программа квантовой теории в целом была
"привитой программой" и поэтому вызывала неприязнь у физиков с глубоко
консервативными взглядами, например, у Планка. По отношению к "привитой
программе" вообще возможны две крайние и равно нерациональные позиции.
Консервативная позиция заключается в том, что развитие новой программы
должно быть приостановлено до тех пор, пока не будет каким-то образом
устранено противоречие со старой программой, затрагивающее основания обеих
программ: работать с противоречивыми основаниями иррационально.
"Консерваторы" направляют основные усилия на устранение противоречия,
пытаясь объяснить (аппроксимативно) постулаты новой программы, исходя из
понятий старой программы; они находят иррациональным развитие новой
программы, пока попытки такой редукции не завершатся успешно. Планк избрал
именно такой путь. Успеха он не достиг, несмотря на десять лет тяжелого
труда. (178) Поэтому замечание М. Лауэ о том, что 14 декабря 1990 г., когда
был прочитан знаменитый доклад Планка, следует считать "днем рождени
квантовой теории", не совсем верно; этот день был днем рождени
редукционной программы Планка. Решение идти вперед, допуская хотя бы
временно противоречие в основаниях, было принято Эйнштейном в 1905 г., но
даже он заколебался, когда в 1913 г. Бор снова вышел вперед.
Анархическая позиция по отношению к привитым программам заключается в том,
что анархия в основаниях возводится в ранг добродетели, а (слабое)
противоречие понимается либо как фундаментальное природное свойство, либо
как показатель конечной ограниченности человеческого познания; така
позиция была характерна для некоторых последователей Бора.
Рациональная позиция лучше всего представлена Ньютоном, который некогда
стоял перед проблемами, в известном смысле похожими на обсуждаемую.
Картезианская механика толчка, к которой была первоначально привита
механика Ньютона, находилась в (слабом) противоречии с ньютоновской теорией
гравитации. Ньютон работал как над своей положительной эвристикой (и
добивался успеха), так и над редукционистской программой (без успеха), за
что его критиковали и картезианцы, например, Гюйгенс, считавшие неразумной
тратой времени разработку "непостижимой" программы, и некоторые ученики ,
которые, подобно Коутсу, полагали, что это противоречие не является столь
уж серьезной проблемой. (179)
Таким образом, рациональная позиция по отношению к "привитым" программам
состоит в том, чтобы использовать их эвристический потенциал, но не
смиряться с хаосом в основаниях, из которых они произрастают. "Старая" (до
1925 г.) квантовая теория в основном подчинялась именно такой установке.
После 1925 г. "новая" квантовая теория перешла на "анархистскую позицию", а
современная квантовая физика в ее "копенгагенской" интерпретации стала
одним из главных оплотов философского обскурантизма.
В этой новой теории пресловутый "принцип дополнительности" Бора возвел
(слабое) противоречие в статус фундаментальной и фактуально достоверной
характеристики природы и свел субъективистский позитивизм с аналогичной
диалектикой и даже философией повседневного языка в единый порочный альянс.
Начиная с 1925 г. Бор и его единомышленники пошли на новое и
беспрецедентное снижение критических стандартов для научных теорий. Разум в
современной физике отступил и воцарился анархистский культ невообразимого
хаоса. Эйнштейн был против: "Философия успокоения Гейзенберга- Бора-или
религия?-так тонко придумана, что предоставляет верующему до поры до
времени мягкую подушку, с которой не так легко спугнуть его". (180) Однако,
с другой стороны, слишком высокие стандарты Эйнштейна, быть может, не
позволили ему создать (или опубликовать?) модель атома, наподобие
боровской, и волновую механику.
Эйнштейну и его сторонникам не удалось победить в этой борьбе. Сегодняшние
учебники физики наперебой твердят нечто вроде следующего: "Квантовая и
электромагнитно-полевая концепции дополнительны в смысле Бора. Эта
дополнительность - одно из величайших достижений натуральной философии.
Копенгагенская интерпретация квантовой теории разрешила древний конфликт
между корпускулярной и волновой теориями света. Эта контроверза пронизала
всю историю оптики: от Герона из Александрии, указавшего прямолинейность
распространения света и геометрические свойства процессов отражения (1 в.
н. э.) к Юнгу и Максвеллу, исследовавшим интерференцию и волновые свойства
(XIX в.). Лишь в первой половине XX века квантовая теория излучения, вполне
по-гегелевски, полностью разрешила этот спор". (181)
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]. Хот
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 врем
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 разрядна
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 относилс
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, вычисл
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 больша
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 методологическа
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 дл
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 получени
очередного варианта требовалась новая утонченная математика (например,
математический аппарат, применяемый при решении задач со многими телами)
либо новые остроумные физические вспомогательные гипотезы. Добавочна
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 эвристическа
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; "периферическа
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 умножа
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 - волнова
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 прежн
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. Истори
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 переинтерпретаци
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 подвергнута
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 сильна
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, подвергаютс
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) Ставитс
(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 проигравша
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 перигели
Меркурия в течение десятков лет было известно как один из многих пока еще
нерешенных вопросов, стоявших перед программой Ньютона; но то, что теори
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 считалс
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, остающийс
неподвижным, однако частично увлекаемый движением Земли; из теории Френел
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 данна
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)
Это означает, что Майкельсон все же полагал теорию Френеля опровергнутой
(вместе с новой теорией Лоренца); но здесь уже нет прежнего утверждения,
которое он делал в 1881 г., что опровергнута сама "теория неподвижного
эфира". (Существование "эфирного ветра" должно было, по его мнению,
проверяться на "высоко поднятых над земной поверхностью установках",
например, на вершине горы. (231))
Если теоретики, сторонники эфира, вроде лорда Кельвина, выражали сомнения в
"экспериментальной сноровке" Майкельсона, (232 )то Лоренц подчеркивал, что,
вопреки простодушным притязаниям этого эксперимента, и его новый
эксперимент "также не вносит ясность в вопрос, ради которого был
предпринят". (233) Теория Френеля вполне может рассматриваться как
интерпретативная, то есть как теория, с помощью которой интерпретируютс
факты, а не как теория, проверяемая этими фактами; поэтому, рассуждает
Лоренц, "значение эксперимента Майкельсона-Морли скорее состоит в том, что
он говорит о определенном изменении в процедуре измерения", (23)* размеры
тел зависят от их движения сквозь эфир. Лоренц разработал этот "креативный
сдвиг" в рамках программы Френеля с большой изобретательностью и утверждал,
что ему удалось устранить "противоречие между теорией Френеля и результатом
Майкельсона". (235) Но он соглашался с тем, что "поскольку природа
молекулярных сил нам еще не вполне известна, проверить эту гипотезу
невозможно"; (236) по крайней мере за время своего существования эта
гипотеза не смогла предсказать никаких новых фактов. (237 )
Тем временем (в 1897г.) Майкельсон осуществил свой давно задуманный
эксперимент по измерению скорости эфирного ветра на вершине горы. Он ничего
не обнаружил. Поскольку ранее он полагал, что ему удалось доказать
справедливость теории Стокса, согласно которой эфирный ветер мог быть
обнаружен на значительной высоте, теперь он был обескуражен. Если бы теори
Стокса была верна, градиент скорости эфира должен быть очень малым.
Майкельсон был вынужден заключить, что "влияние Земли на эфир
распространяется на расстояние порядка земного диаметра". (238) Такой
результат он посчитал "невероятным" и решил, что в 1887 г. он вывел
ошибочный вывод из своего эксперимента: нужно было отвергнуть теорию Стокса
и принять теорию Френеля; теперь он готов согласиться с любой разумной
вспомогательной гипотезой, чтобы "спасти" последнюю, не исключая и гипотезы
Лоренца 1892г. (239) Теперь, по-видимому, он предпочитает гипотезу
Лоренца-Фицджеральда о сокращении продольных размеров движущегося тела; в
1904 г. его коллеги Миллер и Морли начинают серию экспериментов с целью
обнаружения зависимости этого сокращения от того, из какого материала
состоит движущееся тело. (240)
В то время как большинство физиков пыталось интерпретировать эксперименты
Майкельсона в рамках эфирной программы, Эйнштейн независимо от Майкельсона,
Фицджеральда и Лоренца, но под влиянием критики Э. Маха в адрес
ньютоновской механики, предложил новую прогрессивную исследовательскую
программу. (241) Эта новая программа не только "предсказала" и объяснила
результат эксперимента Майкельсона-Морли, но и предсказала целый набор
фактов, о которых ранее нельзя было и помыслить, причем эти предсказани
получили впечатляющие подтверждения. И только потом, спустя двадцать пять
лет, эксперимент Майкельсона-Морли стал рассматриваться как "величайший
негативный эксперимент истории науки". (242) Но сразу это произойти не
могло. Эксперимент был негативным, но по отношению к. чему? Это было не
ясно. Больше того, Майкельсон в 1881 г. еще считал свой эксперимент
положительным. Тогда он полагал, что опроверг теорию Френеля, но подтвердил
теорию Стокса. И сам Майкельсон, и впоследствии Фицджеральд и Лоренц
истолковывали результат этого эксперимента положительным образом в рамках
программы эфира. (243) Как это бывает со всяким экспериментальным
результатом, его негативность по отношению к старой программе была
установлена только позднее, после многочисленных попыток ad hoc,
направленных на то, чтобы освоить этот результат в регрессирующей старой
программе, и после постепенного упрочения новой прогрессивной победоносной
программы, в рамках которой он превращается в положительный пример. При
этом никогда не исключается возможность того, что какая-то часть
регрессирующей программы будет реабилитирована.
Лишь исключительно трудный и неопределенно длительный процесс может
привести исследовательскую программу к победе над ее соперницами; поэтому
нужно очень осмотрительно пользоваться термином "решающий эксперимент".
Даже тогда, когда очевидно, что исследовательская программа уже вытеснила
свою предшественницу, это происходит не в результате какого-либо "решающего
эксперимента"; если наступает момент, когда решающий эксперимент ставитс
под сомнение, развитие новой исследовательской программы не
приостанавливается, если это не сопровождается мощным прогрессивным
импульсом старой программы. (244) Негативность - и значимость -
эксперимента Майкельсона - Морли определяются прежде всего прогрессивным
сдвигом, обеспеченным новой исследовательской программой, в которой он
нашел мощную поддержку, и его "величие" есть только отражение величия двух
программ, вовлеченных в этот спор.
Было бы интересно провести подробный анализ того, как судьба эфирной теории
решалась в соперничестве различных проблемных сдвигов. Но под влиянием
наивного фальсификационизма наиболее интересная регрессивная фаза эфирной
теории после "решающего эксперимента" Майкельсона попросту игнорировалась
большинством эйнштейнианцев. С их точки зрения, эксперимент
Майкельсона-Морли сам по себе, без посторонней помощи оказался сокрушителем
теории эфира, после чего приверженность ей должна была рассматриваться лишь
как свидетельство консерватизма взглядов, граничащего с обскурантизмом. С
другой стороны, этот постмайкельсоновский период теории эфира не был
критически осмыслен и антиэйнштейнианцами, по мнению которых теория эфира,
несмотря ни на что, не проиграла свой матч: все положительное, что можно
найти в теории Эйнштейна, по существу содержится в эфирной теории Лоренца,
а победа Эйнштейна была лишь данью позитивистской моде. В действительности
же длительная серия экспериментов Майкельсона с 1981 по 1935 гг.,
проведенных, чтобы подвергнуть последовательной проверке различные варианты
теории эфира, является поучительным примером регрессивного сдвига проблем.
(245 ) ( И все же исследовательские программы способны выбираться из
регрессивных провалов. Хорошо известно, что теория эфира Лоренца легко
может быть усилена таким образом, что в некотором нетривиальном смысле она
будет эквивалентной неэфирной теории Эйнштейна. ( 2 46) В контексте
большого "креативного сдвига" эфир может еще вернуться. (247))
Внимательно всматриваясь в прошлое и следя за изменениями оценок
знаменитого эксперимента, мы можем понять, почему в период между 1881 и
1886 гг. о нем не было даже упоминаний в литературе. Когда французский
физик Потье указал Майкельсону на его ошибку в эксперименте 1881 г.,
Майкельсон решил не сообщать в печать об этом. Причину он объяснил в письме
Рэлею в марте 1887 г.: "Я не раз пытался заинтересовать моих ученых друзей
этим экспериментом, но без успеха; я никогда не сообщал о замеченной ошибке
(мне совестно признаться в этом), потому что я был обескуражен тем,
насколько мало внимания привлекла эта работа, и мне казалось, что она не
заслуживала этого равнодушия". (248) Между прочим, это письмо было написано
в ответ на письмо от Рэлея, обратившего внимание Майкельсона на статью
Лоренца. Это письмо стало побудительным импульсом к эксперименту 1887г. Но
и после 1887 г., и даже после 1905 г. эксперимент Майкельсона-Морли все же
не считался опровержением существования эфира, и к тому были достаточно
веские основания. Этим объясняется, почему Нобелевская премия была вручена
Майкельсону (1907г.) не за "опровержение теории эфира", а за "создание
прецизионных оптических приборов, а. также за спектроскопические и
метрологические измерения, выполненные с их помощью", (249) а также почему
эксперимент Майкельсона-Морли даже не был упомянут в речи лауреата во врем
вручения премии. Он также хранил молчание о том, что, хотя вначале он
изобрел свой прибор, чтобы измерить скорость света с большой точностью,
затем он был вынужден улучшить свои оптические инструменты, чтобы иметь
возможность проверки некоторых специальных теорий эфира, а также о том, что
"прецизионность" его эксперимента 1887 г. была в основном ответом на
теоретическую критику со стороны Лоренца; современная литература, как
правило, даже не упоминает об этих обстоятельствах. (250)
Забывают и о том, что даже, если бы эксперимент Майкельсона-Морли показал
существование "эфирного ветра", все равно программа Эйнштейна одержала бы
победу. Когда Миллер, страстный поборник классической программы эфира,
сделал сенсационное заявление о том, что эксперимент Майкельсона-Морли был
проведен с небрежностью, и на самом деле эфирный ветер все же имел место,
корреспондент журнала "Science" не удержался от восторженного восклицани
по поводу того, что "результаты проф. Миллера радикальным образом
нокаутировали теорию относительности". (251) Однако, с точки зрени
Эйнштейна,* даже если бы выводы Миллера соответствовали действительности,
"следовало бы отбросить [только] нынешнюю форму теории относительности".
(252) Действительно, Синге отметил, что результаты Миллера, даже если
принимать их за чистую монету, не противоречат теории Эйнштейна,
противоречит ей только объяснение этих результатов Миллера. Нетрудно
заменить вспомогательную теорию твердого тела, использовавшуюся в этих
результатах, на новую теорию Гарднера-Синге, и тогда эти результаты
полностью согласуются с программой Эйнштейна. (253)
(г2) Эксперименты. Луммера-Прингсгейма
Рассмотрим другой якобы решающий эксперимент. Планк утверждал, что
эксперименты Луммера и Прингсгейма, которые "опровергли" законы излучени
Вина, Рэлея и Джинса, на рубеже столетия стали истоками - и даже "вызвали к
жизни" - квантовую теорию. (254) Но и в этом случае роль экспериментов была
гораздо сложнее и во многом соответствовала нашему подходу. Слишком просто
было бы сказать, что эксперименты Луммера-Прингсгейма положили конец
классической теории, но были адекватно объяснены квантовой физикой. Прежде
всего, надо отметить, что первые варианты квантовой теории Эйнштейна имели
своим следствием закон Вина и потому были не в меньшей сте-иени
опровергнуты экспериментами Луммера-Прингсгейма, чем классическая теория.
(255) Далее, для формул Планка предлагались некоторые вполне классические
объяснения. Так, на заседании Британской Ассоциации в поддержку научного
прогресса в 1913 г. работала специальная секция по излучению, на которой,
помимо прочих, присутствовали Джине, Рэлей, Дж. Дж. Томпсон, Лармор,
Резерфорд, Брэгг, Пойнтинг, Лоренц, Прингс-гейм и Бор. Прингсгейм и Рэлей
были подчеркнуто найтральны по отношению к теоретическим спекуляциям вокруг
квантов, но проф. Лав "выступал как приверженец старых концепций и
утверждал, что явления излучения можно объяснять без теории квантов. Он
критиковал эквипартициональную теорию энергии, на которой покоитс
квантовая теория. Самые важные данные в пользу квантовой теории - это
согласие с экспериментами формулы Планка для излучения черного тела. С
математической точки зрения, могут существовать и другие формулы, столь же
хорошо согласующиеся с экспериментами. Например, формула, предложенная А.
Корном, описывающая результаты измерений в широком диапазоне, так же хорошо
совпадает с экспериментальными данными, как и формула Планка. Продолжа
отстаивать взгляд, по которому ресурсы обычной теории не исчерпаны, он
отметил, что вычисления Лоренца, верные для излучений в тонком слое, могут
быть распространены и на другие случаи. Согласно такому подходу, никакое
простое аналитическое выражение не может
охватить собой результаты всего диапазона длин волн; вполне возможно, что
нет никакой общей формулы, применимой ко всем длинам волн. Поэтому формула
Планка может быть всего лишь эмпирической формулой". (256 )
Пример классического объяснения приводит Кэллендэр: "Несовпадение с
экспериментом хорошо известной формулы Вина для распределения энергии в
полном излучении вполне объяснимо, если допустить, что она выражает только
внутреннюю энергию. Как показано лордом Рэлеем, соответствующее значение
давления легко получается из принципа Карно. Предложенная мною формула
(Phil. Mag., October, 1913) выражает простую сумму давления и плотности
энергии и хорошо согласуется с экспериментальными данными как дл
излучаемой, так и для обычной тепловой энергии. Я бы предпочел ее формуле
Планка, помимо прочего, потому, что последняя не может быть согласована с с
классической термодинамикой, поскольку опирается на немыслимое понятие
"кванта" или неделимой единицы действия. Соответствующая физическа
величина в моей теории, которую я в другой своей работе назвал молекулой
тепла, не обязана быть неделимой и находится в очень простом отношении с
внутренней энергией атома; этого вполне достаточно, чтобы объяснить, почему
энергия в особых случаях излучается неделимыми порциями, величина которых
всегда кратна некоторой постоянной". (257)
Подобные цитаты, если ими злоупотреблять могут вызвать скуку, однако они,
по крайней мере, убеждают в том, что никаких
быстро признаваемых решающих экспериментов нет. Опровержение Луммера и
Прингсгейма не устранило классический подход к проблеме излучения. Мы лучше
поймем ситуацию, если обратим внимание на то, что первоначальна
планковская формула ad hoc, которая подгоняла (и исправляла) данные Луммера
и Прингсгейма, (258) могла быть объяснена прогрессивным образом лишь в
новой квантовой теоретической программе (259) в то же время ни эта формула,
ни ее "полу-эмпи-рические" соперницы не могли найти объяснения в рамках
классической программы иначе, чем ценой регрессивного проблемного сдвига.
"Прогрессивное" развитие, кроме того. зависело и от "креативного сдвига":
замещения статистики Больцмана-Максвелла статистикой Бозе-Эйнштейна (это
было сделано Эйнштейном). (260) Прогрессивность нового развития была более
чем очевидной: в версии Планка было правильно предсказано значение
постоянной Больцмана-Планка, в версии Эйнштейна была предсказана цела
серия впечатляющих новых фактов. (261) Но до выдвижения новых, к сожалению
ad hoc, вспомогательных гипотез в рамках старой программы, до развертывани
новой программы и открытия новых фактов, свидетельствующих о прогрессивном
сдвиге проблем в последней, - до всего этого объективное значение
экспериментов Луммера-Прингсгейма было весьма ограниченным.
(гз) b -распад против законов сохранени
Наконец, рассмотрим историю эксперимента, который чуть ли не стал еще одним
"величайшим негативным экспериментом истории науки". Это послужит еще одной
иллюстрацией того, как трудно в точности решить, чему учит нас опыт, что он
"доказывает" и "опровергает". Нам предстоит внимательно проанализировать
"наблюдение" Чедвиком (3-распада в 1914 г. Мы увидим, что эксперимент,
который вначале рассматривался как обычная головоломка в рамках
исследовательской программы, затем был возведен в ранг " решающего
эксперимента", но потом опять низведен до обычной головоломки - и все это в
зависимости от целостного изменения теоретического и эмпирического
ландшафта. Эти изменения ввели в заблуждение многих летописцев, привыкших к
определенным историческим стереотипам, что и привело к искажениям
действительной истории. (262)
Когда Чедвик открыл непрерывный спектр радиоактивного (3-излучения в 1914
г., никто не мог подумать, что этот курьезный феномен имеет какое-то
отношение к законам сохранения. В 1922 г. были предложены два остроумных
объяснения, соперничавших одно с другим. Оба объяснения исходили из атомной
физики того времен. Одно принадлежало Л. Мейтнер, другое К. Эллису.
Согласно Л. Мейтнер, электроны частью были первичными, исходящими из ядер,
частью вторичными - из электронных оболочек. По Эллису, все электроны были
первичными. Обе теории опирались на утонченные вспомогательные гипотезы, но
обе предсказывали новые факты. Предсказанные факты противоречили друг
другу, а экспериментальные данные поддержали теорию Эллиса. (263) Л.
Мейтнер апеллировала, "апелляционный суд" экспериментаторов отклонил ее
иск, но отметил, что одна из вспомогательных гипотез в теории Эллиса,
имеющая принципиальное значение, должна быть отвергнута. (264) Спор
закончился вничью.
И никто бы не подумал, что эксперимент Чедвика поставит под сомнение закон
сохранения энергии, если бы Бор и Крамерс не пришли в то же самое время,
когда разгорался спор между Мейтнер и Эллисом, к идее о том, что
последовательная теория может быть развита лишь при условии, что принцип
сохранения энергии в единичных процессах будет отринут. Одна из главных
особенностей захватывающей теории Бора-Крамерса- Слэтера (1924 г.)
заключалась в том, что классические законы сохранения энергии и импульса
уступают место статистическим законам. (265) Эта теория (или, скорее,
"программа") была сразу же "опровергнута" и ни одно следствие ее не нашло
подкрепления; она так и не была разработана настолько, чтобы объяснить b
-распад.
Но несмотря на столь быстрое отвержение этой программы, - дело было не
только в "опровержении" Комптона и Саймона и эксперименте Боте и Гейгера,
но и в возникновении мощной соперницы: программы Гейзенберга-Шредингера
(266) - Бор остался при убеждении, что нестатистические законы сохранения в
конце концов должны быть отброшены и что бета-распадная аномалия никогда не
найдет надлежащего объяснения, пока эти законы не будут замещены; если бы
это произошло, (b -распад стал бы пониматься как решающий эксперимент,
свидетельствующий против законов сохранения. Гамов рассказывает, как Бор
пытался применить идею несохранения энергии при b -распаде для остроумного
объяснения по-видимому вечного воспроизводства энергии в звездах. (267)
Только Паули со своим мефистофельским стремлением бросить вызов Господу
остался консерватором (268) и в 1930 г. выдвинул свою теорию нейтрино,
чтобы объяснить b -распад и вместе с тем спасти принцип сохранения энергии.
О своей идее он сообщил в шутливом письме на конференцию в Тюбингене, сам
же предпочел остаться в Цюрихе, чтобы поболеть за бейсбольную команду.
(269) Впервые об этой идее он публично заявил на лекции в Пасадене (1931
г.), но не согласился на публикацию своей лекции, ибо ощущал
"неуверенность". В это время (1932 г.) Бор все еще полагал, что, по крайней
мере, в ядерной физике можно "отказаться от самой идеи сохранения энергии".
(270) Наконец, Паули решил опубликовать свои размышления о нейтрино,
представив их на Сольвеевский конгресс в 1933г., несмотря на то, что
"реакция конгресса, за исключением двух молодых физиков, была
скептической". (271) Но теория Паули имела некоторые методологические
преимущества. Она спасала не только принцип сохранения энергии, но и
принцип сохранения спина и статистику; она объяснила не только спектр b
-распада, но и "азотную аномалию". (272) По критериям Уэвелла, это
"совпадение индукций" должно быть достаточным, чтобы упрочить репутацию
теории Паули. Но по нашим критериям, для этого необходимо еще и успешное
предсказание новых фактов. Теория Паули удовлетворяла и этому критерию. У
нее имелось интересное наблюдаемое следствие:
b -спектр должен иметь ясную верхнюю границу. В то время проблема была
открыта, но Эллис и Мотт уже занимались ей, (273) и вскоре ученик Эллиса
Гендерсон показал, что их эксперименты говорят в пользу программы Паули.
(274)
На Бора это не произвело впечатления. Он знал, что если основная программа,
в основу которой легло понятие статистического сохранения энергии,
продолжает успешно развиваться, растущий пояс вспомогательных гипотез
принимает на себя соответствующие обязанности по защите от наиболее опасных
негативных данных.
И в самом деле, в эти годы большинство ведущих физиков полагало, что в
ядерной физике законы сохранения энергии и импульса пали. (275) Причина
была ясно указана Л.Мейтнер, признавшей свое поражение только в 1933 г.:
"Все попытки поддержать значимость закона сохранения энергии также и дл
индивидуального атомного процесса основывались на предположении еще и
другого процесса в b -распаде. Но такой процесс не был найден.. ."; (276)
другими словами, программа, основанная на законах сохранения для атомных
ядер, обнаружила эмпирически регрессирующий проблемный сдвиг. Имелись
отдельные остроумные попытки объяснить непрерывность спектра b -излучени
без допущения "нелегальной частицы". (277) Они вызвали большой интерес,
(278) но были отвергнуты, поскольку не смогли обеспечить прогрессивный
сдвиг.
В этот момент на сцену вышел Ферми. В 1933-1934 гг. он переинтерпретировал
проблему b -излучения в рамках исследовательской программы новой квантовой
теории. Тем самым он положил начало малой новой исследовательской программе
нейтрино (которая позднее переросла в программу слабых взаимодействий). Он
вычислил несколько первых приближенных моделей. (279) Хотя его теория не
предсказала каких-либо новых фактов, он дал понять, что дело только за
дальнейшими разработками.
Прошло два года. а обещание Ферми все еще не было выполнено. Однако нова
программа квантовой физики развивалась быстро, по крайней мере, в той ее
части, в какой она касалась неядерных явлений. Бор стал убеждаться в том,
что некоторые исходные идеи программы Бора-Крамерса-Слэтера теперь были
прочно связаны с новой квантовой программой, и что последняя разрешила
внутренние теоретические проблемы старой квантовой программы, не затрагива
при этом законов сохранения . Поэтому Бор сочувственно следил за работами
Ферми и в 1936 г., т. е. несколько нарушая обычную последовательность
событий, оказал им, по нашим критериям слегка преждевременно, публичную
поддержку.
В 1936 г. Шенкланд придумал новый способ проверки соперничающих теорий
рассеяния фотона. Его результаты, казалось, поддержали уже списанную за
негодностью теорию Бора-Крамерса-Слэтера и подорвали доверие к
экспериментам, которые более десятилетия назад опровергали ее. (280) Стать
Шенкланда произвела сенсацию. Те физики, которые питали неприязнь к новым
путям исследования, сразу были готовы приветствовать эксперименты
Шенкланда. Например, Дирак немедленно выразил удовлетворение по поводу
возвращения "опровергнутой" программы Бора-Крамерса-Слэтера и написал очень
острую статью против "так называемой квантовой электродинамики", в которой
требовал "глубоких перемен в современных теоретических идеях, включая отказ
от законов сохранения, чтобы получить удовлетворительную релятивистскую
квантовую механику". (281) Кроме того, в этой статье Дирак утверждал, что
(b -распад вполне может стать одним из решающих доказательств,
свидетельствующих против законов сохранения, и высмеивал "новую
ненаблюдаемую частицу, нейтрино, которую некоторые исследователи
постулировали, чтобы формально удержать принцип сохранения энергии,
предполагая. что именно эта ненаблюдаемая частица ответственна за нарушение
энергетического равновесия". (282) Впоследствии в дискуссию вступил
Пайерлс. Он утверждал, что эксперимент Шенкланда может стать опровержением
даже статистического принципа сохранения энергии. И добавлял: "Это,
по-видимому, также хорошо, поскольку прежнюю концепцию сохранени
приходится отвергнуть". (283)
В Копенгагенском институте Бора эксперименты Шенкланда были немедленно
воспроизведены и признаны негодными. Якобсен, коллега Бора, сообщил об этом
в письме в "Nature". Результаты Якобсена сопровождались заметкой самого
Бора, который, твердо выступил против бунтарей и в защиту новой квантовой
механики Гейзенберга. В частности, он защищал идею нейтрино от Дирака:
"Нужно заметить, что основания для серьезных сомнений в строгой
справедливости законов сохранения при испускании (b -лучей атомным ядром
сейчас в основном устранены благодаря многообещающему согласию между быстро
увеличивающимися экспериментальными данными по явлениям b -излучения и
следствиями нейтринной гипотезы Паули, столь блестяще развитой в теории
Ферми". (284)
Теория Ферми в ее первом варианте не имела заметного эмпирического успеха.
Более того, имевшиеся тогда данные, особенно относящиеся к случаю RaE,
вокруг которого концентрировались исследования b -излучения, резко
противоречили теории Ферми 1933-1934 гг. Он хотел разобраться с этой
проблемой во второй части своей статьи, которая, однако, не была
опубликована. Даже если видеть в теории Ферми первый вариант способной к
дальнейшему развитию программы, до 1936 г. невозможно обнаружить какие-либо
заслуживающие внимания признаки прогрессивного сдвига. (285) Но Бор хотел
своим авторитетом поддержать отважную попытку Ферми применить новую большую
программу Гейзенберга к атомным ядрам; а поскольку эксперимент Шенкланда и
атаки Дирака и Пайерлса поставили (3-распад в фокус критики этой новой
программы, он не скупился на похвалы нейтринной программы Ферми, котора
обещала заполнить ощутимую брешь. Без сомнения, последующее развитие
нейтринной программы спасло Бора от драматического унижения: программы,
основывающиеся на принципах сохранения Прогрессировали, тогда как в
соперничающем лагере не было никакого прогресса. (286)
Мораль сей истории опять-таки заключается в том, что статус "решающего"
эксперимента зависит от характера теоретической конкуренции, в которую он
вовлечен. Интерпретация и оценка эксперимента зависит от того, терпит ли
исследовательская программа неудачу в соперничестве, или же Фортуна
поворачивается к ней лицом.
Научный фольклор нашего времени, однако, перенасыщен теориями скороспелой
рациональности. Рассказанная мной история фальсифицирована в большинстве
описаний и реконструирована на основании ошибочных теорий рациональности.
Такими фальсификациями полны даже лучшие популярные изложения. Я приведу
только два примера.