РАЗДЕЛ История экономической мысли

определение понятие значение информация система структура принцип слово знак

ЧАСТЬ г1 Эксперимент Майкельсона-Морли

Лакатос Фальсификация и методология научно исследовательских программ ВЕРНУТЬСЯ

ГЛАВА 3 Методология научных исследовательских программ ВЕРНУТЬСЯ

ГЛАВА 3

ЧАСТЬ г Новый взгляд на решающие эксперименты ВЕРНУТЬСЯ

(г1) Эксперимент Майкельсона-Морли

ПЕРЕЙТИ ЧАСТЬ г2 Эксперименты Луммера-Прингсгейма

Майкельсон впервые придумал свой эксперимент (Опыты Майкельсона - поиск зависимость скорости распространения света от направления) для проверки противоречивших друг другу теорий Френеля и Стокса (Стоксов сдвиг) 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 («светоносную среду»), 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 Стокс 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]

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])

231 См. [126]. Это замечание показывает, что Майкельсон понял: его эксперимент 1887 г. был вполне совместим с предположением об «эфирном ветре”, который мог бы «дуть” высоко над Землей. М. Бори спустя 33 года утверждал, что после эксперимента 1887 г. «мы должны заключить, что эфирный ветер не существует» (курсив мой. — И. Л.; [23] [русск. перев., с. 213]) (первое немецкое издание книги М. Борна «Эйнштейновская теория относительности” вышло в 1920 г. — Прим. перев.).

232 Кельвин в 1900 г. на Международном Физическом конгрессе сказал, что «единственным облачком на ясном небе теории эфира был нулевой результат эксперимента Майкельсона—Морли» и советовал Морли и Миллеру, присутствовавшим на этом конгрессе, еще раз повторить эксперимент (см. [129]).

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 интерпретируются 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])

237 В то же время Фицджеральд, независимо от Лоренца, предложил проверяемый вариант этого «креативного сдвига», который был быстро опровергнут Траутоном, Рэлеем и Брэйсом; вариант оказался прогрессивным теоретически, но не эмпирически (см. [208], р. 53; [208], р. 28—30). Принято считать, что теория Фицджеральда была ad hoc (лишь для данного случая). То, что понимали под этим современники, следовало бы назвать ad hoc” том смысле, что у этой теории не было «независимых положительных доказательств» (см. [99], р. 624). Позднее под влиянием Поппера термин ad hoc главным образом трактовался как ad hoc1 (см. [161], гл. 20 [русск. перев., с. 111]). Это еще раз говорит о том, как важно различать ad hoc1 и ad hoc2.

161 Историк науки скажет, что это скорее карикатура, чем действительный очерк истории; но я все же надеюсь, что он послужит своей цели. Кое-что в нем надо принимать не со щепоткой, а с целой горстью соли.

После того, как Грюнбаум [67] заметил ошибку Поппера. последний согласился с ним, но добавил, что теория Фицджеральда была все же ad hoc в большей степени, чем теория Эйнштейна, и что это является «еще одной прекрасной иллюстрацией того, как теории разнятся по «степеням подгонки» (degrees of adhocness), а также одного из главных тезисов [его] книги, что «степени подгонки» находятся в обратной зависимости со степенями проверяемости и значимости» [162]. Однако это различие между теориями не сводится к степени одноразовой подгонки, которая могла бы измеряться проверяемостью.

162 В этом, конечно, еще один аргумент против тезиса Уиздома о том, что метафизические теории могут быть опровергнуты, если они противоречат хорошо подкрепленным научным теориям [209].

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 теория 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 предсказания 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.

241 Историко-эвристический фон становления теории Эйнштейна продолжает вызывать серьезные разногласия, поэтому не исключено, что это утверждение может оказаться ложным.

242 [10], р. 530; [русск. перев., с. 407]. Вспомним, что для Кельвина в 1905 г. это выглядело только как “облачко на ясном небе”.

243 В превосходном учебнике физики Хвольсона (1902 г.) [см.: Хвольсон О. Д. Физика наших дней. М.—Л., 1929. — Прим. перев.] можно прочитать, что вероятность гипотезы эфира почти граничит с достоверностью (см. [45], р. 817 [русск. перев., с. 181]).

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 ставится 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.

244 Поляни не без юмора рассказывает, как в 1925 г. в докладе Американскому Физическому обществу Миллер заявил, что, вопреки отчетам Майкельсона и Морли, наличие эфирного ветра доказано им окончательно и бесповоротно; тем не менее, это не произвело особого впечатления на слушателей, среди которых преобладали приверженцы теории Эйнштейна. Поляни приходит к выводу, что никакой “объективистский каркас” не обеспечивает ни принятия, ни отвержения теорий учеными ([151], р. 12—14 [см. русск. перев., с. 37—39]). Но моя реконструкция позволяет считать верность сторонников Эйнштейна его исследовательской программе даже перед лицом убедительных данных, противоречащих ей, вполне рациональной, и это, разумеется, подрывает “пост-критическую”, а лучше сказать, мистическую трактовку данного вопроса Поляни.

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. ([246] В контексте большого «креативного сдвига» эфир может еще вернуться. [247])

245 Типичный признак регрессии программы, о котором не шла речь в данной статье — пролиферация противоречивых “фактов”. Используя в качестве интерпретативной ложную теорию, можно получить, не делая никаких “экспериментальных ошибок”, противоречивые фактуальные высказывания, несовместимые экспериментальные данные. Майкельсон, будучи приверженцем эфира до конца грустной истории этого понятия, главным образом переживал из-за несовместимости “фактов”, полученных в его сверхточных измерениях. Его эксперимент 1887 г. “показал”, что эфирного ветра нет на поверхности Земли. Но аберрация “показывала”, что эфирный ветер должен быть. Более того, его эксперимент 1925 г. (о котором либо умалчивают, либо, как Жаффе [79], ошибочно трактуют) также “показал”, что эфирный ветер существует (см. [125] и острую критику — [175]).

246 См., например, [44], р. 17—18, цит. по [39]. Однако не следует забывать, что две специальные теории, будучи математически (и наблюдательно) эквивалентными, все же могут быть погружены в различные, соперничающие одна с другой исследовательские программы, и сила положительных эвристик. этих программ может быть различной. Этот момент часто упускался из виду теми, кто предлагал доказательства подобной эквивалентности (хороший пример — доказательства эквивалентности подходов к квантовой физике Шредингера и Гейзенберга.

247 См., например, [38]: “Если вернуться к вопросу, учитывая современное состояние физического знания, можно увидеть, что эфир уже не отвергается относительностью, и можно выдвинуть неплохие основания, чтобы вновь постулировать существование эфира”. См. также заключительный параграф [173]. а также [16].

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 время 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]

250 Сам Эйнштейн был склонен считать, что Майкельсон изобрел свой интерферометр для проверки теории Френеля (см. [46], [русск. перев., с. 149]). Между прочим, ранние эксперименты Майкельсона, связанные с исследованием спектральных линий ([122], [123]), также соответствовали современным ему теориям эфира. Майкельсон стал особенно подчеркивать «сверхточность» своих измерений только тогда, когда оказался обескураженным отсутствием оценки их соответствия этим теориям. Эйнштейн, который недолюбливал точность ради нее самой, спрашивал его, почему он затрачивает такие чудовищные усилия на точное измерение именно этой мировой константы. Ответ Майкельсона был таков: «Потому, что это меня забавляет» (См. [48], русск. перев., с. [150]).

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 восклицания по поводу того, что «результаты проф. Миллера радикальным образом нокаутировали теорию относительности». [251] Однако, с точки зрения 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]

twitter.com facebook.com vkontakte.ru odnoklassniki.ru mail.ru ya.ru rutvit.ru myspace.com technorati.com digg.com friendfeed.com pikabu.ru blogger.com liveinternet.ru livejournal.ru memori.ru google.com bobrdobr.ru mister-wong.ru yahoo.com yandex.ru del.icio.us
Оставьте комментарий!

grin LOL cheese smile wink smirk rolleyes confused surprised big surprise tongue laugh tongue rolleye tongue wink raspberry blank stare long face ohh grrr gulp oh oh downer red face sick shut eye hmmm mad angry zipper kiss shock cool smile cool smirk cool grin cool hmm cool mad cool cheese vampire snake excaim question

Используйте нормальные имена. Ваш комментарий будет опубликован после проверки.

Имя и сайт используются только при регистрации

Если вы уже зарегистрированы как комментатор или хотите зарегистрироваться, укажите пароль и свой действующий email. При регистрации на указанный адрес придет письмо с кодом активации и ссылкой на ваш персональный аккаунт, где вы сможете изменить свои данные, включая адрес сайта, ник, описание, контакты и т.д., а также подписку на новые комментарии.

Авторизация MaxSiteAuth. Loginza

(обязательно)