(в) Две иллюстрации: Проут и Бор. Фальсификация и методология

РАЗДЕЛ История экономической мысли

определение понятие значение информация система структура принцип слово знак

ЧАСТЬ (в) Две иллюстрации: Проут и Бор

Лакатос Фальсификация и методология научно исследовательских программ ВЕРНУТЬСЯ

ГЛАВА 3 Методология научных исследовательских программ ВЕРНУТЬСЯ

ГЛАВА 3

(в) Две иллюстрации: Проут и Бор. НАЧАЛО

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРОДОЛЖЕНИЕ ЧАСТЬ (в) Две иллюстрации: Проут и Бор

Диалектику положительной и отрицательной эвристики [творчество открытия нового] в исследовательской программе лучше всего показать на примерах. Поэтому я обрисую некоторые аспекты двух исследовательских программ, добившихся впечатляющих успехов: программы Проута, в основе которой была идея о том, что все атомы состоят из атомов водорода, и программы Бора с ее основной идеей о том, что световое излучение производится электроном, перескакивающим с одной внутриатомной орбиты на другую.

(Приступая к написанию исторического очерка, следует, полагаю, придерживаться следующей процедуры:

  • (1) произвести рациональную реконструкцию данного события;
  • (2) попытаться сопоставить эту рациональную реконструкцию с действительной историей, чтобы подвергнуть критике как рациональную реконструкцию - за недостаток историчности, - так и действительную историю - за недостаток рациональности.

Поэтому всякому историческому исследованию должна предшествовать эвристическая проработка: история науки без философии науки слепа.* Но здесь я не могу позволить себе подробно останавливаться на второй стадии этой процедуры).

Имре Лакатос

(вг) Проут: исследовательская программа, прогрессирующая в океане аномалий

В анонимной статье 1815 г. Проут выдвинул утверждение о том, что атомные веса всех чистых химических элементов являются целыми числами.

Теория Проута: Проут высказал мысль, что все элементы представляют собой сочетания атомов водорода и тогда атомные массы их должны выражаться [целыми] числами, кратными атомной массе этого элемента [водорода].

Он очень хорошо знал об огромном количестве аномалий, но говорил, что эти аномалии возникают потому, что обыкновенно употребляемые химические вещества не были достаточно чистыми. Другими словами, соответствующая "экспериментальная техника" того времени была ненадежной; в принятой нами терминологии можно было бы сказать, что современные Проуту "наблюдательные" теории, на основании которых устанавливались значения истинности базисных предложений его теории, были ложными. [149]

149 Увы, все это скорее рациональная реконструкция чем действительная история Проут отвергал существование каких бы то ни было аномалий Например он утверждал что атомный вес хлора в точности равен 36

Сторонники теории Проута поэтому были вынуждены заняться весьма нелегким делом: показать несостоятельность теорий, выступающих основаниями для контрпримеров. Для этого требовалось ни много, ни мало революционизировать признанную в то время аналитическую химию, чтобы на новой основе изменить экспериментальную технику, с помощью которой выделялись чистые химические элементы. [150]

150 Проут отдавал себе отчет в некоторых основных методологических особенностях его программы Вот несколько строк из его работы 1815 г “Автор представляет свой труд публике с величайшей робостью. Но он верит, что значение этого труда будет оценено должны образом а также, что найдутся те, кто попытается исследовать поднятую в нем проблему, прежде чем отвергнуть выводы автора или согласиться с ними. Даже если будет доказана их ошибочность, это исследование могло бы обнаружить еще неизвестные факты, либо лучше установить уже знакомые, но если выводы автора найдут подтверждение новый и заманчивый свет пролился бы на всю химическую науку” [171]

Теория Проута, по сути дела, опровергала одну за другой теории, ранее применявшиеся в очистке химических веществ. Но при этом некоторые химики, не выдерживая напряжения, отказывались от новой исследовательской программы, первые успехи которой еще никак нельзя было назвать окончательной победой. Например, Стас, доведенный до отчаяния некоторыми упрямыми, не поддающимися объяснению фактами, в 1860г. пришел к выводу, что теория Проута лишена "каких-либо оснований". [151] В то же время другие химики находились под большим впечатлением от успехов теории и не слишком горевали от того, что успех не был полным.

151 Джеймс Клерк Максвелл принял сторону Стаса, он полагал нeвозможным допущение двух видов водорода, “поскольку если бы некоторые молекулы были немного массивнее? чем другие - мы имели бы возможность разделять молекулы с различными массами ибо тогда одни молекулы были бы несколько плотнее других/ А так как этого сделать нельзя надо признать что все они подобны друг другу” [117]

117 Если воспользоваться терминологией моей работы [93], это была теория “ad hoc1 ” (p. 389); этот пример первоначально был подсказан мне П. Фейерабендом в качестве образца теории ad hoc, обладающей определенной ценностью.

Например, Мариньяк немедленно парировал выводы Стаса: "Хотя эксперименты. г. Стаса отличаются вполне удовлетворительной точностью, все же нет доказательств против того, что различия, имеющие место между его результатами и следствиями из закона Проута, могут быть объяснены несовершенством экспериментальных методов". [152]

152 [116] Это критическое замечание Уэвелла по поводу вспомогательной гипотезы ad hoc, фигурирующей в ньютоновской теории света ([203], vol. 2, р. 317).

Как заметил Уильям Крукс в 1886 г., "немало химиков с безупречной репутацией верили в то, что здесь [в теории Проута] истина заслонена некоторыми остаточными или побочными явлениями, которые пока еще не удалось элиминировать". [153] Это значило, что в "наблюдательных" теориях, на которых основывалась "экспериментальная техника" химической очистки и с помощью которых вычислялись атомные веса, должны были иметься какие-то неявные дополнительные ложные допущения. По мнению Крукса, даже в 1886 г. "некоторые атомные веса выражались просто средними значениями". [154]

153 154 Там же [33]

Сам Крукс подошел к этой идее, придав ей научную форму (обеспечивающую увеличение содержания): он предложил новые конкретные теории "фракционирования", нового "разделяющего Демона". Но [155], увы, эти новые "наблюдательные" теории были столь же ложными, сколь смелыми, и не оказавшись в состоянии предсказывать какие-либо новые факты, они были элиминированы [отсеяны] из (рационально реконструированной) истории науки.

Следующим поколениям химиков удалось обнаружить весьма существенное скрытое допущение, вводившее в заблуждение исследователей; оно состояло в том, что два химически чистых элемента могут быть разделены только химическими методами. Идея о том, что два различных химически чистых элемента могут вести себя одинаково во всех химических реакциях, но могут быть разделены физическими методами, требовала изменения, "растяжки", понятия "чистый элемент", что влекло за собой и понятийную "растяжку", расширение самой исследовательской программы. [156] Этот революционный, в высшей степени творческий сдвиг был сделан только школой Резерфорда; [157] лишь "после многих превратностей и самых убедительных опровержений эта гипотеза, столь блестяще выдвинутая Проутом, эдинбургским физиком в 1815 г., спустя сто лет стала краеугольным камнем современных теорий строения атомов". [158]

156 О “растяжке” понятий см [92], ч 60

157 Этот сдвиг был предвосхищен в замечательной работе Крукса [34], где он заметил, что решение следует искать в новом различении “физического” и “химического” Но это предвосхищение осталось умозрительным только Резерфорду и Содди удалось превратить его в научную теорию. 158 [184], р 50

Однако этот творческий прорыв фактически был только побочным результатом прогресса в иной, достаточно далекой, исследовательской программе; сами же сторонники Проута, не имея этого внешнего стимула, даже не пытались, например, построить мощные центрифуги - механизмы для разделения элементов.

(Когда "наблюдательные" или "интерпретативные" теории в конце концов элиминируются, то "точные" измерения, проводившиеся на основании невыгодных понятийных каркасов, выглядят - задним числом - скорее забавными. Содди высмеивал "экспериментальную точность", если она является самоцелью: "Есть что-то трагичное, если не трагикомичное, в судьбе выдающейся плеяды химиков XIX века, по праву почитавшихся современниками за высшее мастерство и совершенство точных научных измерений. Ставшие делом их жизни, с таким трудом добытые результаты, по крайней мере на сегодня, выглядят столь же значимыми и интересными как, например, вычисления среднего веса в коллекции бутылок, одни из которых полные, а другие - более или менее пустые". [159]/pjustify])[pjustify]Подчеркнем, что в свете методологии исследовательских программ, предложенной здесь, никогда не было рациональных причин, по которым могла бы быть элиминирована программа Проута. Эта программа дала превосходный прогрессивный сдвиг, хотя и сталкивалась с серьезными препятствиями. [160] Этот эпизод показывает, как исследовательская программа может бросить вызов внушительному массиву признанного научного знания: она подобна растению, высаженному на неблагоприятной почве, которую затем постепенно преобразует и подчиняет себе.

История программы Проута также очень хорошо показывает, как прогресс науки тормозится джастификационизмом и наивным фальсификационизмом. (Обе эти концепции были на вооружении тех, кто выступал против атомной теории в XIX веке). Исследование этого специфического влияния плохой методологии науки может стать благодарной задачей историка науки.

(вч) Бор: исследовательская программа, прогрессирующая на противоречивых основаниях

Краткий очерк исследовательской программы Бора (ранней квантовой физики) послужит дальнейшей иллюстрацией и расширением нашего тезиса. [161]

Повествование об исследовательской программе Бора должно включать:

  • 1) изложение исходной проблемы;
  • 2) указание отрицательной и положительной эвристики;
  • 3) проблемы, которые предполагалось решить в ходе ее развития:
  • 4) указание момента, с какого началась ее регрессия (если угодно, "точки насыщения");
  • 5) программу, пришедшую ей на смену.

Исходная проблема представляла собой загадку: каким образом атомы Резерфорда? то есть мельчайшие планетарные системы с электронами, вращающимися вокруг положительных ядер) могут оставаться устойчивыми; дело в том, что, согласно хорошо подкрепленной теории электромагнитизма Максвелла-Лоренца, такие системы должны коллапсировать. Однако теория Резерфорда также была хорошо подкреплена. Идея Бора заключалась в том, чтобы не обращать внимания на противоречие и сознательно развить исследовательскую программу, "опровержимые" версии которой несовместимы с теорией Максвелла-Лоренца. [162]

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

Он предложил пять постулатов, ставших твердым ядром его программы:

  • (1) Испускание ( или поглощение) энергии происходит не непрерывно, как это принимается в обычной электродинамике, а только при переходе системы из одного "стационарного" состояния в другое.
  • (2) Динамическое равновесие системы в стационарных состояниях определяется обычными законами механики, тогда как для перехода системы между различными стационарными состояниями эти законы недействительны.
  • (3) Испускаемое при переходе системы из одного стационарного состояния в другое излучение монохроматично и соотношение между его частотой v и общим количеством излученной энергии Е дается равенством Е=hv, где h-постоянная Планка.
  • (4) Различные стационарные состояния простой системы, состоящей из вращающегося вокруг положительного ядра электрона, определяются из условия, что отношение между общей энергией, испущенной при образовании данной конфигурации, и числом оборотов электронов является целым кратным h/2. Предположение о том, что орбита электрона круговая, равнозначно требованию, чтобы момент импульса вращающегося вокруг ядра электрона был бы целым кратным п/2л.
  • (5) "Основное" состояние любой атомной системы, т. е. состояние, при котором излученная энергия максимальна, определяется из условия, чтобы момент импульса каждого электрона относительно центра его орбиты равнялся п/2л."' [163]

163 [13], р. 874; [русск. перев., с. 147—148]. 164 Н. Бор в это время считал, что теория Макксвелла—Лоренца должна со временем быть заменена (теория протона, предложенная Эйнштейном, уже показала, что это необходимо).

165 [77]. 77 [74], р 622 Решительный гемпелевский “тезис эмпирической определенности” только подновляет старые аргументы Нейра-та и некоторые Поппера (против Карнапа, я полагаю), но прискорбно, что он даже не упоминает своих предшественников или единомышленников

166 В нашей методологии такие защитные уловки ad hoc не обязательны; но, с другой стороны, от них нет вреда до тех пор, пока сохраняется ясное понимание, что они знаменуют собой проблемы, а не их решения.

Мы должны видеть решительное различие, имеющее важный методологический смысл, между тем конфликтом, в котором оказались программа Проута и современное ему химическое знание, и конфликтом с современной физикой, в какой вступила программа Бора. Исследовательская программа Проута объявила войну аналитической химии своего времени: ее положительная эвристика имела назначение разгромить своего противника и вытеснить его с занимаемых позиций. Программа Бора не имела подобной цели. Ее положительная эвристика, как бы ни была она успешна, все же заключала в себе противоречие с теорией Максвелла-Лоренца, оставляя его неразрешенным. [164] Чтобы решиться на такое, нужна была смелость даже большая, чем у Проута; Эйнштейн мучился подобной идеей, но посчитал ее неприемлемой и отказался от нее. [165]

Мы видим, что некоторые из самых значительных исследовательских программ в истории науки были привиты к предшествующим программам, с которыми находились в вопиющем противоречии. Например, астрономия Коперника была "привита" к физике Аристотеля, программа Бора - к физике Максвелла. Джастификационист или наивный фальсификационист назовет такие "прививки" иррациональными, поскольку не допускают и мысли о росте знания на противоречивой основе. Поэтому они обычно прибегают к уловкам ad hoc, наподобие теории Галилея о круговой инерции или принципа соответствия, а затем и принципа дополнительности Бора, единственной целью которых является сокрытие этого "порока". [166]

166 В нашей методологии такие защитные уловки ad hoc не обязательны; но, с другой стороны, от них нет вреда до тех пор, пока сохраняется ясное понимание, что они знаменуют собой проблемы, а не их решения.

Когда же росток привитой программы войдет в силу, приходит конец мирному сосуществованию, симбиоз сменяется конкуренцией, и сторонники новой программы пытаются совершенно вытеснить старую.

Очень возможно, что успех его "привитой программы" позднее подтолкнул Бора к мысли, что противоречия в основаниях исследовательской программы могут и даже должны быть возведены в принцип, что такие противоречия не должны слишком заботить исследователя, что к ним можно просто привыкнуть. В 1922 г. Н. Бор пытался снизить стандарты научного критицизма: "Самое большее, чего можно требовать от теории [т. е. программы], - чтобы [устанавливаемые ею] классификации могли быть продвинуты достаточно далеко, с тем, что область наблюдаемого расширялась бы предсказаниями новых явлений". [167]

167 [16] Эмпирический базис теории — это множество ее потенциальных фальсификаторов, то есть множество тех предложений наблюдения, которые могут опровергнуть эту теорию/

(Это высказывание Бора напоминает фразу Даламбера, обнаружившего противоречивость оснований исчисления бесконечно малых величин: "Allez en avant et la foi vous viendra"*. Маргенау замечает: "Можно понять тех, кто воодушевляясь успехами теории, закрывает глаза на уродство ее архитектуры; атомная теория Бора - это башенка в стиле барокко на готическом основании классической электродинамики". [168]

168 [83] Фальсификация теория зависит от высокой степени подкрепления ограничения ceteris paribus. Однако так бывает не всегда Вот почему методологический фальсификационист советует доверять “научному инстинкту” (161), гл 18 [русск. перев , с 101)) или “предчувствию” ([27], р 20)

Однако в действительности эти архитектурные "уродства" ни для кого не были "тайной", все видели их, но сознательно игнорировали - кто в большей, кто в меньшей степени - пока программа развивалась прогрессивно. (169) С точки зрения методологии исследовательских программ, такое отношение рационально, но только до того момента, когда стадия прогресса заканчивается: после этого апологетика "уродства" становится иррациональной.

169 Зоммерфельд, например, игнорировал в большей степени, чем Бор.

Надо отметить, что в 30-40 гг. Бор отказался от требования "новизны явлений" и был готов признать "единственной возможностью согласовывать многообразный материал из области атомных явлений, накапливавшийся день ото дня при исследовании этой новой отрасли знаний". [170] Это означает, что Бор отступил на позицию "спасения явлений", в то время как Эйнштейн саркастически подчеркивал, что "нет такой теории, символы которой кто-то не смог бы подходящим способом увязать с наблюдаемыми величинами".) [171]

Однако непротиворечивость - в точном смысле этого термина [172] - должна оставаться важнейшим регулятивным, принципом (стоящим вне и выше требования прогрессивного сдвига проблем); обнаружение противоречий должно рассматриваться как проблема.

172 Два высказывания образуют противоречие, если их конъюнкция [соглашение] не имеет модели, т. е. не существует интерпретации их дескриптивных [описательных] терминов, при которой эта конъюнкция истинна. В обычных рассуждениях термины используются более расширимо, чем в формальном дискурсе; некоторые дескриптивные термины получают фиксированную интерпретацию. В этом неформальном смысле два высказывания могут быть (слабо) противоречивыми при стандартной интерпретации некоторых смыслообразующих терминов, хотя формально, при нефиксированной интерпретации, они могут быть совместимыми. Например, первые теории спина электрона были несовместимы со специальной теорией относительности, если понятие “спин” получало стандартную (“сильную”) интерпретацию и поэтому рассматривалось как нерасширимый термин; но противоречие исчезало, если “спин” трактовался как неинтерпретированный дескриптивный термин. Не следует спешить со стандартными интерпретациями терминов, ибо выхолащивание значений может привести к бесплодию положительной эвристики программы (однако иногда именно стандартизация значений может оказаться прогрессивной). О демаркации между расширимыми и нерасширимыми (дескриптивными и логическими) терминами в неформальном рассуждении см. [92], особенно р. 335; [русск. перев., с. 144]).

** 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 предаваться 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 исчисления бесконечно малых и наивной теории множеств. [174]

174 Наивные фальсификационисты готовы увидеть в подобном либерализме чуть ли не преступление против разума. Их главный аргумент звучит примерно так: “Бели мы станем допускать противоречия, мы должны будем расстаться со всяким видом научной деятельности; это будет равносильно полному распаду науки. Сказанное легко подкрепить, доказав, что если допущены два противоречивых высказывания, то по необходимости допустимы какие угодно высказывания. В самом деле, логически мы вправе выводить из пары противоречивых высказываний вообще любое высказывание. . . Теория, включающая противоречие, поэтому совершенно бесполезна s качестве теории” ([156], русск. перев., с. 35, 38). Справедливости ради надо отметить, что здесь Поппер выступает против гегелевской диалектики, в которой противоречие объявляется достоинством, и он совершенно прав, указывая на опасность этого. Но Поппер никогда не анализировал примеры эмпирически (или не-эмпирически) прогрессивного развития знания, покоящегося на противоречивых основаниях; в 24-й главе его “Логики” прямо говорится о непротиворечивости как о требовании к научной теории, не допускающем никаких исключений.

(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]

175 См.: [87]. 87 Термин “предсказание” здесь употреблен в широком смысле, допускающем и “после сказание”

176 [19] 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.

177 Мfrc Борн в своем живом описании принципа соответствия также указывает на двойственность его оценки: “Искусство угадывания правильных формул, которые отклоняются от классических, но переходят в них в смысле принципа соответствия, было значительно усовершенствовано” ([25], русск. перев., с. 304).

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 [приближенно]) 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 рождения квантовой теории", не совсем верно; этот день был днем рождения редукционной программы Планка {приём сведения сложного к простому]. 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; такая 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 [Декарта] 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 Котсу, полагали, что это противоречие не является столь уж серьезной проблемой. [179]

179 См. [98]. Конечно, редукционистская программа [упрощения?] может считаться научной, если только она объясняет больше того, что остается за рамками объяснения; в противном случае редукция научной не является (ср. [168]). Если редукция не обеспечивает прироста нового эмпирического содержания (т. е. новых фактов), она выступает как регрессивный сдвиг проблем, как чисто лингвистическое упражнение. Ярким примером такой чисто лингвистической редукции являются усилия картезианцев укрепить свою метафизику так, чтобы ньютоновская гравитация могла быть истолкована на ее основании.

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.

180 [47]; [русск. перев., с. 238]. В ряду критиков копенгагенского “анархизме” следует назвать, кроме Эйнштейна, — Поппера, Ланде, Шредингера, Маргенау, Блохинцева, Бома, Фенье и Яноши. Аргументы в защиту копенгагенской интерпретации см. в [72] [русск. перев., с. 91—106]; меткая критика недавно представлена Поппером в [163а], [168]. Фейерабенд в [56] использовал некоторые противоречия и колебания Бора, чтобы апологетически [неумеренное восхваление] фальсифицировать боровскую философию. Он представил в кривом зеркале критику Бора со стороны Поппера, Ланде, Маргенау, затушевал оппозицию Эйнштейна, а главное, кажется, совсем забыл, что в некоторых своих ранних статьях он сам по этому вопросу занимал даже более попперианскую позицию, чем сам Поппер.

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]

181 [169], р. 31, курсив мой. Выражение “полностью” здесь надо понимать буквально. Вот еще пример: “Предположение, что какой-либо элемент оснований квантовой теории может быть ложным — абсурдно. Неприемлема и аргументация, согласно которой научные результаты всегда преходящи. Это скорее относится к философским концепциям современной физики, поскольку еще многим не ясно, как глубоко - открытия квантовой физики воздействуют на всю эпистемологию. Условия наблюдения в квантовой физике убедительно говорят о том, что обычный язык является необходимым источником определенности физического описания” (“Nature”, 1969, vol. 222, р. 1034—1035).

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]

182 Это рациональная реконструкция. На самом деле Бор признал эту возможность только в [17].

183 Помимо этой аналогии, в положительной эвристике Бора имелась и другая фундаментальная идея: “принцип соответствия”. Это было намечено им еще в 1913 г.; см. вторую часть 5-го постулата; но развита она была позже, когда стала использоваться как ведущий принцип при решении некоторых проблем, возникших в последующих, более тонких моделях (таких как интенсивность и состояния поляризации). Характерной особенностью этой второй части положительной эвристики было то, что Бор не придавал ей метафизического смысла: по его мнению, это было временное правило, которым следовало пользоваться до тех пор. пока классическая теория электромагнетизма (и, возможно, механика) не будут заменены.

184 [35]. Подобную эйфорию испытывал Маклорен в 1748 г. по отношению к программе Ньютона: ньютоновская философия, писал он, “основанная на эксперименте и доказательстве, не может пасть, покуда разум или природа вещей останутся неизменными... [Ньютон] оставил потомству сделать не так уж много: наблюдать небесные тела и вычислять их путь по его формулам” ([II4]. р. 8).

Знаменитая статья Н. Бора 1913 [«Теория торможения заряженных частиц при их прохождении через вещество»] 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]

185 “Наивная догадка” здесь — это специальный термин, смысл которого разъясняется в моей работе [92]. Ситуационное исследование и подробную критику мифа об “индуктивном базисе” науки (естествознания или математики) см. там же, гл. 7, в особенности р. 298—307 [русск. перев., с. 97— 106]. Там я показал, что “наивная догадка” Декарта и Эйлера о том, что для всех многогранников справедлива формула V—E+F=2, была неверна и избыточна в свете дальнейшего развития математики; в качестве других примеров можно вспомнить, что попытки Бойля и его последователей установить соотношение pV==RT оказались иррелевантными [второстепенными, несущественными] для дальнейших теоретических разработок (за исключением некоторых экспериментальных установок), так же как три закона Кеплера могли быть излишними для ньютоновской теории тяготения.

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" Пикеринга 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]

187 [59]. Между прочим, “наблюдательная” теоррия Фаулера была основана на теоретических исследованиях Ридберга, которые “при отсутствии строгого экспериментального доказательства он рассматривал как оправдание его экспериментальных результатов” (р. 65). Но его коллега, физик-теоретик, проф. Никольсон спустя всего три месяца ссылался на результаты Фаулера как на “лабораторное подтверждение теоретических выводов Ридберга” [140]. Мне кажется, этот небольшой эпизод хорошо иллюстрирует мою поговорку: большинство ученых имеют такое же представление о том, что такое наука, как рыбы — о гидродинамике.

В докладе на 93-м ежегодном общем собрании Королевского астрономического Общества “экспериментально-лабораторные наблюдения” новых “водородных линий, которым отдано так много усилий физиков” характеризовалось как “достижение огромной значимости” и “триумф хорошо ориентированной экспериментальной работы”.

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 предсказывала 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 M1 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]

190 “Укрощение монстра” — превращение контрпримера в пример на основании некоторой новой теории. См. [92], р. 127; [русск. перев., с. 33]. Но “монстр” Бора был эмпирически прогрессивным: он предсказывал новый факт—появление линии 4686 в трубке без водорода.

92 [161], гл 19 и 20 [русск. перев. с. 106, 110] Я детально рассматривал такие уловки, возникавшие в неформальной, псевдо эмпирической математике, именуя их “монстрами” [92], [русск пер с 24]

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]

192 [15]; [русск перев , с 149—151] И этот “монстр” также был “прогрессивным”. Бор предсказал, что наблюдения Фаулера должны быть слегка неточны, а “постоянная” Ридберга должна иметь более тонкую структуру.

193 [61]; но Фаулер особо отметил, что программа Бора еще не объяснила спектр линий не ионизованного, обычного гелия Вскоре он все же отбросил свои скепсис и присоединился к исследовательской программе Бора [62]

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]

194 См. [77]: “Когда я рассказал ему о спектре Фаулера, огромные глаза Эйнштейна стали еще больше, и он сказал мне “Тогда это одно из величайших открытий.”

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.

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)