| определение понятие значение информация система структура принцип слово знак |
ГЛАВА 3
(г2) Эксперименты Луммера-Прингсгейма
Рассмотрим другой якобы решающий эксперимент. Планк утверждал, что эксперименты Луммера и Прингсгейма, которые "опровергли" законы излучения 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.
254 [147], [161], гл. 30, [65], р. 37; в этих работах данные выражения играют роль идиом; разумеется, предложения наблюдения не “вызывают к жизни” какие-либо конкретные теории.
255 См. [191], р. 18; подающая надежды исследовательская программа обычно начинает с объяснения уже опровергнутых “эмпирических законов”, и это, на основании моего подхода, может расцениваться как успех вполне рационально.
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 покоится 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. Продолжая 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 для 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 физическая 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 первоначальная планковская формула ad hoc (для данного случая), 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 «полуэмпирические» соперницы не могли найти объяснения в рамках классической программы иначе, чем ценой регрессивного проблемного сдвига.
258 Я имею в виду формулу Планка в том виде, как она приведена в его [145], где он признает, что после длительных попыток доказать, что «закон Вина необходимо должен быть справедлив», этот «закон» был опровергнут. Так он перешел от доказывания величественных вечных законов к «построению совершенно произвольных выражений». Однако, по джастификационистским критериям, вообще любая физическая теория становится «совершенно произвольной. На самом же деле произвольная формула Планка противоречила наличным эмпирическим данным и властно исправляла их. (Планк рассказывает об этом в своей «Научной автобиографии»). Конечно, в известном смысле первоначальная формула Планка действительно была «произвольной», «формальной», «ad hoc» — ведь это была скорее изолированная формула, которая еще не являлась частью исследовательской программы. Как он сам отмечал: «Даже если формулу для излучения предполагать справедливой с абсолютной точностью, то все же она имеет только формальный смысл удачно угаданного закона. Поэтому со дня установления этой формулы я был занят тем, что старался придать ей ее истинный физический смысл» ([148], р. 41; [русск. перев., с. 660]). Но главное значение того, что Планк называет “приданием формуле физического смыслах—не обязательно «истинного физического смысла»,— состоит в том, что это часто ведет к формированию убедительной научной программы и росту знания.
259 Впервые это было сделано самим Планком [146], где заложены основы исследовательской программы квантовой теории.
«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 целая серия впечатляющих новых фактов. [261] Но до выдвижения новых, к сожалению ad hoc, вспомогательных гипотез в рамках старой программы, до развертывания новой программы и открытия новых фактов, свидетельствующих о прогрессивном сдвиге проблем в последней, - до всего этого объективное значение экспериментов Луммера-Прингсгейма было весьма ограниченным.
260 Это было сделано уже Планком, но лишь нечаянно, так сказать, по ошибке. См.: [191], р. 18. Действительно, результаты Прингсгейма и Луммера, помимо прочего, стимулировали критический анализ неформальных выводов в квантовой теории излучения, в которых неявно фигурировали чрезвычайно важные «скрытые леммы», что выяснилось только в более поздних разработках. Самый важный шаг в этом «проясняющем процессе» был сделан Эренфестом [42].
