Кое-что про науку: теории и факты. Ч.1 Теории
Очень долго проразмышляв над этой проблемой, я начал
преклоняться перед ФАКТОМ и уважать АНАЛОГИЮ...
для меня абсолютно приоритетно соответствие излагаемого
истине. То есть, сухому ФАКТУ, без идеоинтерпретаций.
/Л.Вершинин/ Наивный взгляд
Все мы в школе выучили, как устроена наука. Вот есть Научная Теория про нечто. Она объясняет про это нечто почти все, что нас интересует и позволяет вычислять все, что нам нужно, с приемлемой для нас точностью.
Но в один прекрасный момент кто-то обнаруживает ФАКТ. И этот ФАКТ не укладывается в нашу научную теорию. Сначала этот ФАКТ проверяют и перепроверяют, но ФАКТ упорно подтверждается. Становится ясно, что наша теория неудовлетворительна, и начинаются поиски Новой Теории.
После упорных поисков, неудачных экспериментов и бессонных ночей некоего Гения осеняет - и он открывает Новую Теорию. Эта Новая Теория позволяет объяснять про нечто все, что раньше объясняла Научная Теория и позволяет вычислять все, что нам нужно, с точностью даже лучшей, чем могла Научная Теория. И кроме того, она вполне объясняет ФАКТ - т.е. у нее большее Эмпирическое Содержание, чем у старой и бóльшая точность даже там, где старая Научная Теория была вполне удовлетворительна.
Гений получает Нобелевскую премию.
Новая Теория попадает в учебники и начинает именоваться Научной Теорией.
И будет пребывать в этом статусе пока… не появится новый ФАКТ.
И «всё опять повторится сначала».
Вот такова картина в общих чертах, в ней присутствуют главные персонажи: Научная Теория, опровергающий ФАКТ, Гений, Эмпирическое Содержание и главный герой - Новая Теория. В ней даже в неявном виде (имплицитно - как сказали бы философы) присутствует критерий научности: фальсифицирующий теорию ФАКТ.
Нарисованная картина проста, понятна и прозрачна, она позволяет построить «легко усвояемую» историю науки. В сущности, она всем хороша, кроме одного: к реальной истории науки наша картинка отношения не имеет.
Вот просто никакого. Почему - о том ниже
---------------------------------------------------- ------------------------------------ ----------------
Раньше, чем двигаться дальше, нам придется сделать ВАЖНОЕ ОТСТУПЛЕНИЕ:
Критерий научности - фальсифицируемость!
Этот критерий придумал один из отцов-основателей философии науки 20-го века К.Р. Поппер.
В дни его молодости интеллектуальные круги Вены были захвачены двумя модными новыми учениями: марксизмом и фрейдизмом. Молодой Поппер сделал изумившее его самого открытие. Какой бы новый факт, относившийся к компетенции этих учений, ни обнаруживался, он прекрасно вписывался в наличное учение и находил себе превосходное объяснение. Если воспитанный суровым отцом сын его убивал - это был эдипов комплекс, и это вполне объяснялось. А если он же жертвовал собой, спасая отца, то это была сублимация эдипова комплекса, и тоже все объяснялось. С марксизмом дело обстояло примерно так же - он объяснял все.
И 28-летний Карл Раймунд объявил, что он открыл новый принцип научности любой теории. До него логические позитивисты объявили, что теория должна в принципе допускать проверку опытом, т.е. быть верифицируемой (можно поставить опыт, который подтвердит истинность теории).
Поппер сказал: да, это хорошо, но для утверждения о научности теории этого недостаточно. Должен быть в принципе возможен опыт, который докажет ложность теории - она должна быть фальсифицируема!
Т.е. должен быть опыт, в принципе допускающий результат, который в рамках данной теории объяснить нельзя. И тогда теория становится неверной!
Вот как заметил Поппер, марксизм и фрейдизм нефальсифицируемы. Как давно и хорошо известно, нефальсифицируемой оказалась и астрология - ибо на каждую конкретную ошибку в предсказании у астролога всегда находится объяснение, но никогда в качестве объяснения не фигурирует утверждение об ошибочности астрологии - нет, объяснение всегда находится в рамках самой астрологии
Вывод Карла Раймунда Поппера: астрология нефальсифицируема, следовательно ОНА НЕ НАУКА. И на этом - всё.
Так что наш эпизод с ФАКТом, который разрушил Научную Теорию про нечто, принципиально важен - ведь он тем самым доказал, что теория действительно Научна.
Конец отступления.
------------------------------------------ ----------------------------------------------- -------------------------------
А как выглядит правда?
А правда выглядит далеко не так утешительно, как то, что рассказывают про науку в школе (замечу, к великому сожалению, но картинка, которую рисуют в институте, в основных чертах похожа на школьную, так что большинство людей с высшим образованием представляют себя науку примерно так же).
А что же не так? Да почти все. Вот список основных различий.
1. Нет, и никогда в истории не было научной теории, которая бы в момент зарождения объясняла весь наличный массив опытных фактов, относящихся к ее компетенции.
Самая лучшая научная теория, из всех, что нам известны, недостижимый идеал на все века - механика Ньютона - имела свои черные пятна, например - движение перигелия Меркурия объяснить в рамках механики Ньютона никак не удавалось. Со всеми остальными, известными нам теориями, дело обстояло много хуже.
2. Нельзя говорить о несовместимости теории только с некими фактами.
Дело в том, что научные теории не появляются на пустом месте. Имеется целый массив знаний и теорий, которые мы на текущий момент считаем достоверными. И теория может не вписываться прежде всего именно в наличный массив знаний. Замечу, и противоречие теории фактам мы тоже всегда устанавливаем ИМЕННО В СВЕТЕ НАЛИЧНОГО ЗНАНИЯ. И новая теория часто противоречит не какому-то единичному факту, а неким ранее установленным знаниям, которые есть сложившийся комплекс многих фактов и их теоретического объяснения. Вот наиболее громкие примеры
А) Теория Коперника. С точки зрения взглядов на природу движения в ту эпоху теория Коперника была абсолютно невозможной.
Объясню: представим себе, что Коперник прав, и Земля вращается. Подымемся на башню и уроним с нее камень. Камень летит вниз по прямой, перпендикулярной к поверхности Земли. А Земля в своем вращении улетает из-под камня, и он упадет не к основанию башни, а очень далеко от этого основания /наши возражения, что камень ведь вращается вместе с Землей, никуда не годятся, - до закона инерции Ньютона еще полтора века/
Б) Электромагнитная теория Максвелла очевидным образом противоречила принципу относительности Галилея, а уж этот принцип выглядел абсолютно несокрушимым фундаментом всей физики.
Рассмотрим два одноименных заряда, прикрепленных к двум концам пружинного динамометра. Они отталкиваются и пытаются разлететься, но пружина динамометра им мешает, они ее растягивают и она показывает усилие - 10 ньютон. Прекрасно.
Теперь давайте проедем мимо нашей установки на автомобиле и посмотрим на стрелку динамометра - а что она показывает? Те же 10 ньютон? А вот и нет!
С точки зрения наблюдателя в автомобиле заряды движутся, а движущиеся одноименные заряды есть параллельные токи. Параллельные токи притягиваются благодаря порожденным ими магнитным полям. Т.к. заряды отталкиваются как заряды за счет поля электрического, но притягиваются за счет поля магнитного, то автомобилист должен увидеть меньшую силу на динамометре. Т.е. теория Максвелла предсказывала, что стоящий человек и проезжающий автомобилист увидят стрелку динамометра против... различных цифр. Ни больше, ни меньше.
Предсказание выглядит абсолютно безумным, но теория Максвелла предсказывала именно такой эффект /он чисто релятивистский, теория Максвелла не совместима с механикой Ньютона, она потребовала механики Эйнштейна и фактически породила ее, но ведь в момент рождения теории Максвелла в механике царствовал Ньютон - т.е. теория электромагнетизма была принципиально несовместима с наличной механикой/.
В) Планетарная модель атома по Резерфорду была несовместима с электромагнитной теорией Максвелла.
По Резерфорду атом подобен солнечной системе: в центре положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома, а вокруг него на орбитах вращаются отрицательно заряженные электроны, их заряд компенсирует заряд ядра, так что атом в целом электрически нейтрален. И как планеты не падают на притягивающее их Солнце просто потому, что этому препятствует их запас кинетической энергии (проще говоря - они слишком быстро летят), точно так электроны не падают на притягивающее их ядро потому, что имеют запас кинетической энергии.
Но летящий по круговой орбите электрон, движется с ускорением (центростремительным), а заряд, движущийся ускоренно, должен излучать - таково однозначное требование теории Максвелла. Значит во первых атом должен непрерывно излучать, во вторых же должен очень быстро погибнуть - электроны попросту растеряют всю свою энергию на излучение и упадут на ядро.
Однако атомы в не очень разогретом состоянии не излучают и замечательно стабильны. Понятно, что в рамках тогдашних представлений существование планетарной модели атома было абсолютно невозможно /противоречие сняла квантовая механика, но на момент появления планетарной модели атома, квантовой механики не существует/
Ну и что мы увидели?
Мы увидели Очень Важную Вещь, даже и не вещь, а вещи.
Все эти знаменитые теории в момент появления кардинально противоречили «фактам». Но вот что замечательно. Они противоречили не просто фактам, а фактам в свете определенных научных концепций. Именно в рамках общепринятых на тот момент представлений камень на движущейся Земле не мог упасть к подножию башни (а падал), а атом должен был быть крайне нестабильным (а он был стабилен). Т.е противоречие возникало когда:
- из новой теории делался вывод с помощью старых концепций
- и уже этот вывод сопоставлялся с фактами
И мы получили важный результат - в науке нет и быть не может фактов самих по себе. Противоречие между новой теории и фактами образуется тогда, когда факты мы начинаем рассматривать в свете старых концепций. А новая и смелая теория требует пересмотра многих концепций, вроде бы прямо из нее не выводимых - ведь из коперниковой модели законы Ньютона вывести было нельзя, да и из модели Резерфорда квантовую механику получить было нельзя.
Итак, наш второй вывод: противоречие возникает не между новой теорией и фактами, а между новой теорией и фактами, рассмотренными в свете старых концепций, по видимости не связанных прямо с нашей новой теорией.
Есть еще один вывод - он уже касается наших Гениев и понимания того, в чем величие их научного подвига. Из предыдущего следует, что ИЗ НАБЛЮДАЕМЫХ ФАКТОВ ПРЯМО ВЫВЕСТИ НОВУЮ ТЕОРИЮ БЫЛО РЕШИТЕЛЬНО НЕВОЗМОЖНО. Нужно было совершить смелый скачок, и проигнорировать очевидные противоречия во имя… а во имя чего?
Черт возьми, вот тут самое интересное - а непонятно, во имя чего. Но вот что совершенно точно: эти новые теории ни вывести из «фактов», ни опровергнуть «фактами» было решительно невозможно. И вообще никакую теорию нельзя опровергнуть фактами, это сказки. Всегда опровержение помимо фактов содержит огромную долю концепций и теорий, не всегда сразу заметную.
И еще один вывод. Самые великие, открыватели новых концепций и горизонтов стали такими не потому, что были самыми компетентными, умелыми, остроумными и изобретательными в своей области. Нет, все эти качества у них были, хотя зачастую у других ученых они наличествовали не в меньшей, а порой и в гораздо большей степени. Но подлинного величия достигли они благодаря СМЕЛОСТИ, с которой они были способны утверждать новое вопреки очевидным несоответствиям, СВОЕОБРАЗНОЙ ИНТУИЦИИ, подсказывавшей им, что вот этому свидетельству верить нужно, а вот на этот факт и это противоречие нужно плюнуть и делать вид, что его не замечаешь, и - last, but not least - ВЕРЕ В СЕБЯ, позволявшей им идти против общего мнения и при этом сохранять неколебимую уверенность в своей правоте.
И уж точно, что вовсе не знание ФАКТов сделало их великими, а их идеи - революциями в науке. Из ФАКТов извлечь революционные идеи нереально - таков еще один вывод