Множественность экспериментальных законов, ожидающих своей теории (Э)

"Теория свойств металлов и сплавов" (1936) - это обычный учебник, составители которого - известные авторы Н. Ф. Мотт и Х. Джонс среди прочих вещей обсуждают проводимость электричества и тепла в различных металлических веществах. Что должна объяснять хорошая теория этого предмета? Мотт и Джонс говорят, что теория металлической проводимости кроме прочего должна объяснять следующие экспериментальные результаты:
(1) Закон Видеманна-Франца, который устанавливает, что отношение тепловой проводимости к электрической равно LT, где T - абсолютная температура, а L - константа, одинаковая для всех металлов.
(2) Абсолютное значение электрической проводимости чистого металла и его зависимость от места металла в периодической таблице, например, большая проводимость одновалентных металлов и малая проводимость переходных металлов.
(3) Относительно высокий рост сопротивления, вызываемый небольшими нарушениями чистоты раствора, и правило Матиссена, которое устанавливает, что изменение в сопротивлении из-за малого количества постороннего металла в твердом растворе не зависит от температуры.
(4) Зависимость сопротивления от температуры и давления.
(5) Возникновение сверхпроводимости.
Мотт и Джонс продолжают, заявляя, что "за исключением пункта (5), теория проводимости, основанная на квантовой механике, дала по крайней мере качественное представление всех указанных результатов" (p. 27). (Квантовомеханическое понимание сверхпроводимости было окончательно достигнуто в 1957 году).
Экспериментальные результаты из этого списка были установлены задолго до того, как возникла теория, которая свела их воедино. Закон Видеманна-Франца (1) был открыт в 1853 году, правило Матиссена (3) - в 1862 году, связь между проводимостью и положением в периодической системе (2) - в 1890 году и сверхпроводимость (5) - в 1911 году. Данные были известны давно, не хватало связывающей их теории. Различие между этим случаем и случаями с оптикой и термодинамикой заключается в том, что здесь теория не появляется непосредственно из данных. Она следует из более общего понимания атомной структуры. Квантовая механика была в данном случае одновременно и стимулом и решением. Никто не мог доказать, что организация феноменологических законов в рамках общей теории - предмет лишь индукции, аналогии или обобщения. Теория в конечном счете имеет решающее значение для знания, его роста и применений. Сказав это, не будем делать вид, что различные феноменологические законы физики твердого тела нуждались в теории - какой-нибудь теории - до того, как о них узнали. Экспериментирование имеет много собственных жизней, независимых от теории.

Слишком много примеров?

После этого бэконианского изобилия примеров относительно множества различных связей между экспериментом и теорией читателю может показаться, что какое-либо обобщающее заключение вообще не может быть сделано. Это уже достижение, потому что, как показывают цитаты из Дэви и Либиха, односторонний взгляд на эксперимент определенно неправилен. Давайте перейдем к какому-либо положительному финалу. Что такое наблюдение? Разве мы видим реальность в микроскоп? Существуют ли решающие эксперименты? Зачем люди с одержимостью измеряют некоторые величины, чье значение, вычисленное по крайне мере до третьего знака, не представляет никакого внутреннего интереса для теории или технологии? Есть ли что-либо в природе экспериментирования, что превращает экспериментаторов в научных реалистов? Начнем с начала. Что такое наблюдение? Заряжено ли теорией каждое научное наблюдение?

НАБЛЮДЕНИЕ

Общеизвестные факты о наблюдении искажены двумя модными философскими установками. Одна из них - это мода на то, что Куайн называет семантическим восхождением (не говорите о вещах, говорите о том, как говорить о вещах). Другая - это утверждение о доминировании теории над экспериментом. Согласно первой установке, нужно думать не о наблюдении, а о предложениях о наблюдении - словах, используемых для отчета о наблюдениях. Согласно второй, каждое предложение наблюдения нагружено теорией и нет наблюдения, предшествующего теории. Значит, мне лучше начать с некоторых нетеоретических нелингвистических тривиальностей.
1. Наблюдение как первичный источник данных, всегда было частью естественной науки, но не только это имеет значение. Здесь я ссылаюсь на философское понимание наблюдения, т. е. на представление о том, что жизнь экспериментатора заключается в том, чтобы делать наблюдения, которые обеспечивают данные для проверки теории, или данные, на которых теория строится. На самом деле, этот вид наблюдения играет относительно малую роль в большинстве экспериментов. Некоторые великие экспериментаторы были плохими наблюдателями. Очень часто экспериментальная задача, а также проверка на одаренность и даже гениальность экспериментатора в меньшей степени связаны с наблюдениями и отчетами, чем с тем, удается ли получить некоторые приборы для надежного воспроизведения явления.
2. Существует более важный и менее заметный вид наблюдения, который очень существен для тонких экспериментов. Хорошим экспериментатором часто является тот, который видит оказывающиеся впоследствии важными детали или неожиданные результаты, выдаваемые тем или иным элементом оборудования. Вы не заставите работать прибор до тех пор, пока вы не наблюдатель. Иногда именно настойчивое внимание к странности, которая могла остаться не замеченной более плохим экспериментатором, является тем, что приводит к новому знанию. Но это понимание наблюдения в меньшей мере относится к философскому истолкованию наблюдения как-отчета-о-том-что-некто-видит, чем к тому смыслу слова, которое мы используем, когда называем одного человека наблюдательным, а другого нет.
3. Заслуживающие внимание наблюдения, такие как описанные в предыдущей главе, иногда были существенны для начала исследования, но они редко подчиняли себе более позднюю работу. Эксперимент вытесняет наблюдения.
4. Наблюдение - это искусство. Некоторым людям оно дается лучше, чем другим. Часто можно улучшить мастерство экспериментатора тренировкой и практикой.
5. Существуют многочисленные различия между наблюдением и теорией. Философская идея чистого "утверждения наблюдения" критиковалась на основании того, что все утверждения нагружены теорией. Это неверно. Существует множество дотеоретических утверждений о наблюдении, но они редко появляются в анналах науки.
6. Хотя и существует представление о "вu дении невооруженным глазом", ученые редко ограничивают этим свое наблюдение. Обычно мы наблюдаем объекты или явления с помощью приборов. Вещи, которые "видны" в науке двадцатого века, редко можно наблюдать лишь с помощью невооруженных приборами органов чувств.

Наблюдения были переоценены

Большая часть дискуссий, касающаяся наблюдений, утверждений о наблюдениях и наблюдаемости, обязана нашему позитивистскому наследию. До позитивизма наблюдение не играло центральной роли в философии науки. Фрэнсиса Бэкона считают одним из первых философов индуктивных наук, и можно было бы ожидать, что он посвятил большую часть своих исследований вопросу о наблюдениях. На самом деле, он, кажется, вообще не употреблял этого слова. Позитивизм еще не начинался.
Слово "наблюдение" было в ходу в английском языке во времена Бэкона и применялось по преимуществу к измерению высот небесных тел, таких как Солнце. Следовательно, с самого начала наблюдение было связано с использованием инструментов. Бэкон использует более общий термин, который часто переводится странным словосочетанием "преимущественные примеры" (prerogative instances). В 1620 году он перечислил 27 различных видов этих примеров, в том числе то, что мы теперь называем решающими экспериментами, которые он называл решающими (критическими) примерами (crucial instances) или, более правильно, примерами распутий (креста) - (instances of the crossroads, instantiae crucis). Некоторые из 27 типов примеров Бэкона - это дотеоретические, достойные внимания наблюдения. Другие мотивированы желанием проверить теорию. Часть из них получается с помощью приборов, которые "помогают непосредственному действию чувств". Это не только микроскопы и телескоп Галилея, но также и "измерительные стержни, астролябии и тому подобное, что не усиливает зрение, но очищает и направляет его". Бэкон продолжает "вызывать к жизни" (evoke) приборы, которые "сводят нечувственное к чувственному, то есть дают проявиться вещам, которые не являются непосредственно ощутимыми, посредством тех, которые являются" (Новый Органон, Novum Organum, Secs. xxi-lii).
Таким образом, Бэкон знает различие между тем, что непосредственно ощущается, и теми невидимыми событиями, которые могут быть только "вызваны к жизни". Для Бэкона это различие столь же очевидно, сколь и несущественно. Факты свидетельствуют о том, что это различие стало действительно значимым лишь после 1800 года, когда само понятие "вu дения" претерпело некое изменение. После 1800 года видеть стало означать видеть непрозрачную поверхность вещей, и стало полагаться, что все знания получаются таким способом. Это начальная точка как для позитивизма, так и для феноменологии. Нас интересует здесь только позитивизм. Ему мы обязаны необходимостью четко различать между выводом и вu дением невооруженным глазом (или ощущением с помощью других невооруженных приборами органов чувств).

Позитивистское наблюдение

Вспомним, что позитивист выступает против причин, против объяснений, против теоретических объектов и против метафизики. Реальное ограничивается наблюдаемым. Твердо держась за наблюдаемую реальность, позитивист может делать все, что он хочет, со всем остальным.
То, что он хочет делать с остальным, меняется от случая к случаю. Логическому позитивисту нравилась идея использования логики для "сведe ния" теоретических утверждений к предложениям наблюдения, в результате чего теория становится просто сокращенной записью фактов и организацией мыслей о наблюдаемом. По одной версии это должно привести к нерешительно-слабому научному реализму: теории могут быть истинными, а объекты, которые в них участвуют, могут существовать, пока такое понимание не становится слишком буквальным.
По другой версии логической редукции анализ может показать, что термины, отсылающие к теоретическим объектам, не обладают логической структурой референтных термов. Поскольку они не референтные, они ни к чему не отсылают, и теоретические объекты не являются реальными. Такое использование редукции приводит к довольно сильному антиреализму. Но поскольку никому еще не удалось осуществить логическую редукцию какой-либо интересной естественной науки, такие вопросы остаются беспредметными.
Тогда позитивист меняет курс. Он может сказать вместе с Контом или ван Фраассеном, что теоретические утверждения должны пониматься буквально, но им не нужно верить. Как заявляет ван Фраассен в "Научном образе", "Когда ученый выдвигает новую теорию, реалист считает, что тот утверждает постулат (его истинность). Антиреалист считает, что ученый лишь демонстрирует эту теорию, выставляет ее на всеобщее обсуждение и выдвигает некоторые аргументы в ее пользу" (p. 27). Согласно этой точке зрения, теория может быть принята, потому что она описывает явления и помогает в предсказании. Она может быть принята благодаря своей практической ценности без того, чтобы ее считали буквально истинной.
Такие позитивисты, как Конт, Мах, Карнап или ван Фраассен разными способами утверждают, что существует различие между теорией и наблюдением. Так они сохраняют науку от разрушительного действия метафизики.

Отрицание различия

Когда различие между наблюдением и теорией было сделано столь значительным, оно с необходимостью должно было быть отвергнуто. Для отрицания есть два основания. Одно из них консервативно и реалистично по своей направленности. Другое - радикальное, более романтичное и часто склоняющееся к идеализму. Около 1960 года последовали бурные проявления обоих оснований.
Гровер Максвелл служит примером откликов реалистов. В своей статье 1962 года он говорит о нечеткости различия между наблюдаемым и чисто теоретическим. Это различие часто зависит больше от технологии, чем от чего-либо в самом строении мира. Это различие, как он продолжает, не очень важно для естественных наук. Мы не можем использовать его для того, чтобы утверждать, что никакие теоретические объекты не существуют.
В частности, Максвелл говорит, что существует некая непрерывность процесса вu дения. Оно начинается с видения сквозь вакуум. Затем приходит видение сквозь атмосферу, а после - через световой микроскоп. В настоящее время видение может осуществляться через сканирующий электронный микроскоп. Такие объекты, как гены, которые были когда-то чисто теоретическими объектами, преобразуются в наблюдаемые объекты. Теперь мы видим большие молекулы. Следовательно, наблюдаемость не является хорошим критерием для разделения объектов науки на реальные и нереальные.
Поднятый Максвеллом вопрос не является исчерпанным. Мы должны с бo льшим вниманием рассмотреть те технологии, которые он берет за основу. Я попытаюсь заняться этим в следующей главе, посвященной микроскопам. Я согласен с позицией Максвелла, принижающей роль наблюдаемости как основы онтологии. В одной статье, которую я буду обсуждать в этой главе, Дэдли Шейпир делает дальнейший шаг, заявляя, что физики обычно говорят о наблюдении и даже вu дении с использованием приборов, в которых ни глаз, ни другой орган чувств не может вообще играть какую-то существенную роль. В его примере речь идет о попытке наблюдения внутреннего строения Солнца с использованием нейтрино, излучаемых в солнечных термоядерных процессах. То, что считается наблюдением, говорит Шейпир, само зависит от существующей теории. Я вернусь к этой теме, но вначале мы должны рассмотреть более смелый, тяготеющий к идеализму отказ от различения между теорией и наблюдением. Максвел говорил, что наблюдаемость объектов не имеет ничего общего с их онтологическим статусом. В то же время другие философы говорили, что нет чистых утверждений наблюдения, потому что все наблюдения нагружены теорией. Я называю это склонностью к идеализму, поскольку содержание самых шатких научных высказываний, определяемых тем, как мы думаем, ставится здесь выше независящей от ума реальности. Мы можем представить эти различия с помощью следующей диаграммы:
- Консервативный (реалистический) отклик: нет существенного различия между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми объектами
- Позитивизм: (четкое различение между теорией и наблюдением)
- Радикальный (идеалистический) отклик: все утверждения о наблюдениях нагружены теорией

Теоретически нагруженные

В 1959 году в замечательной книге "Образцы открытий" Н. Р. Хэнсон пустил в ход словечко "теоретически нагруженный". Идея заключалась в том, что любой термин и любое предложение, относящиеся к наблюдению, несут теоретическую нагрузку.
Один языковой факт имеет тенденцию доминировать в тех частях книги Хэнсона, в которых появляется слово "теоретически нагруженный". Нам напоминают о том, что существуют весьма тонкие лингвистические правила даже относительно самых простых слов, например, глагола "ранить" и существительного "ранение". Только некоторые порезы, повреждения и т. д. в совершенно особых ситуациях называются ранениями. Если хирург характеризует глубокий порез ноги как ранение, то это подразумевает, что человек получил повреждение в драке или сражении. Такие импликации возникают все время, но, на мой взгляд, их не стоит называть теоретическими допущениями. Эта часть учения о теоретической нагруженности является важным утверждением относительно обыденного языка, которое невозможно обойти. Но из него ни в коем случае не следует, что все отчеты о наблюдении должны нести заряд научной теории.
Хэнсон также указывает, что мы склонны замечать вещи, только если у нас есть какие-то ожидания, часто теоретического сорта, которые сделают их интересными или, по крайней мере, придадут им какой-то смысл. Хотя это и так, но это не совпадает с учением о теоретической нагруженности. Вскоре мы обратимся к этому положению, но сперва я выскажу более сомнительные утверждения.

Лакатош о наблюдении

Лакатош, например, говорит, что простейший вид фальсификационизма - тот, который мы часто приписываем Попперу, непригоден, поскольку он принимает за само собой разумеющееся различие между теорией и наблюдением. У нас нет, полагает Лакатош, таких простых правил оценок теорий. Лакатош говорит, что это мнение Поппера основано на двух ложных предпосылках. Первая заключается в предположении, что существует психологическое разграничение между теоретическими предложениями и предложениями наблюдения. Вторая сводится к утверждению, что предложения наблюдения могут быть доказаны с помощью фактов. Последние пятнадцать лет над этими предположениями смеялись, но у нас должны быть аргументы для такой иронии. Аргументы Лакатоша пугают своей поверхностностью и недейственностью. Он говорит, что "некоторые характерные примеры уже подорвали первое предположение". И в самом деле, он приводит один пример, о том, что Галилей использует телескоп для того, чтобы видеть пятна на Солнце, то есть осуществляет вu дение, которое не может быть чистым наблюдением. По-видимому, он считает, что это наблюдение будет опровергать или даже подрывать различие между теорией и наблюдением.
Что касается следующего положения о том, что можно просто посмотреть и увидеть, является ли истинным предложение наблюдения, то Лакатош подчеркивает, что "ни одно фактическое предложение не может быть доказано экспериментально,...опытное доказательство утверждений невозможно. Это одно из основных положений элементарной логики, но такое, которое понимается относительно небольшим количеством людей даже сейчас" (I, p. 16). Такое сомнительное понимание слова "доказать" особенно обескураживает, когда исходит из под пера автора, от которого я узнал о нескольких смыслах глагола "доказать": то, что этот глагол буквально означает "проверять" ("чтобы узнать, каков пудинг, надо его попробовать (проверить)"; "сверять" (текст после набора), а также то, что такие проверки часто ведут к установлению фактов (пудинг непропечен, в тексте полно опечаток).