Методология научных исследовательских программ 4 страница

щий против законов сохранения. Гамов рассказывает, как Бор пытался применить идею несохранения энергии при р-распаде для остроумного объяснения по-видимому вечного воспроизводства энергии в звездах.²⁶⁷ Только Паули со своим мефистофельским стремлением бросить вызов Господу остался консерватором²⁶⁸ и в 1930 г. выдвинул свою теорию нейтрино, чтобы объяснить (β-распад и вместе с тем спасти принцип сохранения энергии. О своей идее он сообщил в шутливом письме на конференцию в Тюбингене, сам же предпочел остаться в Цюрихе, чтобы поболеть за бейсбольную команду.²⁶⁹ Впервые об этой идее он публично заявил на лекции в Пасадене (1931 г.), но не согласился на публикацию своей лекции, ибо ощущал “неуверенность” В это время (1932 г.) Бор все еще полагал, что, по крайней мере, в ядерной физике можно “отказаться от самой идеи сохранения энергии”.²⁷⁰ Наконец, Паули решил опубликовать свои размышления о нейтрино, представив их на Сольвеевский конгресс в 1933 г., несмотря на то, что “реакция конгресса, за исключением двух молодых физиков, была скептической”.²⁷¹ Но теория Паули имела некоторые методологические преимущества. Она спасала не только принцип сохранения энергии, но и принцип сохранения спина и статистику; она объяснила не только спектр р-распада, но и “азотную аномалию”.²⁷² По критериям Уэвелла, это “совпадение индукций” должно быть достаточным, чтобы упрочить репутацию теории Паули. Но по нашим критериям, для этого необходимо еще и успешное предсказание новых фактов. Теория Пау-

ли удовлетворяла и этому критерию. У нее имелось интересное наблюдаемое следствие:

Р-спектр должен иметь ясную верхнюю границу. В то время проблема была открыта, но Эллис и Мотт уже занимались ей,²⁷³ и вскоре ученик Эллиса Гендерсон показал, что их эксперименты говорят в пользу программы Паули.²⁷⁴

На Бора это не произвело впечатления. Он знал, что если основная программа, в основу которой легло понятие статистического сохранения энергии, продолжает успешно развиваться, растущий пояс вспомогательных гипотез принимает на себя соответствующие обязанности по защите от наиболее опасных негативных данных.

И в самом деле, в эти годы большинство ведущих физиков полагало, что в ядерной физике законы сохранения энергии и импульса пали.²⁷⁵ Причина была ясно указана Л. Мейтнер, признавшей свое поражение только в 1933 г. “Все попытки поддержать значимость закона сохранения энергии также и для индивидуального атомного процесса основывались на предположении еще и другого процесса в р-распаде. Но такой процесс не был найден...”;²⁷⁶ другими словами, программа, основанная на законах сохранения для атомных ядер, обнаружила эмпирически регрессирующий проблемный сдвиг. Имелись отдельные остроумные попытки объяснить непрерывность спектра β-излучения без допущения “нелегальной частицы”.²⁷⁷ Они вызвали большой интерес,²⁷⁸ но были отвергнуты, поскольку не смогли обеспечить прогрессивный сдвиг.

В этот момент на сцену вышел Ферми. В 1933—1934 гг. он переинтерпретировал проблему р-излучения в рамках исследовательской программы новой квантовой теории. Тем самым он положил начало малой новой исследовательской программе нейтрино (которая позднее переросла в программу слабых взаимодействий). Он вычислил несколько первых приближенных моделей.²⁷⁹ Хотя его теория не предсказала каких-либо новых фактов, он дал понять, что дело только за дальнейшими разработками.

Прошло два года. а обещание Ферми все еще не было выполнено. Однако новая программа квантовой физики развивалась быстро, по крайней мере, в той ее части, в какой она касалась не-ядерных явлений. Бор стал убеждаться в том, что некоторые исходные идеи программы Бора—Крамерса—Слэтера теперь были прочно связаны с новой квантовой программой, и что последняя разрешила внутренние теоретические проблемы старой квантовой программы, не затрагивая при этом законов сохраненияя. Поэтому Бор сочувственно следил за работами Ферми и в 1936 г., т е. несколько нарушая обычную последовательность событий, оказал им, по нашим критериям слегка преждевременно, публичную поддержку.

В 1936 г. Шенкланд придумал новый способ проверки соперничающих теорий рассеяния фотона. Его результаты, казалось, поддержали уже списанную за негодностью теорию Бора—Крамерса—Слэтера и подорвали доверие к экспериментам, которые более десятилетия назад опровергали ее.²⁸⁰ Статья

Шенкланда произвела сенсацию. Те физики, которые питали неприязнь к новым путям исследования, сразу были готовы приветствовать эксперименты Шенкланда. Например, Дирак немедленно выразил удовлетворение по поводу возвращения “опровергнутой” программы Бора—Крамерса—Слэтера и написал очень острую статью против “так называемой квантовой электродинамики”, в которой требовал “глубоких перемен в современных теоретических идеях, включая отказ от законов сохранения, чтобы получить удовлетворительную релятивистскую квантовую механику”.²⁸¹ Кроме того, в этой статье Дирак утверждал, что β-распад вполне может стать одним из решающих доказательств, свидетельствующих против законов сохранения, и высмеивал “новую ненаблюдаемую частицу, нейтрино, которую некоторые исследователи постулировали, чтобы формально удержать принцип сохранения энергии, предполагая. что именно эта ненаблюдаемая частица ответственна за нарушение энергетического равновесия”.²⁸² Впоследствии в дискуссию вступил Пайерлс. Он утверждал, что эксперимент Шенкланда может стать опровержением даже статистического принципа сохранения энергии. И добавлял: “Это, по-видимому, также хорошо, поскольку прежнюю концепцию сохранения приходится отвергнуть”.²⁸³

В Копенгагенском институте Бора эксперименты Шенкланда были немедленно воспроизведены и признаны негодными Якобсен, коллега Бора, сообщил об этом в письме в “Nature”. Результаты Якобсена сопровождались заметкой самого Бора, который,

твердо выступил против бунтарей и в защиту новой квантовой механики Гейзенберга. В частности, он защищал идею нейтрино от Дирака: “Нужно заметить, что основания для серьезных сомнений в строгой справедливости законов сохранения при испускании (β-лучей атомным ядром сейчас в основном устранены благодаря многообещающему согласию между быстро увеличивающимися экспериментальными данными по явлениям (β-излучения и следствиями нейтринной гипотезы Паули, столь блестяще развитой в теории Ферми”.²⁸⁴

Теория Ферми в ее первом варианте не имела заметного эмпирического успеха. Более того, имевшиеся тогда данные, особенно относящиеся к случаю RaE, вокруг которого концентрировались исследования (β-излучения, резко противоречили теории Ферми 1933—1934 гг. Он хотел разобраться с этой проблемой во второй части своей статьи, которая, однако, не была опубликована. Даже если видеть в теории Ферми первый вариант способной к дальнейшему развитию программы, до 1936 г невозможно обнаружить какие-либо заслуживающие внимания признаки прогрессивного сдвига.²⁸⁵ Но Бор хотел своим авторитетом поддержать отважную попытку Ферми применить новую большую программу Гейзенберга к атомным ядрам; а поскольку эксперимент Шенкланда и атаки Дирака и Пайерлса поставили (β-распад в фокус критики этой новой программы, он не скупился на похвалы нейтринной программы Ферми, которая обещала заполнить ощутимую брешь. Без сомнения, последующее раз-

витие нейтринной программы спасло Бора от драматического унижения: программы, основывающиеся на принципах сохранения прогрессировали, тогда как в соперничающем лагере не было никакого прогресса.²⁸⁶

Мораль сей истории опять-таки заключается в том, что статус “решающего” эксперимента зависит от характера теоретической конкуренции, в которую он вовлечен. Интерпретация и оценка эксперимента зависит от того, терпит ли исследовательская программа неудачу в соперничестве, или же Фортуна поворачивается к ней лицом.

Научный фольклор нашего времени, однако, перенасыщен теориями скороспелой рациональности. Рассказанная мной история фальсифицирована в большинстве описаний и реконструирована на основании ошибочных теорий рациональности. Такими фальсификациями полны даже лучшие популярные изложения. Я приведу только два примера.

В одной статье мы читаем о (β-распаде следующее: “Когда эта ситуация возникла впервые, альтернативы выглядели мрачно. Физики были поставлены перед выбором: либо согласиться с крахом закона сохранения энергии, либо поверить в существование новой и невиданной частицы. Эта частица, испускаемая вместе с протоном и электроном при распаде нейтрона, могла спасти устои физики, поскольку предполагалось, что именно она отвечает за энергетическое равновесие. Это было в начале 30-х гг., когда введение нозой частицы еще не было столь обычным, как сегодня. Тем не менее, лишь слегка поколебавшись, физики выбрали вторую воз-

можность”.²⁸⁷ На самом же деле и выбор был вовсе не из двух возможностей, и “колебания” были совсем не легкими.

В хорошо известном учебнике по философии физики мы узнаем, что (1) “закону (или принципу) сохранения энергии был брошен серьезный вызов экспериментами по (β-распаду, результаты которых были неоспоримы”; (2) “тем не менее, закон не был отброшен, и было допущено существование новых частиц (“нейтрино”), чтобы привести этот закон в соответствие с экспериментальными данными”; (3) “основанием для этого допущения было то, что отрицание закона сохранения лишило бы значительную часть нашего физического знания его систематической связности”.^288-289

Все три пункта — ошибочны Первый ошибочен, ибо никакой закон не может быть поставлен под сомнение из-за одного только эксперимента. Второй — ибо новые научные гипотезы нужны не для того только, чтобы заделывать трещины между данными и теорией, но для того, чтобы предсказывать новые факты. Третий ошибочен потому, что все было наоборот: тогда казалось, что только отрицание закона сохранения спасло бы “систематическую связность” нашего физического знания.

(г ₃ ) β - распад против законов сохранения

Наконец, рассмотрим историю эксперимента, который чуть ли не стал еще одним

“величайшим негативным экспериментом истории науки”. Это послужит еще одной иллюстрацией того, как трудно в точности решить, чему учит нас опыт, что он “доказывает” и “опровергает” Нам предстоит внимательно проанализировать “наблюдение” Чедвиком (β-распада в 1914 г. Мы увидим, что эксперимент, который вначале рассматривался как обычная головоломка в рамках исследовательской программы, затем был возведен в ранг “решающего эксперимента”, но потом опять низведен до обычной головоломки — и все это в зависимости от целостного изменения теоретического и эмпирического ландшафта Эти изменения ввели в заблуждение многих летописцев, привыкших к определенным историческим стереотипам, что и привело к искажениям действительной истории ²⁶²

Когда Чедвик открыл непрерывный спектр радиоактивного (β-излучения в 1914 г, никто не мог подумать, что этот курьезный феномен имеет какое-то отношение к законам сохранения. В 1922 г были предложены два остроумных объяснения, соперничавших одно с другим Оба объяснения исходили из атомной физики того времен. Одно принадлежало Л.Мейтнер, другое К.Эллису. Согласно Л.Мейтнер, электроны частью были первичными, исходящими из ядер, частью вторичными — из электронных оболочек По Эллису, все электроны были первичными Обе теории опиралилсь на утонченные вспомогательные гипотезы, но обе предсказывали новые факты. Предсказанные факты противоречили друг другу, а экспериментальные данные поддержали теорию Эллиса.²⁶³ Л. Мейтнер апелли-

ровала, “апелляционный суд” экспериментаторов отклонил ее иск, но отметил, что одна из вспомогательных гипотез в теории Эллиса, имеющая принципиальное значение, должна быть отвергнута.²⁶⁴ Спор закончился вничью.

И никто бы не подумал, что эксперимент Чедвика поставит под сомнение закон сохранения энергии, если бы Бор и Крамере не пришли в то же самое время, когда разгорался спор между Мейтнер и Эллисом, к идее о том, что последовательная теория может быть развита лишь при условии, что принцип сохранения энергии в единичных процессах будет отринут Одна из главных особенностей захватывающей теории Бора Крамерса— Слэтера (1924 г) заключалась в том, что классические законы сохранения энергии и импульса уступают место статистическим законам.²⁶⁵ Эта теория (или, скорее, “программа”) была сразу же “опровергнута” и ни одно следствие ее не нашло подкрепления; она так и не была разработана настолько, чтобы объяснить р-распад.

Но несмотря на столь быстрое отвержение этой программы, — дело было не только в “опровержении” Комптона и Саймона и эксперименте Боте и Гейгера, но и в возникновении мощной соперницы: программы Гейзенберга—Шредингера²⁶⁶ — Бор остался при убеждении, что нестатистические законы сохранения в конце концов должны быть отброшены и что бета-распадная аномалия никогда не найдет надлежащего объяснения, пока эти законы не будут замещены, если бы это произошло, р-распад стал бы пониматься как решающий эксперимент, свидетельствую-

ли удовлетворяла и этому критерию. У нее имелось интересное наблюдаемое следствие:

(г ₄ ) Заключение. Требование непрерывного роста

Нет ничего такого, что можно было бы назвать решающими экспериментами, по крайней мере, если понимать под ними такие экс-

перименты, которые способны немедленно опрокидывать исследовательскую программу. На самом деле, когда одна исследовательская программа терпит поражение и ее вытесняет другая, можно — внимательно вглядевшись в прошлое — назвать эксперимент решающим, если удается увидеть в нем эффектный подтверждающий пример в пользу победившей программы и очевидное доказательство провала той программы, которая уже побеждена (придав этому тот смысл, что данный пример ни когда не мог быть “прогрессивно объяснен” или просто “объяснен” в рамках побежденной программы). Но ученые, конечно, не всегда правильно оценивают эвристические ситуации. Сгоряча ученый может утверждать, что его эксперимент разгромил программу, а часть научного сообщества — тоже сгоряча — может согласиться с его утверждением. Но если ученый из “побежденного” лагеря несколько лет спустя предлагает научное объяснение якобы “решающего эксперимента” в рамках якобы разгромленной программы (или в соответствии с ней), почетный титул может быть снят и “решающий эксперимент” может превратиться из поражения программы в ее новую победу.

Примеров сколько угодно. В XVIII веке проводилось множество экспериментов, которые, как свидетельствуют данные историко-социологического анализа, воспринимались очень многими как “решающие” свидетельства против галилеевского закона свободного падения и ньютоновской теории тяготения. В XIX столетии было несколько “решающих” экспериментов, основанных на измерениях

скорости света, которые “опровергали” корпускулярную теорию и затем оказались ошибочными в свете теории относительности Эти “решающие” эксперименты были потом вычеркнуты из джастификационистских учебников как примеры постыдной близорукости или претензиозной зависти (Недавно они снова появились в некоторых новых учебниках, на этот раз с тем, чтобы иллюстрировать неизбежную иррациональность научных стилей). Однако, в тех случаях, когда мнимые “решающие эксперименты” производились на самом деле гораздо позднее того, как были разгромлены программы, историки обвиняли тех, кто сопротивлялся им, в глупости, подозрительности или недопустимом подхалимстве по отношению к тем, кому эти программы были обязаны своим рождением (Вошедшие ныне в моду “социологи познания” — или “психологи познания” — хотели бы объяснить подобные положения исключительно в социальных или психологических терминах, тогда как они, как правило, объясняются принципами рациональности. Типичный пример — объяснение оппозиции Эйнштейна к принципу дополнительности Бора тем, что “в 1926 г Эйнштейну было сорок семь лет. Этот возраст может быть расцветом жизни, но не для физика”²⁹⁰)*

Учитывая сказанное ранее, идея скороспелой рациональности выглядит утопической. Но эта идея является отличительным признаком большинства направлений в эпистемологии. Джастификационистам хотелось бы, чтобы научные теории были доказательно обоснованы еще прежде, чем они публикуются,

пробабилисты возлагают надежды на некий механизм, который мог бы, основываясь на опытных данных, немедленно определить ценность (степень подтверждения) теории; на-ивиые фальсификационисты верили, что по крайней мере элиминация теории есть мгновенный результат вынесенного экспериментом приговора.²⁹¹ Я, надеюсь, показал, что все эти теории скороспелой рациональности — и мгновенного обучения — ложны. В этой главе на примерах показано, что рациональность работает гораздо медленнее, чем принято думать, и к тому же может заблуждаться Сова Минервы вылетает лишь в полночь Надеюсь также, что мне удалось показать следующее: непрерывность в науке, упорство в борьбе за выживание некоторых теорий, оправданность некоторого догматизма—все это можно объяснить только в том случае, если наука понимается как поле борьбы исследовательских программ, а не отдельных теорий. Немного можно понять в развитии науки, если держать за образец научного знания какую-либо изолированную теорию вроде “Все лебеди белые”, которая живет сама по себе, не относясь к какой-либо большой исследовательской программе Мой подход предполагает новый критерий демаркации между “зрелой наукой”, состоящей из исследовательских программ, и “незрелой наукой”, работающей по затасканному образцу проб и ошибок.²⁹² Например, мы имеем гипотезу, затем получаем ее опровержение и спасаем ее с помощью вспомогательной гипотезы, не являющейся ad hoc, в том смысле, о котором шла речь выше. Она может предсказывать

новые факты, часть которых могут даже получить подкрепление.²⁹³ Такой “прогресс” может быть достигнут и при помощи лоскутной, произвольной серии разрозненных теорий. Для хорошего ученого такой суррогат прогресса не является удовлетворительным;

может быть, он даже отвергнет его как не являющийся научным в подлинном смысле. Он назовет такие вспомогательные гипотезы просто “формальными”, “произвольными”, “эмпирическими”, “полуэмпирическими” или даже “ad hoc”.²⁹⁴

Зрелая наука состоит из исследовательских программ, которыми предсказываются не только ранее неизвестные факты, но, что особенно важно, предвосхищаются также новые вспомогательные теории; зрелая наука, в отличие от скучной последовательности проб и ошибок, обладает “эвристической силой”. Вспомним, что положительная эвристика мощной программы с самого начала задает общую схему предохранительного пояса эта эвристическая сила порождает автономию теоретической науки.

В этом требовании непрерывного роста заключена моя рациональная реконструкция широко распространенного требования “единства” или “красоты” науки. Оно позволяет увидеть слабость двух— по видимости весьма различных — видов теоретической работы. Во-первых, слабость программ, которые, подобно марксизму или фрейдизму, конечно являются “едиными”, предлагают грандиозный план, по которому определенного типа вспомогательные теории изобретаются для того, чтобы поглощать аномалии, но которые