Хакинг Я. Представление и вмешательство. Введение в философию естественных наук

ОГЛАВЛЕНИЕ

Часть Б: ВМЕШАТЕЛЬСТВО

9. ЭКСПЕРИМЕНТ

Философы науки постоянно обсуждают теории и представления реальности, но почти ничего не говорят об эксперименте, технологии или использовании знания для изменения мира. Это странно, поскольку "экспериментальный метод" обычно использовался как синоним для научного метода. Популярный, хотя и не вполне верный, образ ученого - некто в белом халате в лаборатории. Конечно, наука предшествует лабораториям. Сторонники Аристотеля недооценивали эксперимент и отдавали предпочтение выводу из первых принципов. Однако научная революция семнадцатого века все это поменяла. Эксперимент был официально объявлен королевской дорогой к знанию, а ученых схоластов стали презирать, потому что они рассуждали исходя из книг вместо того, чтобы наблюдать окружающий их мир. Философом этого революционного времени был Фрэнсис Бэкон (1561-1626). Он учил, что мы должны не только созерцать природу, но и "подергать льва за хвост", то есть манипулировать миром для того, чтобы узнать его секреты.
Революция в науке принесла с собой новые институты. Одним из первых было Королевское Общество в Лондоне, основанное около 1660 года. Оно послужило образцом для других национальных академий в Париже, Санкт-Петербурге и Берлине. Была изобретена новая форма научной коммуникации: научное периодическое издание. И все же стиль ранних страниц Философских Трудов Королевского Общества весьма любопытен. Хотя этот печатный сборник работ, представленных Обществу, всегда содержал какую-то долю математики и теории, он был также и хроникой фактов, наблюдений, экспериментов и выводов из экспериментов. Отчеты о морских чудовищах или о погоде на Гибридских островах соседствуют здесь со знаменитыми работами таких людей, как Роберт Бойль или Роберт Гук. К слову сказать, Бойль и Гук никогда бы не обратились к собранию Общества без демонстрации какого-нибудь нового прибора или экспериментального явления.
Но времена изменились. История естественных наук теперь почти всегда пишется как история теории. Философия стала философией теории в такой степени, что само существование дотеоретических наблюдений отвергается. Я надеюсь, что следующие главы могут инициировать движение "Назад к Бэкону", примкнув к которому мы будем более серьезно относиться к экспериментальной науке. Эксперименты имеют свою собственную жизнь, независимую от теории.

Класс и каста

По легенде и, может быть, по природе философы больше привыкли к креслу, чем к верстаку. Не удивительно, что мы превозносим теорию в ущерб эксперименту. И все же мы не всегда были столь ограничены. Лейбница называли величайшим универсальным интеллектом, которого когда-либо знал мир. Его мысль коснулась практически всего. Хотя он был менее успешен в построении ветряных мельниц для добычи серебра, чем в изобретении дифференциального исчисления (одновременно с Ньютоном и независимо от него), замечания этого титана мысли о роли эксперимента несомненно придавали большее значение научной практике, чем современные учебники философии. Пример таких философов, как Бэкон и Лейбниц, показывает, что нам не следуют выступать против эксперимента.
Прежде чем подумать о философии эксперимента, мы отметим определенное классовое и кастовое отличие между теоретиком и экспериментатором. Это отличие имеет малое отношение к философии. Мы находим предрасположенность в пользу теории так же давно, как мы встречаем институализированную науку. Платон и Аристотель часто бывали в афинской Академии. Это здание расположено на одной стороне Агоры, или рынка, и находится дальше всего от Геркуланума, храма богини огня, покровительницы металлургии. Оно "по другую сторону". В соответствии с этим классовым различием, мы знаем кое-что о греческой геометрии и философских учениях. Кто знает что-нибудь о греческой металлургии? И все же, может быть, боги говорят с нами своим особым образом. Из всех зданий, которые когда-то украшали афинскую Агору, лишь одно стоит там, где оно всегда было, не затронутое временем или перестройкой, - это храм богини металлургии. Здание Академии разрушилось довольно давно, его восстановили частично на деньги, вырученные на металлургических заводах Питсбурга.
Даже новая наука, посвятившая себя эксперименту, на практике отдавала предпочтение теоретикам. Я уверен, например, что Роберт Бойль (1627-1691) - более известная научная фигура, чем Роберт Гук (1653-1703). Гук - экспериментатор, который также и теоретизировал, теперь почти забыт, в то время как Бойль - теоретик, который еще и экспериментировал, по-прежнему упоминается в учебниках средней школы.
У Бойля было спекулятивно-теоретическое вu дение мира как состоящего из маленьких упругих шариков или пружинок. Бойль представлял, как это тогда называлась, корпускулярную и механистическую философию. Его важные химические эксперименты помнят гораздо хуже, в то время как Гук имеет репутацию чистого экспериментатора, теоретические прозрения которого в основном игнорируются. Гук был куратором экспериментов при Королевском Обществе, у него был характер сварливого старика, легко вступавшего в конфликты, частично из-за своего низкого положения как экспериментатора. И все же Гук определенно заслуживает места в пантеоне науки. Он соорудил прибор, с помощью которого Бойль изучал расширение воздуха (закон Бойля). Он открыл закон упругости, который он заставил работать, например, в пружинах, которые он сам делал для карманных часов (закон Гука). Его модель с пружинками между атомами была заимствована Ньютоном. Он был первым, кто построил совершенно новый отражающий телескоп, с помощью которого он открыл большинство новых звезд. Он первым понял, что планета Юпитер вращается вокруг своей оси. Его работы с микроскопом были на самом высоком уровне, и ему мы обязаны словом "клетка". Исследования по микроскопическим ископаемым превратили его в одного из самых первых сторонников эволюционной теории. Он понял, как использовать маятник для измерения силы тяжести. Он был одним из тех, кто открыл дифракцию света (свет заворачивает за углы, так что тени оказываются всегда смазанными. Более важно то, что в тени за предметом свет появляется в чередовании светлых и темных полос). Гук использовал это открытие в качестве основы своей волновой теории света. Предположительно он установил закон притяжения, в котором притяжение обратно пропорционально квадрату расстояния, еще до Ньютона, хотя и не в такой совершенной форме. Этот список можно продолжить. Этот человек научил нас очень многому о том мире, в котором мы живем. То, что Гук известен лишь в узком кругу специалистов, частично объясняется большей склонностью ученых к теории, чем к эксперименту, а так же тем, что, в отличие от аристократа Бойля, Гук был бедным самоучкой. Различие в соотношении теория/эксперимент моделируется здесь социальным положением.
Упомянутое преимущество относится не только к прошлому. Мой коллега Ч. В. Эверитт писал для "Словаря научных биографий" (Dictionary of Scientific Biography) о двух братьях. Оба внесли фундаментальный вклад в понимание сверхпроводимости. Фриц Лондон (1903-1953) был выдающимся специалистом в области теории физики низких температур.* Хайнц Лондон (1907-1970) занимался физикой низких температур как экспериментатор, но внес также некоторый вклад в теорию. Вместе они составляли прекрасную группу. Тем не менее биография Фрица была принята в Словарь, а биография Хайнца была возвращена автору для сокращения. Редактор (им был Кун) проявил обычное предпочтение теории, а не эксперименту.

Индукция и дедукция

Что такое научный метод? Совпадает ли он с экспериментальным методом? Вопрос поставлен неправильно. Почему у науки должен существовать только один метод? Имеется несколько способов строить дома и даже выращивать помидоры. Мы не должны ожидать, что такая многосторонняя вещь, как рост знания может быть сведена к единственной методологии.
Начнем с двух известных методологий. Кажется, что они приписывают совершенно разные роли эксперименту. В качестве примера я приведу два утверждения, каждое из которых сделано одним из великих химиков прошлого века. Различие между ними все еще имеет место: это в точности то, что разделяет Карнапа и Поппера. Как я сказал во Введении, Карнап пытался разработать логику индукции, в то время как Поппер настаивал на том, что не существует иного пути, кроме дедукции. Вот мое любимое утверждение об индуктивном методе:
"Основы химической философии - это наблюдение, эксперимент и аналогия. При наблюдении факты четко и постоянно запечатлеваются в разуме. Сходные факты связываются по аналогии. С помощью эксперимента открываются новые факты, и с ростом знания наблюдения, направляемые аналогией, приводят к эксперименту. Так, аналогия, подтвержденная экспериментом, становится научной истиной.
Приведем пример. Нежные зеленые растительные волокна (Conferva rivularis) обитают летом почти во всех ручьях, речках, озерах и прудах, в различных сочетаниях света и тени. Всякий, кто будет их внимательно рассматривать, обнаружит пузырьки газа на тех нитях, которые находятся в тени. Он поймет, что данный эффект связан со светом. Это наблюдение, но оно не дает информации относительно природы газа. Перевернем стакан с водой над водорослью. Газ начнет собираться в верхней части стакана. Когда стакан будет целиком наполнен газом, его можно, накрыв рукой, перевернуть в обычное положение и внести внутрь горящую свечу. Свеча станет гореть гораздо ярче, чем в обычном воздухе. Это эксперимент. Если рассуждают о явлениях и ставят вопрос о том, производят ли все пресноводные и морские растения такой газ при таких обстоятельствах, то спрашивающий будет руководствоваться аналогией. Когда после новых опытов будет установлено, что это имеет место всегда, будет установлена общая научная истина о том, что все водоросли Confervae производят на свету особый газ, который в высшей степени способствует горению, о чем свидетельствуют многочисленные подробные исследования".
Это слова, которыми Хэмфри Дэви (1778-1829) начинает свой учебник по химии "Элементы химической философии" (1812, pp.2-3). Дэви был один из наиболее способных химиков своего времени, его обычно вспоминают в связи изобретением им безопасной шахтерской лампы, которая спасла многих от страшной смерти. Его вклад в науку относится к электролитическому химический анализу - методу, который позволил ему определить, какие из веществ являются элементами (как, например, хлор), а какие являются сложными веществами. Не все разделяли индуктивистский взгляд Дэви на науку. Вот слова Юстуса фон Либиха (1803-1873), великого первооткрывателя органической химии, который косвенным образом революционизировал сельское хозяйство, внедряя азотные удобрения.
"Во всех своих исследованиях Бэкон придавал огромное значение экспериментам. Но он не полностью понимал их значение. Он считал, что они являются некоторыми механизмами, которые, будучи приведенными в движение, приносят результаты сами по себе. Но в науке все исследования дедуктивны или априорны. Эксперимент лишь помощь уму, так же как и вычисления: мысль должна всегда и с необходимостью предшествовать эксперименту, если он имеет какой-либо смысл. Эмпирического режима исследования в обычном смысле этого слова не существует. Эксперимент, не предваренный теорией, то есть мыслью, имеет такое же отношение к научному исследованию, какое детская погремушка имеет к музыке".
Насколько глубоко противостоят друг другу эти две цитаты? Либих говорит, что теория, то есть мысль, должна предшествовать эксперименту. Но это утверждение двусмысленно. У него есть слабая и сильная версии. Слабая версия утверждает, что у вас должны существовать некоторые идеи о природе и вашей экспериментальной установке до того, как вы начнете проводить эксперимент. Совершенно бессмысленное экспериментирование с природой, без понимания или возможности интерпретировать результат, практически ничему не научит. Никто не оспаривает этой слабой версии. У Дэви определенно уже была некоторая идея, когда он проводил эксперименты с водорослями. Он подозревал, что пузырьки газа над зелеными нитями относятся к определенному типу газа. Первый вопрос, который стоило задать, относился к тому, поддерживает ли газ горение или нет. Дэви обнаруживает, что свеча в газе горит ярче (из чего он, наверное, делает вывод, что газ необычайно богат кислородом?) Без такого, хотя бы минимального, понимания эксперимент не будет иметь смысла. Само по себе яркое горение свечи будет по меньшей мере бессмысленным наблюдением. Скорее всего никто этого даже и не заметит. Такие безыдейные эксперименты вообще не являются экспериментами.
Однако существует и сильная версия утверждения Либиха. Согласно ей, эксперимент имеет значение, только если речь идет о проверке предложенной теории. Только если, например, Дэви считает, что свеча потухнет (или вспыхнет), эксперимент имеет какой-либо смысл как проверяемый. Я считаю, что это просто неверно. Можно проводить эксперимент просто из любопытства, для того чтобы увидеть, что произойдет. Естественно, что многие из наших экспериментов сделаны под влиянием более специфических предположений. Так, Дэви спрашивает, производят ли все водоросли одного вида, независимо от того, находятся ли они в пресной или соленой воде, газ, который он безошибочно определил как кислород. Он делает новые опыты, которые приводят его к "общенаучной истине".
Я не интересуюсь тем, совершает ли в самом деле здесь Дэви индуктивный вывод, как сказал бы Карнап, или он в конечном счете неявно придерживается методологии гипотез и опровержений Поппера. Не следует забывать к тому же, что собственный пример Дэви не является, как он полагал, научной истиной. Современная классификация водорослей утверждает, что Confervae даже не является естественным типом! Не существует такого рода или вида.
В основном я озабочен вопросом о сильной версии: должна ли обязательно ставиться цель проверки предположения, для того чтобы эксперимент был осмысленным? Я думаю, что нет. Конечно, даже слабая версия не бесспорна. Физик Джордж Дарвин говаривал, что иногда нужно ставить самые безумные эксперименты, например, в течение месяца по утрам играть на трубе тюльпанам. Скорее всего ничего не произойдет, но если что-либо произойдет, то это будет потрясающим открытием.

Что появляется первым, теория или эксперимент?

Мы не должны преуменьшать разрыв между поколениями Дэви и Либиха. Может быть, отношение между химической теорией и химическим экспериментом изменилось за пятьдесят лет, которые разделяют две приведенные выше цитаты. Во времена Дэви атомная теория Дальтона и других была только что установлена, а использование гипотетических моделей химических структур только начиналось. Ко времени Либиха больше нельзя было заниматься химией только путем разложения веществ с помощью электричества или определять газы путем наблюдениям за тем, поддерживают ли они горение или нет. Только разум, который поддерживался теоретической моделью, мог начать решать загадки органических веществ.
Мы должны понять, что связь между теорией и экспериментом различна на разных стадиях развития науки, а также что не все естественные науки проходят через одни и те же циклы развития. Если подумать, это может показаться довольно очевидным, но все это слишком часто отрицалось, в частности, Карлом Поппером. Естественно, мы должны ожидать, что Поппер был одним из наиболее откровенных среди тех, кто отдавал предпочтение теории перед экспериментом. Вот что он говорит в своей "Логике научного открытия":
"Теоретик задает определенные вопросы экспериментатору, который посредством экспериментов пытается получить ясный и четкий ответ на эти, а не на какие-либо другие вопросы. Все другие вопросы он настойчиво пытается отклонить ... Было бы ошибкой полагать, что экспериментатор [... пытается] 'облегчить задачу теоретика' или ... снабдить теоретика материалом для индуктивных обобщений. Наоборот, теоретик задолго до начала эксперимента должен сделать свою работу, или по крайней мере ее наиболее важную часть: он должен поставить вопрос самым ясным образом. Именно теоретик указывает путь экспериментатору. Но даже экспериментатор не вовлечен главным образом в точные наблюдения; его работа носит по преимуществу теоретический характер. Теория доминирует над экспериментальной работой, начиная с первоначального замысла и кончая последними лабораторными проверками" (p. 107).
Таково было мнение Поппера, высказанное им в издании 1934 года. В более расширенном издании 1959 года он добавляет в сноске, что он должен также поддержать "взгляд, согласно которому наблюдения, а в еще большей степени утверждения, касающиеся результатов наблюдений и экспериментов, всегда являются интерпретацией наблюдаемых фактов; что они являются интерпретациями в свете теорий." Краткий начальный обзор различных отношений между теориями и экспериментами хорошо было бы начать с очевидных контрпримеров Попперу. Одними из них могут быть наблюдения пузырьков воздуха на водорослях, которые проводил Дэви. Для него это не было "наблюдением в свете теории", потому что вначале у Дэви вообще не было теории, а то, что свеча вспыхивает, не было интерпретацией [наблюдаемого]. Если бы он затем сказал "Ага, тогда это кислород", то в таком случае он бы, конечно, интерпретировал. Но он этого не делал.

Заслуживающие внимания наблюдения (Э)

Между 1600 и 1800 годами, на раннем этапе своего развития, оптика зависела от простого наблюдения какого-либо поразительного явления. Может быть, наиболее плодотворным из них было открытие двойного лучепреломления в исландском шпате, или кальците. Эразм Бартолин (1625-1698) изучал некоторые кристаллы, привезенные из Исландии. Если поместить такой кристалл на страницу этого текста, то напечатанное будет двоиться. Всем известна простая рефракция, и к 1689 году, когда Бартолин сделал свое открытие, законы преломления света были хорошо известны, а очки, микроскоп и телескоп были общедоступны. Эти опыты сделали исландский шпат замечательным с двух точек зрения. В настоящее время мы продолжаем поражаться и восхищаться этими кристаллами. Более того, восхищение вызывает физик того времени, который, зная законы преломления света, заметил, что помимо обычного отраженного луча, существует "необычный", как он поныне и называется.
Исландский шпат играет фундаментальную роль в истории оптики, потому что на нем впервые был получен поляризованный свет. Гюйгенс понял это явление весьма расплывчато, сделав предположение, что необычный луч имеет скорее не сферическую, а эллиптическую волну. Однако наше современное понимание возникло лишь тогда, когда была возрождена волновая теория света. Френель (1788-1827), основатель современной теории света, провел великолепное исследование, в ходе которого два луча оказались описанными одним уравнением, решение которого представляет собой двулистную поверхность четвертого порядка. Оказалось, что поляризация снова и снова приводит ко все более глубокому теоретическому пониманию природы света.
Имеется целая серия таких "замечательных" наблюдений. Гримальди (1613-1663), а затем Гук тщательно исследовали то, о чем физики смутно догадывались, - о том, что в тени непрозрачного тела имеется некоторая освещенность. Аккуратные наблюдения дали картину регулярных полос на краю тени. Это явление называется дифракцией, что первоначально означало "разделение на части" полосы света, падающего на тело. Наблюдения дифракции весьма примечательно предшествовали теории. Так же как и наблюдения дисперсии света Ньютоном, и работы Гука и Ньютона по цветам тонких пластин. Эти наблюдения закономерным образом привели к обнаружению интерференционного явления, называемого кольцами Ньютона. Первое численное объяснение этого явления было дано Томасом Юнгом (1773-1829) лишь столетие спустя, в 1802 году.
Конечно же, Бартолин, Гримальди, Гук и Ньютон не были нерассуждающими эмпириками, не имевшими за душой "идеи". Они видели то, что видели, потому что они были любознательными, въедливыми, рассуждающими людьми. Они пытались строить теории. Но во всех этих случаях очевидно, что наблюдения предшествовали созданию теории.

Стимуляция теории (Э)

В более поздние периоды мы находим заслуживающие внимания наблюдения, которые стимулировали появление теории. Полковник наполеоновских инженерных войск, Э. Л. Малю (1775-1812), экспериментировал с исландским шпатом и заметил действие вечернего света, отражаемого от окон неподалеку от Люксембургского дворца. Свет проходил через кристалл, когда тот находился в вертикальной плоскости, и не проходил через него, когда кристалл занимал горизонтальное положение. Аналогичным образом явление флюоресценции было впервые замечено Джоном Гершелем (1792-1871) в 1845 году, когда он обратил внимание на голубой свет, испускаемый раствором сульфата хины, когда тот определенным образом освещался.
По своей природе заслуживающие внимания наблюдения должны быть только началом исследования. Не следует ли в таком случае признать справедливым мнение, согласно которому имеются начальные наблюдения, которые предшествуют теории, но все же согласиться с тем, что все преднамеренные наблюдения определяются теорией, как это утверждает Поппер? Я думаю, что не стоит. Возьмем, к примеру, Давида Брюстера (1781-1868), теперь забытого, но когда-то очень плодотворного экспериментатора.* Брюстер был основной фигурой в экспериментальной оптике между 1810 и 1840 годами. Он определял законы отражения и преломления для поляризованного света. Он был способен вызывать двойное лучепреломление (то есть поляризационные свойства) в телах под действием давления. Он открыл двуосное двойное преломление и сделал первые фундаментальные шаги в открытии сложных законов металлического отражения. Теперь мы говорим о законах Френеля, законах синуса и тангенса для интенсивности отраженного поляризованного света, но Брюстер опубликовал их в 1818 году, за пять лет до того, как Френель описал их в рамках волновой теории. Работа Брюстера дала материал, на котором впоследствии основывались многие открытия в волновой теории. Но если можно говорить о его теоретических взглядах, то он, скорее, был ньютонианцем и считал, что свет состоит из потоков корпускул. Брюстер вообще не проверял и не сравнивал теорий. Он пытался понять, как ведет себя свет.
Брюстер твердо придерживался "неправильной" теории, изучая на опыте явление, которое мы можем понять только с помощью "правильной" теории, той теории, которую он громогласно отвергал. Он не "интерпретировал" свои экспериментальные находки в свете неправильной теории. Он установил некие явления, которые любая теория в конце концов должна описывать. Брюстер не был одинок в таком положении. Более поздний блестящий экспериментатор Р.У. Вуд (1868-1955) в промежутке между 1900 и 1930 годами внес фундаментальный вклад в квантовую оптику, сохраняя полную невинность по части знания квантовой механики и даже скептически относясь к ней.
Резонансная радиация, флюоресценция, поглощение спектров, спектры Рамана - все это требует понимания в терминах квантовой механики, но своим вкладом в науку Вуд обязан, так же как и Брюстер, не теории, а замечательной способности заставить природу вести себя по-новому.

Явления, не имеющие смысла

Я не настаиваю на том, что интересные наблюдения достаточны сами по себе. Множество явлений, вызывающих огромное интеллектуальное возбуждение, затем остается под сукном из-за того, что нельзя понять, что они означают, как они связаны с остальными явлениями, или как их можно использовать. В 1827 году ботаник Роберт Броун сообщил о неравномерном движении цветочной пыльцы, взвешенной воде. Это броуновское движение наблюдалось другими исследователями уже 60 лет назад. Некоторые считали, что это движение - проявление жизненной активности самой пыльцы. Броун провел кропотливые исследования, но долгое время они ни к чему не приводили. Только в первом десятилетии нашего века одновременно несколькими экспериментаторами, такими как Ж.Б. Перрен, и теоретиками, в том числе Эйнштейном, была проделана работа, показавшая, что пыльца приводится в движение молекулами воды. Именно эти результаты в конечном счете изменили позицию самых закоренелых скептиков в отношении теории газов.
Сходная история произошла с фотоэлектрическим эффектом. В 1839 году А.С. Беккерель заметил очень любопытную вещь. У него была маленькая электрическая батарея, то есть пара металлических пластин, погруженных в разбавленную кислоту. Освещение светом одной из пластин изменяло напряжение, создаваемое батареей. Это вызвало огромный интерес - приблизительно на два года. Были замечены и другие отдельные явления. Так, например, сопротивление металлического селена уменьшалось просто при его освещении (1873). И на этот раз выяснение того, что при этом происходит, было отложено до Эйнштейна. Открытые закономерности дали возможность сформулировать теорию фотона и разработать бесчисленные известные приложения, включая телевидение (фотоэлектрические ячейки преобразуют отраженный от предмета свет в электрические токи).
Таким образом, я не утверждаю, что экспериментальная работа может существовать независимо от теории. Это было бы слепой работой тех, кого Бэкон насмешливо называл "просто эмпириками". И все же остается справедливым то, что любой теории предшествует большое, поистине фундаментальное экспериментальное исследование.

Счастливые встречи

Некоторые фундаментальные экспериментальные исследования целиком порождаются теорией. Некоторые великие теории берут начало из дотеоретического эксперимента. Существуют теории, которые вянут из-за недостатка связи с реальным миром, также как существуют экспериментальные явления, остающиеся невостребованными из-за отсутствия теории. Но есть и счастливые "семьи", в которых теория и эксперимент, идущие с разных сторон, встречаются. Я приведу пример, в котором вера в правильность на самом деле ошибочного эксперимента приводит к прочно установленному факту, который неожиданно согласуется с теориями, относящимися к совершенно другой области.
В начальный период существования трансатлантического радио было очень много атмосферных помех. Большое число источников помех было обнаружено, хотя и не все из них могли быть устранены. Некоторые из этих помех происходили от электрических бурь. Еще в 1930-х годах Карл Янски, работавший в Телефонной Лаборатории Белла, обнаружил "шипение", исходящее из центра млечного пути. Таким образом, в космосе существовали источники радиоэнергии, которые накладывались на уже известные атмосферные помехи.
В 1965 году радиоастрономы Арно Пензиас и Р.У.Вильсон использовали для изучения этого явления радиотелескоп. Они ожидали обнаружить источники энергии, и это им удалось. Продолжив тщательные исследования, они обнаружили небольшое количество энергии, которое представлялось равномерно распределенным в космосе. Создавалось впечатление, что в космосе все, что не является локализованным источником излучения, имеет температуру выше 4 градусов по Кельвину. Поскольку это представлялось мало осмысленным, они попытались найти систематическую ошибку измерительных приборов. Например, Пензиас и Вильсон считали, что одним из источников излучения могут быть голуби, гнездящиеся на телескопе, и они потратили невероятно много времени в попытках избавиться от этих голубей. После того как они устранили все возможные источники помех, температура стала 3° К. Им не захотелось публиковать свои результаты, потому что заключение о совершенно равномерном фоне не имело смысла.
К счастью, как только они установили это, как казалось им, бессмысленное явление, группа теоретиков из Принстона опубликовала препринт, в котором качественно показывалось, что если Вселенная произошла в результате Большого Взрыва, то температура космоса должная быть выше абсолютного нуля благодаря остаточной энергии взрыва. Более того, эта энергия должна обнаруживаться в форме радиосигналов. Экспериментальная работа Пензиаса и Вильсона прекрасно согласовывалась с тем, что в противном случае могло бы остаться чистым вымыслом. Пензиас и Вильсон показали, что температура Вселенной почти всюду выше трех градусов по Кельвину, и это есть остаточная энергия творения. Это был первый результат, который заставил поверить в Большой Взрыв.
Иногда говорят, что в астрономии нет эксперимента; здесь мы можем только наблюдать. В самом деле, мы не можем проникать глубоко в отдаленные области космоса, но навыки, которые использовались Пензиасом и Вильсоном, совпадали с теми, которые использовались лабораторными экспериментаторами. Будем ли мы в свете этой истории утверждать вместе с Поппером, что в общем, "теоретик должен загодя сделать свою работу или, по крайней мере, наиболее важную часть своей работы: он должен сформулировать свои вопросы самым четким образом. Таким образом, именно он показывает путь экспериментатору"? Или мы скажем, что хотя иногда теория предшествует эксперименту, некоторые эксперименты и некоторые наблюдения предшествуют теории и долгое время могут иметь свою собственную, независимую от теории жизнь? "Счастливая семья", которую я только что описал, - это сочетание теории и умелого наблюдения. Пензиас и Вильсон - одни из немногих физиков-экспериментаторов, получивших Нобелевскую премию. Они получили ее не за опровержение чего-либо, а за то, что исследовали Вселенную.

История, ориентированная на теорию

Может показаться, что я преувеличиваю, когда утверждаю, что история, ориентирующаяся на теорию, искажает наше восприятие эксперимента. На самом деле я об этом говорил еще слишком мало. Например, я поведал историю о трех градусах по Кельвину так, как она расказывалась самими Пензиасом и Вильсоном в их автобиографическом фильме "Три градуса". Они проводили исследование и обнаружили равномерное фоновое излучение, не имея никакой теории. Но вот что происходит с этим же самым экспериментом, когда он становится "историей":
"Теоретические астрономы предсказали, что если миллиарды лет назад произошел Большой Взрыв, то охлаждение должно происходить и в настоящее время. Охлаждение снизило исходную температуру, которая, видимо, достигала миллиардов градусов, до 3° К - трех градусов выше абсолютного нуля.
Радиоастрономы считали, что если они могут нацелить очень чувствительный прибор на чистое место на небе, то есть на область, которая представляется пустой, то можно будет определить, правы ли были теоретики или нет. (курсив - Я. Х.) Это было проделано в начале 1970-х годов. Два ученых из Телефонных Лабораторий Белла (т. е. оттуда же, где Карл Янски открыл космическое радиоизлучение) поймали радиосигналы из 'пустого' космоса. Выяснив все возможные источники этих сигналов, они так и не смогли определить причину сигнала, соответствующего температуре 3° К. После первого эксперимента проводились и другие. Они всегда давали один и тот же результат - 3° К.
Космос не абсолютно холоден. По-видимому, температура Вселенной составляет 3° К. Это в точности та температура, которую должна иметь Вселенная, если она возникла 13 миллиардов лет назад в результате Большого Взрыва".
Другим примером переписывания истории может служить история с мезонами и мюонами, описанная в главе 6. Две группы исследователей обнаружили мюон, исследуя космические лучи с помощью пузырьковых камер и применяя формулу потери энергии Бете-Гайтлера. Теперешняя история говорит, что они будто бы искали "мезон" Юкавы и ошибочно полагали, что обнаружили его, хотя на самом деле они никогда не слышали о гипотезе Юкавы. Я не то чтобы хотел сказать, что компетентные историки науки представляют все в столь неверном свете. Я просто указываю на постоянный крен к теории в популярной истории науки и научном фольклоре.

Ампер - теоретик

Не следует думать, что в некоей новой науке эксперимент и наблюдение предшествуют теории, даже если позже теория и будет предшествовать наблюдению. А.-М. Ампер (1775-1836) - прекрасный пример того, как великий ученый начинает с теоретического основания. Первоначально он занимался химией и конструировал сложные модели атомов, которые он использовал для того, чтобы объяснять и развивать экспериментальные исследования. Эти занятия не увенчались особенным успехом, хотя Ампер и был среди тех, кто около 1815 года независимо пришел к тому, что мы теперь называем законом Авогадро: одинаковые объемы газа при одинаковой температуре и давлении содержат одинаковое количество молекул независимо от типа газа. Как я уже замечал в главе 7, Ампер восхищался Кантом и настаивал на том, что теоретическая наука - это изучение ноуменов, лежащих в основе феноменов, явлений. Мы образуем теории о вещах самих по себе, то есть ноуменах, и тем самым способны объяснить феномены. Это не совсем то, что подразумевал Кант, но в данном случае это не важно. Час Ампера как теоретика пробил 11 сентября 1820 года. Он присутствовал при том, как Эрстед демонстрировал отклонение стрелки компаса электрическим током. Начиная с 20 сентября, Ампер в своих еженедельных лекциях излагал основы теории электромагнетизма. Он писал их по мере продвижения исследований.
Такова, по крайней мере, история. Ч. В. Ф. Эверитт указывает на то, что здесь должно быть нечто большее и что Ампер, не имея своей собственной посткантовской методологии, написал свою работу, чтобы как-то соответствовать методологии Канта. Великий теоретик и экспериментатор в области электромагнетизма Джеймс Клерк Максвелл провел сравнение Ампера и Майкла Фарадея, ученика Хэмфри Дэви, воздавая хвалу как "индуктивисту" Фарадею, так и "дедуктивисту" Амперу. Он описывает исследования Ампера как "одно из самых замечательных достижений в науке, ...совершенных по форме, неопровержимых по точности..., заключенных в формулу, из которой могут быть выведены все явления". Но затем говорит, что в то время как работы Фарадея ясно показывали работу ума, -
"мы вряд ли можем поверить в то, что Ампер в самом деле обнаружил закон действия с помощью экспериментов, которые он описывал. Мы вынуждены подозревать, что на самом деле он открыл закон путем некоторого размышления, которое он нам не демонстрирует, и что построив прекрасное доказательство, он устраняет даже следы тех лесов, с помощью которых он воздвиг это здание."
В своей "Структуре научного вывода" Мэри Хессе замечает (pp. 201f, 262), что Максвелл называет Ампера Ньютоном электричества. Это наводит на мысль о другой традиции относительно природы индукции, которая восходит к Ньютону: он говорит о дедукции из феноменов, которая по сути является индуктивным процессом. Из явлений мы выводим высказывания, которые описывают явления в общем виде, а затем становимся способными, по размышлении, создать новые явления, о которых раньше и не думали. В любом случае, таковы были действия Ампера. Каждую свою лекцию он начинал с демонстрации аудитории некоего явления. Очень часто эксперимент, который создавал явление, придумывался лишь после предыдущей лекции.

Изобретение (Э)

Вопрос, поставленный в терминах теории и эксперимента, уводит в неправильную сторону, потому что он рассматривает теории как один, достаточно однородный тип вещей, а эксперимент - как явление другого типа. Я обращусь к разнообразию теорий в главе 12. Мы уже видели разнообразие типов экспериментов, но существуют и другие релевантные категории, среди которых одной из самых важных является изобретение. История термодинамики - это история практического изобретения, которое постепенно приводит к теоретическому анализу. Один из путей к новой технологии - это разработка теории и эксперимента, которые затем применяются к практическим проблемам. Но есть и другой путь, на котором изобретения идут своим ходом, а теория создается попутно. Наиболее очевидный и лучший пример - паровой двигатель.
Можно отметить три фазы изобретения парового двигателя и несколько экспериментальных концептов, использовавшихся при этом. Этими изобретениями являются атмосферный двигатель Ньюкомена (1709-1715), конденсирующий двигатель Уатта (1767-1784) и двигатель высокого давления Тревитика (1798). В основе половины разработок, следовавших за исходным изобретением Ньюкомена, лежало понятие "производительности" двигателя, что означало число футофунтов воды, которое закачивалось на бушель угля. Кому принадлежала идея этой единицы, теперь не известно. Наверное, этот человек не вошел в историю науки, это, скорее, какой-нибудь прижимистый владелец шахты на Корнуэлле, который замечал, что некоторые двигатели работали более эффективно, чем другие, и не мог допустить того, чтобы на соседней шахте была большая норма выработки. Вначале успех ньюкоменского двигателя был не очень явным, поскольку лишь на глубоких шахтах достигалось существенное преимущество перед лошадиным приводом. После семнадцати лет проб и ошибок Уатт создал двигатель с производительностью по крайней мере в четыре раза выше, чем у лучшего ньюкоменского двигателя. (Представьте себе обычный автомобиль, обладающий той же мощностью, но расходующий литр бензина не на десять километров, а на сорок).
Уатт первым ввел отдельный холодильник, затем сделал двигатель двойного действия, то есть позволил пару входить с одной стороны цилиндра, создавая вакуум с другой стороны. Наконец, в 1782 году Уатт ввел принцип расширительного действия, разделяя поток пара в цилиндре в начале его течения так, что он начинает расширяться остальную часть цикла под своим собственным давлением. Расширительное действие означает некоторую потерю в мощности, но выигрыш в "производительности". Из всех этих идей самой полезной была идея расширительного действия. С практической стороны очень помогла индикаторная диаграмма, изобретенная около 1790 года помощником Уатта Джеймсом Саузерном. Индикатор был самопишущим устройством, который можно было присоединять к двигателю, для того чтобы отмечать давление в цилиндре в зависимости от объема пара, поступающего за данный такт: площадь под такой кривой была мерой работы, проделанной за данный такт. Индикатор использовали для того, чтобы максимально эффективно настроить двигатель. Эта самая диаграмма стала частью цикла Карно в теоретической термодинамике.
Большим достижением Тревитика, первоначально имевшем больше отношения к его решительности, чем к теории, было продолжение конструирования двигателей, работавших под большим давлением, хотя это и увеличивало опасность взрыва. Первый аргумент в пользу работы с большим давлением - это компактность: можно получить большую мощность от двигателя того же размера. В 1799 году Тревитик построил первый успешный локомотивный двигатель. Вскоре был достигнут другой результат. Если двигатель высокого давления работал с расширением и ранним отсечением части пара, его производительность становилась выше (в конечном счете намного выше), чем у лучших двигателей Уатта. Потребовался гений Сади Карно (1796-1832) для того, чтобы понять это явление и увидеть, что преимущество двигателя высокого давления состоит не только в давлении, но и в росте точки кипения воды, находящейся под давлением. Эффективность двигателя зависит не от разницы давлений, а от разницы температур пара, входящего в цилиндр, и расширившегося пара, выходящего из цилиндра. Так на свет появился цикл Карно, понятие термодинамической эффективности и, наконец, когда идеи Карно соединились с принципом сохранения энергии, - сама наука термодинамика.
Что же означает "термодинамика"? Эта наука имеет дело не только с потоками тепла, которые могли бы быть названы его динамикой, но и тем, что могло бы быть названо термостатическими явлениями. Может быть, название неправильное? Нет, Кельвин придумал слово "термодинамический двигатель" в 1850-м году для обозначения любой машины, сходной с паровым двигателем или идеальным двигателем Карно. Эти двигатели были названы динамическими, потому что они преобразуют тепло в работу. Так, само слово "термодинамика" напоминает нам, что эта наука возникла из глубокого анализа известной последовательности изобретений. Развитие этой технологии включало бесконечные "эксперименты", но не в попперовском смысле экспериментов по проверке теории или индукции в смысле Дэви. Эксперименты были изобретательными попытками улучшить технологию, которая лежит в центре промышленной революции.

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?

10. 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).

О том, что содержит теоретические предпосылки

В очерках Пола Фейерабенда, которые писались в то же время, что и работа Хэнсона, также принижалось различие между теорией и наблюдением. С тех пор Фейерабенд оставил философскую одержимость языком и значениями. Он даже отверг само словосочетание "теоретически нагруженный", хотя это произошло и не потому, что он считал, что что-либо, произносимое нами, может не зависеть от теории. Совсем наоборот, он говорит, что называть предложения нагруженными теорией значит предположить существование некоего грузовика с наблюдениями, на который грузится теоретическая компонента. Но такого грузовика не существует - теория содержится всюду.
В своей знаменитой книге "Против метода" (1977) Фейерабенд говорит о том, что нет причины для разделения теории и наблюдения. Любопытно, что несмотря на провозглашаемый им отказ от лингвистических обсуждений, он все же говорит так, как будто различение теория/наблюдение является различием в предложениях. Он предполагает, что это относится лишь к очевидным и менее очевидным предложениям, или к длинным и менее длинным предложениям. "Никто не будет отрицать, что такое различение может быть проведено, но никто не придает ему большого значения, поскольку оно не играет большой роли в научной деятельности" (p. 168). Мы также читаем у Фейерабенда о том, что выглядит в полной мере как учение о "теоретической нагруженности": "отчеты о наблюдении, результаты экспериментов, "предложения о фактах" либо содержат теоретические предпосылки, либо утверждают их тем способом, которым они используются". (p. 31). Я не согласен с тем, что здесь говорится, но прежде чем объяснить почему, я хотел бы отвергнуть нечто, предполагаемое такого рода замечаниями. Такие замечания создают представление, будто экспериментальные результаты составляют все, что имеет значение для эксперимента, и что экспериментальные результаты устанавливаются и даже образуются отчетами о наблюдениях или "утверждениями о фактах". Я буду настаивать на трюизме, согласно которому эксперимент не просто утверждает нечто или докладывает о чем-то. Эксперимент - это действие, а не слова.

Утверждения, записи, результаты

Наблюдения и эксперимент - не одно и то же и даже не противоположные полюсы гладкого континуума. Очевидно, что многие интересные наблюдения не имеют ничего общего с экспериментом. Книга "Введение в экспериментальную медицину" Клода Бернара (1865) - классическая попытка различения понятий эксперимента и наблюдения. Он проверяет свою классификацию с помощью множества сложных примеров из медицины, где наблюдение и эксперимент смешались в одно. Доктору Бошаму во время англо-американской войны 1812 года на протяжении длительного времени удалось наблюдать работу пищеварительного тракта человека со страшными кишечными ранениями. Было ли это экспериментом или лишь последовательностью очень важных наблюдений в уникальных обстоятельствах? Я не хотел бы заниматься такими вопросами, вместо этого я хотел бы обратить внимание на нечто более заметное в физике, чем в медицине.
Эксперимент Майкельсона-Морли имеет то преимущество, что его хорошо знают. Он знаменит, потому что задним числом многие историки считают, что он целиком отвергает теорию электромагнитного эфира и в свое время послужил предвестником теории относительности Эйнштейна. Основной отчет, опубликованный в 1887 году, занимает 12 страниц. Наблюдения проводились на протяжении нескольких часов 8, 9, 11 и 12 июля. Результаты эксперимента потрясающе противоречивы. Майкельсон считал, что основной результат заключается в опровержении гипотезы о движении Земли по отношению к эфиру. Как я покажу в главе 15, он также считал, что эксперимент подорвал теорию, которую использовали для объяснения различий между действительным и видимым положением звезд. В любом случае эксперимент продолжался больше года. Этот процесс включал изготовление и переделку аппаратуры, приведение ее в рабочее состояние и, конечно же, получение любопытных фактов во время работы установки. Стало общим местом использовать ярлык "Эксперимент Майкельсона-Морли" для обозначения прерывистой последовательности работ, начавшейся с успеха Майкельсона в 1881 году (или даже с более ранних неудач) и закончившейся работами Миллера 1920-х годов. Можно сказать, что эксперимент продолжался полстолетия, в то время как наблюдения продолжались, может быть, полтора дня. Более того, основной результат эксперимента, хотя он и не является экспериментальным результатом, - это радикальное преобразование возможностей измерения. Майкельсон получил Нобелевскую премию за это, а не за вклад в теорию эфира.
Короче говоря, "фактические утверждения, отчеты о наблюдениях и экспериментальные результаты" Фейерабенда - вещи разных порядков. Свалив их в кучу, мы практически потеряем возможность заметить что-либо происходящее в экспериментальной науке. В частности, они не имеют ничего общего с различением длинных и коротких предложений того же Фейерабенда.

Наблюдение без теории

Фейерабенд говорит, что отчеты о наблюдении и тому подобное всегда содержат или утверждают некоторые теоретические предпосылки. Это утверждение вряд ли стоит обсуждения, поскольку оно очевидно ложно, пока словам не будет придан особый смысл, после чего утверждение станет истинным и одновременно тривиальным.
Большая часть словесной игры возникает из-за слова "теория", слова, которое лучше всего подходит для довольно определенного стиля рассуждений или высказываний с определенным смыслом. К сожалению, в указанной цитате Фейерабенд использовал слово "теория" для обозначения всякого рода неоформившихся, неявных или предполагаемых знаний. Попробуем представить не наносящую урона содержанию выжимку его слов о некоторых якобы существующих привычках и убеждениях:
"Наша привычка говорить о том, что стол коричневый, когда мы видим его при нормальных обстоятельствах, или говорить, что стол кажется коричневым, когда его рассматривают при других обстоятельствах.., наше знание того, что некоторые чувственные впечатления... правдивы, а другие нет.., что среда между нами и объектом не искажает.., что физический объект, который устанавливает контакт, несет истинную картину..."
Предполагается, что все это - теоретические предпосылки, лежащие в основе наших обычных наблюдений, и что "материал, который находится в распоряжении ученого, его самые тонкие теории и самые изощренные методы, структурированы совершенно тем же образом".
Если воспринимать эти слова буквально, то они могут показаться, мягко говоря, довольно опрометчивыми. Например, что такое "Наша привычка говорить о том, что стол коричневый, когда мы видим его при нормальных условиях"? Я сомневаюсь в том, что когда-либо в моей жизни я произносил фразу "стол коричневый" или "кажется, что стол коричневый". У меня определенно нет привычки произносить первую из этих фраз, когда я вижу стол при хорошем освещении. Я лишь однажды видел одного человека, помешанного француза, который постоянно повторял фразу "Это дерьмо" всякий раз когда видел экскременты в нормальных условиях при хорошем освещении, например, когда мы с ним удобряли поле навозом. Но я не буду приписывать несчастному безумцу какое-либо предположение из перечисленных Фейерабендом. Фейерабенд показал нам, как не надо говорить о наблюдениях, речи, теории, привычках или отчетах.
Конечно, у нас есть все виды предрассудков, мнений, рабочих гипотез и привычек, когда мы что-либо говорим. Мы выражаем некоторые из них. Часть из них выводится из контекста. Другие могут быть приписаны говорящему внимательным исследователем человеческого разума. Некоторые предложения, которые могут быть гипотезами или предположениями в одном контексте, не являются таковыми в контексте бытовой рутины. Так, я могу предположить, что воздух между мной и страницей книги не искажает формы слов, которые я вижу и, может быть, я способен исследовать это предположение. (Как?) Но когда я читаю вслух или делаю исправления на этой странице, я просто взаимодействую с чем-либо, представляющим для меня интерес, и неправильно говорить в данном случае о каких-либо теоретических предпосылках. У меня нет даже отдаленной идеи о теории неискажения изображения воздушной средой. Конечно, если вы хотите называть всякое мнение, предзнание, и знание, которое будет изобретено, теорией, то можете поступать и так. Но тогда заявление о теоретической нагруженности ничего не стоит.
В истории науки были важные наблюдения, которые вообще не имели теоретических предпосылок. Заключение предыдущей главы дает тому множество примеров. Сейчас мы приведем другой пример, относящийся к более позднему времени. В этом примере мы можем установить чистое предложение наблюдения.

Гершель и тепло излучения

Уильям Гершель был искусным и ненасытным исследователем полночного неба, человеком, который соорудил самый большой в свое время телескоп и необычайно расширил наш небесный каталог. Я расскажу о случайном событии 1800 года, когда Гершелю был 61 год. Это был год, когда, как мы теперь говорим, он обнаружил тепловое излучение. Он проделал около 200 экспериментов и опубликовал четыре больших статьи по этому вопросу, из которых последняя достигала сотни страниц. Все они могут быть найдены в Философских Трудах Королевского Общества за 1800 год. Он начал с того, о чем мы сейчас думаем как о правильном предположении относительно излучаемого тепла, но оказался в затруднительном положении, не будучи уверенным относительно того, где может скрываться истина.
В одном из своих телескопов он использовал цветные фильтры. Он заметил, что фильтры разных цветов передают разные количества тепла: "Когда я использовал некоторые фильтры, я ощущал тепло, хотя света было немного, в то время как другие фильтры давали много света, но едва вызывали ощущение тепла". Во всей истории физической науки мы не найдем лучшего отчета о чувственных данных. Конечно, мы помним это наблюдение не из-за качества ощущений, но благодаря тому, что последовало дальше. Почему Гершель сделал то, что он сделал далее? Прежде всего, ему нужны были фильтры, лучше приспособленные для того, чтобы смотреть на Солнце. Ну и, конечно, он думал о некоторых теоретических вопросах, которые выходили тогда на арену.
Он использовал термометры для измерения эффекта нагревания лучами света, разделенными с помощью призмы. Этот опыт действительно заставил его идти дальше, потому что он не только обнаружил, что оранжевый цвет греет больше, чем индиго (синий), но и то, что существует эффект нагревания за пределами видимого красного спектра. Его первая догадка об объяснении этого явления приблизительно совпадала с тем, что мы знаем сейчас. Он предположил, что Солнце излучает как видимые, так и невидимые лучи. Наши глаза чувствительны только к одной части спектра излучения. Нас согревает другая часть лучей, которая частично перекрывается с видимой частью. Поскольку Гершель был сторонником ньютоновской корпускулярной теории света, он думал в терминах лучей, состоящих из частиц. Вu дение соответствует частицам от фиолетового до красного, а ощущение тепла соответствует частицам от желтого до инфракрасного.
Тогда он начал исследовать эту идею, пытаясь понять, имеют ли тепловые лучи и световые лучи видимого спектра одинаковые свойства. Так, он сравнивал их отражение, преломление и дифференциальное преломление, их склонность к тому, чтобы задерживаться прозрачными телами, и их склонность к рассеиванию от грубых поверхностей.
На этом этапе в статьях Гершеля мы встречаем большое число наблюдений различных углов, пропорций излучаемого света и тому подобное. У него, конечно, была экспериментальная идея, но только одна и довольно туманная. Его теория была полностью ньютоновской: он думал, что свет состоит из лучей частиц, но это имело ограниченное влияние на детали его исследования. Его трудности были не теоретическими, а экспериментальными. Фотометрия - деятельность по измерению свойств излучаемого света - уже за 40 лет до этого достигла развитого состояния, но калориметрия практически не существовала. Существовали процедуры фильтрации световых лучей, но как можно фильтровать тепловые лучи? Гершель исследовал явление. Он делал множество заявлений о точности своих измерений, которые мы теперь подвергаем сомнению. Он утверждал, например, что измеряет не только передачу света, но и передачу тепла с точностью до одной тысячной. Он не мог этого сделать! Хотя вообще повторить то, что он делал, весьма проблематично, поскольку Гершель работал с самыми разными фильтрами, например, с бренди в графине. Как заметил один историк науки, его бренди, наверное, было черным как смола. Мы не можем повторить в наши дни опыт с использованием этого вещества, каким бы оно ни было.
Гершель показал, что тепло и свет сходны в отражении, преломлении и дифференциальном преломлении. Однако у него возникли проблемы с передачей. У него было представление о просвечивающейся среде, которая не пропускает некоторую часть определенных лучей, например, красных. Его идея красного цвета заключалась в том, что тепловой луч, который преломляется с коэффициентом преломления красного цвета, идентичен красному свету с тем же коэффициентом преломления. Таким образом, если x% света проходит, а тепло и свет идентичны в этой части спектра, то должно проходить также и x% тепла. Гершель задался вопросом "вызывается ли тепловое излучение, чей коэффициент преломления совпадает с коэффициентом преломления красных лучей, лучами этого цвета?" Оказалось, что нет. Некое стекло пропускает почти весь красный свет, но задерживает 96,2% тепла. Таким образом, тепло не то же, что свет.
Гершель отказался от своей исходной гипотезы и не знал, что и думать. Таким образом, к концу 1800 года, после 200 экспериментов и четырех больших публикаций, он сдался. На следующий год Томас Юнг, чьи работы по интерференции продолжили (или возродили) волновую теорию света, прочитал Бакеровскую лекцию, в которой он поддержал исходную гипотезу Гершеля. Значит, он был довольно безразличен к экспериментальной дилемме Гершеля. Может быть, волновая теория была более открыта по отношению к тепловому излучению, чем ньютоновская теория световых частиц. Однако скепсис относительно теплового излучения сохранялся еще долго после забвения ньютоновской теории. Вопрос был разрешен лишь с помощью приборов Македонио Меллони (1798-1854). Как только была изобретена термопара (1830), Меллони понял, что теперь у него есть инструмент, с помощью которого можно измерять передачу тепла разными веществами. Это предоставляет один из бесчисленных примеров, в которых некоторое изобретение позволяет экспериментатору предпринять еще одно исследование, проясняющее путь, которым должны следовать теоретики.
У Гершеля были более примитивные экспериментальные проблемы. Что он наблюдал? Этот вопрос задавали его критики, и он был довольно острым в 1801 году. Его экспериментальные результаты отвергались. Годом позже они были воспроизведены в большей или меньшей степени. Существовало множество как серьезных, так и простых экспериментальных трудностей. Например, свет, преломляемый призмой, не кончался четким красным. Какое-то размытое свечение располагалось за красным и выглядело как тусклый белый свет. Так может быть "инфра-красное" тепло вызывается этим белым светом? Здесь возникает новая экспериментальная идея. За фиолетовым участком нет существенного невидимого тепла, но может быть здесь нет и "излучения"? Было известно, что с хлоридом серебра начинается химическая реакция, если его поместить в фиолетовую часть спектра. (Этот факт лег в основу фотографии). Риттер поместил его за фиолетовым участком спектра и получил реакцию. Теперь мы говорим, что в 1802 году он обнаружил ультрафиолетовый свет.

О способности замечать

Гершель заметил явление дифференцированного нагревания цветным светом и сообщил о нем в форме одного из самых чисто-чувственных утверждений, какое мы только можем встретить в физике. Я не собираюсь принижать значение фактов, на которых настаивал Н. Р. Хэнсон, говорящих о том, что явление можно заметить, только если иметь теорию, которая их осмысляет. Очевидно, однако, что в случае с Гершелем именно отсутствие теории заставило его засесть за проведение наблюдений. Мы часто встречаем обратное явление - зависимость наблюдения от теории. Книга Хэнсона "Позитрон" (1965), хотя и содержит некоторые противоречивые истолкования открытия, явилась иллюстрацией такой зависимости. Автор утверждает, что следы позитронов могли быть увиденными, только если уже существовала какая-то теория, хотя после появления теории любой студент мог видеть те же самые следы. Мы можем назвать это учением о том, что наблюдение заряжено теорией.
Несомненно, что у людей есть тенденция замечать вещи, которые интересны, удивительны и так далее, и на такие ожидания и интересы влияют теории, которых люди могут придерживаться. Это не означает, что мы должны недооценивать возможности одаренного "чистого" наблюдателя. Существует тенденция выводить из таких случаев, как история с позитроном, то, что тот, кто, глядя на фотопластинку, говорит - "это позитрон", тем самым имеет в виду, или утверждает, обширную теорию. Я не думаю, что это так. Ассистент может научиться распознавать следы позитрона, не имея никакого представления о теории. В Англии до сих пор нередко встречаются моложавые лаборанты без высшего образования, которые не только необычайно умело обращаются с аппаратурой, но и быстрее всех замечают странности, например, на фотопластинке, которые получены с помощью электронного микроскопа.
Можно спросить, не находится ли среди истинностных условий или истинностных предпосылок того типа высказываний, которые мы можем представить предложением "это позитрон", сущность теории позитрона? Возможно это и так, но я сомневаюсь. Теория может быть оставлена или замещена совершенно другой теорией о позитронах, и при этом то, что к тому времени стало классом утверждений о наблюдении, представляемых утверждением "это позитрон", не будет затронуто. Конечно, существующая ныне теория может быть разрушена совсем другим способом, если, например, вдруг окажется, что так называемые позитронные следы являются артефактами экспериментальной аппаратуры. Но это лишь не намного вероятнее возможности обнаружить, что все овцы - лишь волки в овечьих шкурах. Об этом событии мы тоже говорили бы по-другому. Я не заявляю, что смысл предложения "это позитрон" менее связан с остальным контекстом, чем предложение "это овца". Я заявляю лишь, что его смысл не обязательно запирать в какую-либо особую теорию, так что всякий раз, когда говорится "это позитрон", то некоторым образом утверждается именно эта теория.

Наблюдение - это искусство

Другой пример, похожий на случай с Хэнсоном, показывает, что наблюдение - это искусство. Я думаю, что Кэролин Гершель (сестра Уильяма) за свою жизнь открыла больше комет, чем кто-либо другой за всю историю человечества. Как-то она открыла восемь комет за год. В этом ей помог ряд обстоятельств. Она была неутомима. Все безоблачные ночи она проводила в обсерватории. Ее брат был прекрасным астрономом. Она использовала прибор, который был улучшен лишь в 1980 году Майклом Хоскином. Этот прибор позволял ей каждую ночь просматривать все небо, слой за слоем, не пропуская ни одного уголка. Если ей удавалось обнаружить нечто "невооруженным глазом", то она использовала телескоп, чтобы посмотреть получше. Но самое важное заключается в том, что она могла сразу узнать комету. Все, за исключением, быть может, ее брата Уильяма, должны были следить за движением кометы до тех пор, пока не возникало какое-либо предположение относительно ее природы. (У комет параболические траектории.)
Говоря, что Кэролин Гершель могла определить комету путем простого наблюдения, я не хочу сказать, что она была неразмышляющим автоматом. Совсем наоборот, она имела одно из самых глубоких пониманий космологии и принадлежала к числу самых глубоких теоретических умов своего времени. Она была неутомима не потому, что ей особенно нравилось скучное занятие осмотра неба, но потому, что ей хотелось узнать больше о Вселенной.
Могло бы случиться так, что теория Гершель о кометах оказалась радикально неправильной. Она могла бы быть заменена к настоящему времени описанием настолько не похожим, что некоторые назвали бы его несоизмеримым с ее теорией. Но это не должно ставить под сомнение ее славу. Все равно осталось бы истинным то, что она открыла больше комет, чем кто-либо еще. Конечно, если бы какая-нибудь новая теория превратила кометы в ничто, оптическую иллюзию космического масштаба, тогда, может быть, открытие восьми комет за год могло бы вызвать скорее улыбку снисхождения, чем вздох восхищения, но это уже совсем другое дело.

Видеть - это не то же, что говорить

Тяга к тому, чтобы заменять наблюдения лингвистическими объектами (предложениями о наблюдении), остается на протяжении всей современной философии. Так У. Куайн предлагает (и это звучит у него как некая новость) "отбросить разговор о наблюдении и вместо этого говорить о предложениях наблюдения, предложениях, которые, как говорят, дают отчет о наблюдении". ("The Roots of Reference", pp.36-39).
Пример Кэролин Гершель служит не только для того, чтобы опровергнуть заявление, будто наблюдение - это всего лишь способ сказать нечто, но также приводит нас к сомнениям относительно оснований для утверждения Куайна. Куайн совершенно преднамеренно выступал против учения о том, что все наблюдения заряжены теорией. Он говорил, что существует совершенно особый класс предложений о наблюдении, касрющихся "наблюдений как того, с чем сразу же согласятся все свидетели". Он уверяет нас, что "некоторое предложение является предложением наблюдения в той мере, в какой его истинностное значение в любой ситуации будет признаваться почти каждым членом речевого сообщества, являющимся свидетелем в данной ситуации". И мы "можем распознать членство в речевом сообществе лишь по легкости ведения диалога".
Трудно вообразить более неправильный подход к наблюдению в естественных науках. Никто в речевом сообществе Кэролин Гершель не стал бы соглашаться или не соглашаться с ней относительно недавно установленной кометы на основе наблюдения одной ночи. Лишь она, и в меньшей степени Уильям, владели необходимым умением. Это не значит, что мы могли бы сказать, будто у нее есть определенные умения, до тех пор, пока другие исследователи, используя другие средства, не согласились бы в конечном счете со многими ее открытиями. Ее суждения достигли полной истинности только в контексте богатой научной жизни того времени. Но куайновское утверждение о соглашении, которое наступает "сразу же", имеет мало общего с наблюдением в науке.
Если мы хотим понять и объяснить научную жизнь, мы должны, в полном противоречии с Куайном, оставить разговор о предложениях наблюдения и вместо этого говорить о наблюдениях. Мы должны осторожно говорить об отчетах, умении и экспериментальных результатах. Мы должны, например, рассмотреть, что делает эксперимент достаточно удачным, так что опытный экспериментатор знает, что полученные данные смогут иметь некоторое значение. Что делает эксперимент убедительным? Наблюдение имеет слабое отношение к данному вопросу.

Усиление органов чувств

Невооруженный глаз не может видеть слишком высоко или достаточно глубоко. Некоторые люди нуждаются в очках, чтобы вообще хоть что-то видеть. Один из способов усилить органы чувств - это использовать еще более мощные телескопы и микроскопы. В следующей главе я буду говорить о том, видим ли мы с помощью микроскопа (я думаю, что да, но это не простой вопрос). Есть более радикальные обобщения идеи наблюдения. Общее место в наиболее утонченных областях экспериментальной науки - говорить о "наблюдении" того, что мы наивно полагаем ненаблюдаемым, когда под "наблюдением" понимаем процесс, который ограничивается использованием пяти не вооруженных приборами органов чувств. Действительно, если бы мы были предпозитивистами, вроде Бэкона, мы бы спросили "ну и что?" Но мы находимся еще под влиянием позитивизма, так что мы бываем несколько удивлены обычными замечаниями физиков. Например, фермионы - это элементарные частицы с собственными угловыми моментами (спинами), такими как 1/2, или 3/2, подчиняющиеся статистике Ферми-Дирака. Они включают электроны, мюоны, нейтроны, протоны и многое еще, в том числе знаменитые кварки. Об этих частицах физики говорят, например, такие вещи: "Из фермионов не наблюдался только t-кварк. Невозможность наблюдать t` t состояния в e+e-аннигиляции в установке PETRA остается загадкой".
О языке, который общепринят среди физиков, разрабатывающих теорию элементарных частиц, можно получить представление путем просмотра чего-либо настолько формального, как таблица мезонов. В начале таблицы мезонов от апреля 1982 года можно прочитать, что "величины, взятые в курсив, - новые, или менялись более чем на одно (прежнее) стандартное отклонение от значений, приведенных в таблице апреля 1980 г.". Не совсем ясно даже, как считать типы мезонов, которые теперь вносятся в список, но можно ограничиться одним разворотом (pp. 28-29), на котором представлено девять мезонов, классифицированных в соответствии с шестью свойствами. Интерес представляют "парциальные моды распада" и процентные доли распада, которые записываются количественно, только когда имеется статистическая оценка с 90% уровнем доверия. Из 31 случаев распада, связанных с этими девятью мезонами, имеется 11 количественных величин или верхних пределов для доли каналов; одна запись "значительная"; одна запись "доминирует", одна запись "доминирует", восемь записей "наблюдались", шесть записей "наблюдались" и три величины "возможно наблюдались".
Дэдли Шейпир недавно пытался осуществить детальный анализ речи такого рода. Он приводит пример из обсуждения наблюдения внутреннего строения Солнца или другой звезды, которое осуществлялось путем собирания нейтрино в больших количествах детектирующей жидкости и дедуктивного выведения различных свойств внутреннего строения Солнца. Очевидно, что это наблюдение затрагивает несколько слоев (о которых Бэкон, впрочем, и не помышлял) мысли Бэкона о том, чтобы "сделать явными вещи, которые прямо не ощутимы, посредством тех, которые таковыми являются". Проблема заключается в том, что физик по-прежнему называет это "прямым наблюдением". Шейпир привел множество цитат, подобных следующим: "Не существует способа, отличного от способа с использованием нейтрино, чтобы заглянуть во внутренность Солнца." "Нейтрино, - пишет другой автор, - представляют единственный способ прямого наблюдения" горячего солнечного ядра.
Шейпир делает вывод о том, что здесь использование слова "наблюдение" уместно, и анализирует его следующим образом: "x является непосредственно наблюдаемым, если (1) информация поступает соответствующему получателю (рецептору) и (2) эта информация передается непосредственно, то есть без вмешательства, получателю от объекта x (который является источником информации)". Я подозреваю, что использование слова "наблюдение" некоторыми физиками (проиллюстрированное приведенными выше цитатами про кварки) даже более вольно чем это, но очевидно, что Шейпир закладывает основы правильного анализа.

Наблюдение, сильно нагруженное теорией (Э)

Шейпир замечает, что вопрос о том, является ли нечто непосредственно наблюдаемым или нет, зависит от существующего состояния знания. Наши теории о работе рецепторов или о передаче информации с помощью нейтрино предполагают использование большого количества теоретического материала. Таким образом, мы можем думать, что когда за основу берется теория, мы расширяем область того, что мы называем наблюдением. И все же мы никогда не должны становиться жертвой ошибки, говоря о теории без учета существования различий между теориями.
Например, существует прекрасный повод для того, чтобы говорить о наблюдении в связи с нейтрино и Солнцем. Теория нейтрино и его взаимодействия почти полностью не зависимы от теоретических спекуляций о ядре Солнца. Именно отсутствие в данном случае единства науки позволяет нам наблюдать (применяя один внушительный фрагмент теории) разные аспекты природы (о которых мы имеем несвязанный комплекс идей). Конечно, вопрос о том, связаны ли две области или не связаны, вовлекает не собственно теорию, а намек о природе самой природы. Эту мысль хорошо проиллюстрировать несколько иным примером с Солнцем.
Как мы можем проверить гипотезу Дикке о том, что внутренняя часть Солнца вращается в десять раз быстрее, чем его поверхность? Были предложены следующие методы: (1) использовать оптические наблюдения сплющенности Солнца у полюсов; (2) попытаться измерить учетверенный солнечный момент с близкого подлета спутника Starprobe, который движется в пределах четырех солнечных радиусов; (3) измерить относительную прецессию гироскопа, находящегося на солнечной орбите. Позволяют ли нам эти три способа "наблюдать" внутреннее вращение?
Первый метод предполагает, что оптическая форма соотносится с формой массы. Определенная форма Солнца позволяет нам вывести нечто о внутреннем вращении, но этот вывод основан на неточной гипотезе, которая сама связана с предметом изучения, т. е. с внутреннем строением Солнца.
Второй метод предполагает, что единственный источник учетверенного момента масс заключается во внутреннем вращении, тогда как он мог бы быть вызван внутренними магнитными полями. Таким образом, и в данном случае предположение о том, что происходит (или не происходит) в самом Солнце, необходимо для того, чтобы сделать вывод о внутреннем вращении.
С другой стороны, релятивистская прецессия гироскопа основана на теории, которая не имеет ничего общего с предположениями о внутреннем строении Солнца, и в рамках существующей теории только угловой момент вращения Солнца может вызывать определенную прецессию гироскопа, движущегося вокруг Солнца по полярной орбите.
Суть заключается не в том, что теория относительности лучше устроена, чем теории, связанные с двумя другими возможными экспериментами. Может быть, релятивистская теория прецессии будет отброшена как раз первой. Суть заключается в том, что в рамках нашего современного понимания комплекс теоретических предпосылок, лежащих в основе проекта с гироскопом, достигается путем, совершенно отличным от способа, которым формируются предложения относительно ядра Солнца. Что касается первых двух проектов, то они включают предположения, которые сами по себе относятся к знанию о строении Солнца.
Для экспериментатора естественно говорить, что гироскоп на полярной орбите дает нам возможность наблюдать внутреннее вращение Солнца, тогда как два других исследования могут только предполагать дальнейшие выводы. Это не значит, что третий эксперимент является лучшим; напротив, его высокая стоимость и трудность проведения делают первые два более привлекательными. Я лишь только указываю на философский вопрос о том, какие эксперименты приводят к наблюдениям, а какие - нет.
Возможно, это связано со спорами о теоретической нагруженности наблюдений, с которых я начал эту главу. Может быть, первые два эксперимента содержат теоретические предпосылки, связанные с самим исследуемым предметом, тогда как третий эксперимент, хотя и заряженный теорией, не содержит подобных предпосылок. В случае с рассмотрением таблиц наши утверждения сходным образом не содержат теоретических предпосылок, связанных с исследуемыми объектами, т. е. таблицами, даже если (из-за злоупотреблений с использованием слов "теория" и "содержать") они содержат теоретические предпосылки о вu дении.

Независимость

В соответствии с этим взглядом, нечто считается скорее наблюдаемым, чем выводимым, если оно удовлетворяет минимальному критерию Шейпира и если теории, на которых это нечто основывается, не переплетаются с фактами о предмете исследования. Следующая глава о микроскопах подтверждает силу этой гипотезы. Я не считаю, что этот предмет очень важен. Наблюдение, в философском смысле порождения и записи данных - лишь один аспект экспериментальной работы. Экспериментатор должен быть чутким и бдительным наблюдателем в другом смысле. Только наблюдатель может провести эксперимент, определяя те проблемы, которые ему мешают, отслеживая технические погрешности, замечая, является ли нечто необычное ключом к самой природе или артефактом, порождаемым приборами. Такие наблюдения редко появляются в завершающих отчетах по эксперименту. Это также важно, как все, что связано с окончательными записями, но ничего философского за этим не стоит.

Ваш комментарий о книге
Обратно в раздел философия