Чтение онлайн

Когда соперничают две исследовательские программы, их первые "идеальные" модели, как правило, имеют дело с различными аспектами данной области явлений (так, первая модель ньютоновской полукорпускулярной оптики описывала рефракцию световых лучей, первая модель волновой оптики Гюйгенса-интерференцию). С развитием соперничающих исследовательских программ они постепенно начинают вторгаться на чужую территорию, и тогда возникает ситуация, при которой n-й вариант первой программы вступает в кричащее противоречие с т-м вариантом второй программы. (219) Ставится (неоднократно) некий эксперимент, и один из этих вариантов терпит поражение, а другой празднует победу. Но борьба на этом не кончается: всякая исследовательская программа на своем веку знает несколько таких поражений. Чтобы вернуть утраченные позиции, нужно только сформулировать п+1-й (или n+k-й) вариант, который смог бы увеличить эмпирическое содержание, часть которого должна пройти успешную проверку.

Если длительные усилия ни к чему не приводят, и программа не может вернуть себе прежние позиции, борьба затихает, а исходный эксперимент задним числом признается "решающим". Но если потерпевшая поражение программа еще молода и способна быстро развиваться, если ее "протонаучные" достижения вызывают достаточное доверие, предполагаемые "решающие эксперименты" один за другим оттесняются в сторону, уступая ее рывкам вперед.* Даже если проигравшая какое-то сражение программа находится в зрелом возрасте, привыкнув к признанию и "утомившись" от него, приближается к "естественной точке насыщения", (220) она все же может долго сопротивляться и предлагать остроумные инновации, увеличивающие эмпирическое содержание, даже если при этом они не увенчиваются эмпирическим успехом. Программу, которую поддерживают талантливые ученые, обладающие живым и творческим воображением, победить чрезвычайно трудно. Со своей стороны, упрямые защитники потерпевшей поражение программы могут выдвигать объяснения ad hoc экспериментов и злонамеренные "редукции" ad hoc победившей программы с тем, чтобы разбить ее. Но такие попытки следует отвергнуть как ненаучные.

Теперь понятно, почему решающие эксперименты признаются таковыми лишь десятилетия спустя. Эллиптические орбиты Кеплера были признаны решающими доказательствами правоты Ньютона и неправоты Декарта лишь почти через сто лет после того, как об этом заявил Ньютон; аномальное поведение перигелия Меркурия в течение десятков лет было известно как один из многих пока еще нерешенных вопросов, стоявших перед программой Ньютона; но то, что теория Эйнштейна объяснила этот факт лучше, превратило заурядную аномалию в блестящее "опровержение" исследовательской программы Ньютона. 221-222 Юнг утверждал, что его эксперимент с двойной щелью 1802 г. был решающим экспериментом в споре корпускулярной и волновой оптическими программами; но это заявление было признано гораздо позже, когда разработанная Френелем волновая программа оказалась значительно "прогрессивней" корпускулярной и стало ясно, что ньютонианцы не могут тягаться с ее эвристической мощью. Таким образом, аномалия, известная в течение десятков лет, обрела почетный статус опровержения, а эксперимент - титул "решающего" лишь после долгого периода неравномерного развития обеих программ, соперничавших между собой. Броуновское движение почти сто лет находилось посредине поля сражения, прежде чем стало ясно, что программа феноменологических исследований разрушается этим фактом и счастье войны поворачивается лицом к атомистам. "Опровержение" Майкельсоном серии Бальмера игнорировалось целым поколением физиков до тех пор, пока исследовательская программа Бора своим триумфом не поддержала его.

Наверное, стоит более подробно рассмотреть примеры экспериментов, "решающий" характер которых стал очевидным только задним числом. Сначала рассмотрим знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли 1887 года, который якобы фальсифицировал теорию эфира и "привел к теории относительности, а затем - эксперименты Луммера-Принсгейма, которые якобы фальсифицировали классическую теорию излучения и "привели к квантовой теории". (223) И, наконец, обсудим эксперимент, который многими физиками считался опровержением законов сохранения, а на деле стал блестящим подтверждением последних.

(г) Эксперимент Майкельсона-Морли

Майкельсон впервые придумал свой эксперимент для проверки противоречивших друг другу теорий Френеля и Стокса о влиянии движения земли на эфир (224), во время своего посещения института Гельмгольца в Берлине в 1881 г. Согласно теории Френеля, Земля движется сквозь эфир, остающийся неподвижным, однако частично увлекаемый движением Земли; из теории Френеля следовало, что скорость эфира по отношению к Земле имеет положительное значение (другими словами, существует "эфирный ветер"). По теории Стокса, Земля полностью переносит " вместе с собой содержащийся внутри нее эфир и непосредственно на поверхности Земли скорость эфира не отличается от скорости Земли (иначе говоря, относительная скорость эфира равна нулю, и значит, нет "эфирного ветра"). Вначале Стоке считал, что две эти теории эквивалентны по отношению к имевшимся тогда наблюдениям: например, при помощи соответствующих вспомогательных гипотез обе теории объясняли аберрацию света. Но Майкельсон утверждал, что его эксперимент 1881 г. был решающим в споре между этими теориями и разрешил этот спор в пользу Стокса. (225) Скорость Земли по отношению к эфиру могла определяться величинами намного меньшими, чем это следовало из теории Френеля. Из этого Майкельсон заключил, что "результат, предсказываемый гипотезой неподвижного эфира, не наблюдается, откуда с необходимостью следует вывод о том, что данная гипотеза [о неподвижном эфире] ошибочна". (226 ) Как это часто бывает, Майкельсон был экспериментатором, которому пришлось выслушивать урок теоретика. Ведущий физик-теоретик того времени Г. Лоренц показал, что Майкельсон ошибочно истолковал свои наблюдения, которые "на самом деле" не противоречили гипотезе неподвижного эфира; позднее Майкельсон назвал анализ Лоренса "весьма поучительным". (227 )Кроме того, Лоренц показал, что вычисления Майкельсона должны быть неточными; теория Френеля предсказывала только половину тех результатов, которые были получены в опыте американского физика. Из этого Лоренц заключил, что эксперимент Майкельсона не опроверг теорию Френеля и, тем более, не доказал справедливость теории Стокса. Лоренц настаивал на том, что теория Стокса противоречива: она исходит из двух исключающих друг друга требований - неподвижности эфира на поверхности Земли по отношению к последней и, вместе с тем, потенциала относительной скорости; ясно, что эти требования несовместимы.

Однако, если бы даже Майкельсон действительно опроверг теорию неподвижного эфира, сама программа, включающая эту теорию, оставалась бы неприкосновенной; не так уж трудно было бы изобрести какие-то иные варианты эфирной программы, которые предсказывали бы очень малые значения величины скорости эфирного ветра. Лоренц немедленно предложил такую гипотезу. Она была проверяемой, и Лоренц благородно представил ее на суд эксперимента. (228) Майкельсон вместе с Морли приняли вызов.

Эксперимент опять показал, что относительная скорость Земли по отношению к эфиру, по-видимому, равна нулю, что противоречило теории Лоренца. Но к этому времени Майкельсон стал более осторожным в интерпретации своих данных; он даже допускал вероятность того, что солнечная система в целом могла бы двигаться в направлении, противоположном движению Земли; поэтому он решил повторить эксперимент несколько раз с интервалом в три месяца, чтобы "избежать всякой неопределенности". (229) В другой статье Майкельсон уже ничего не говорит о "выводах, следующих с необходимостью" и "ошибочности гипотезы". Его высказывания теперь более осмотрительны: "Из предшествующих рассуждений, как можно с некоторой определенностью судить, следует, что если бы какое-либо относительное движение между землей и светоносным эфиром имело место, его численное значение было бы настолько малым, чтобы отвергнуть френелевское объяснение аберрации". (230)

Это означает, что Майкельсон все же полагал теорию Френеля опровергнутой (вместе с новой теорией Лоренца); но здесь уже нет прежнего утверждения, которое он делал в 1881 г., что опровергнута сама "теория неподвижного эфира". (Существование "эфирного ветра" должно было, по его мнению, проверяться на "высоко поднятых над земной поверхностью установках", например, на вершине горы. (231))

Если теоретики, сторонники эфира, вроде лорда Кельвина, выражали сомнения в "экспериментальной сноровке" Майкельсона, (232 )то Лоренц подчеркивал, что, вопреки простодушным притязаниям этого эксперимента, и его новый эксперимент "также не вносит ясность в вопрос, ради которого был предпринят". (233) Теория Френеля вполне может рассматриваться как интерпретативная, то есть как теория, с помощью которой интерпретируются факты, а не как теория, проверяемая этими фактами; поэтому, рассуждает Лоренц, "значение эксперимента Майкельсона-Морли скорее состоит в том, что он говорит о определенном изменении в процедуре измерения", (23)* размеры тел зависят от их движения сквозь эфир. Лоренц разработал этот "креативный сдвиг" в рамках программы Френеля с большой изобретательностью и утверждал, что ему удалось устранить "противоречие между теорией Френеля и результатом Майкельсона". (235) Но он соглашался с тем, что "поскольку природа молекулярных сил нам еще не вполне известна, проверить эту гипотезу невозможно"; (236) по крайней мере за время своего существования эта гипотеза не смогла предсказать никаких новых фактов. (237 )

Тем временем (в 1897г.) Майкельсон осуществил свой давно задуманный эксперимент по измерению скорости эфирного ветра на вершине горы. Он ничего не обнаружил. Поскольку ранее он полагал, что ему удалось доказать справедливость теории Стокса, согласно которой эфирный ветер мог быть обнаружен на значительной высоте, теперь он был обескуражен. Если бы теория Стокса была верна, градиент скорости эфира должен быть очень малым. Майкельсон был вынужден заключить, что "влияние Земли на эфир распространяется на расстояние порядка земного диаметра". (238) Такой результат он посчитал "невероятным" и решил, что в 1887 г. он вывел ошибочный вывод из своего эксперимента: нужно было отвергнуть теорию Стокса и принять теорию Френеля; теперь он готов согласиться с любой разумной вспомогательной гипотезой, чтобы "спасти" последнюю, не исключая и гипотезы Лоренца 1892г. (239) Теперь, по-видимому, он предпочитает гипотезу Лоренца-Фицджеральда о сокращении продольных размеров движущегося тела; в 1904 г. его коллеги Миллер и Морли начинают серию экспериментов с целью обнаружения зависимости этого сокращения от того, из какого материала состоит движущееся тело. (240)

В то время как большинство физиков пыталось интерпретировать эксперименты Майкельсона в рамках эфирной программы, Эйнштейн независимо от Майкельсона, Фицджеральда и Лоренца, но под влиянием критики Э. Маха в адрес ньютоновской механики, предложил новую прогрессивную исследовательскую программу. (241) Эта новая программа не только "предсказала" и объяснила результат эксперимента Майкельсона-Морли, но и предсказала целый набор фактов, о которых ранее нельзя было и помыслить, причем эти предсказания получили впечатляющие подтверждения. И только потом, спустя двадцать пять лет, эксперимент Майкельсона-Морли стал рассматриваться как "величайший негативный эксперимент истории науки". (242) Но сразу это произойти не могло. Эксперимент был негативным, но по отношению к. чему? Это было не ясно. Больше того, Майкельсон в 1881 г. еще считал свой эксперимент положительным. Тогда он полагал, что опроверг теорию Френеля, но подтвердил теорию Стокса. И сам Майкельсон, и впоследствии Фицджеральд и Лоренц истолковывали результат этого эксперимента положительным образом в рамках программы эфира. (243) Как это бывает со всяким экспериментальным результатом, его негативность по отношению к старой программе была установлена только позднее, после многочисленных попыток ad hoc, направленных на то, чтобы освоить этот результат в регрессирующей старой программе, и после постепенного упрочения новой прогрессивной победоносной программы, в рамках которой он превращается в положительный пример. При этом никогда не исключается возможность того, что какая-то часть регрессирующей программы будет реабилитирована.

Лишь исключительно трудный и неопределенно длительный процесс может привести исследовательскую программу к победе над ее соперницами; поэтому нужно очень осмотрительно пользоваться термином "решающий эксперимент". Даже тогда, когда очевидно, что исследовательская программа уже вытеснила свою предшественницу, это происходит не в результате какого-либо "решающего эксперимента"; если наступает момент, когда решающий эксперимент ставится под сомнение, развитие новой исследовательской программы не приостанавливается, если это не сопровождается мощным прогрессивным импульсом старой программы. (244) Негативность - и значимость эксперимента Майкельсона - Морли определяются прежде всего прогрессивным сдвигом, обеспеченным новой исследовательской программой, в которой он нашел мощную поддержку, и его "величие" есть только отражение величия двух программ, вовлеченных в этот спор.

Было бы интересно провести подробный анализ того, как судьба эфирной теории решалась в соперничестве различных проблемных сдвигов. Но под влиянием наивного фальсификационизма наиболее интересная регрессивная фаза эфирной теории после "решающего эксперимента" Майкельсона попросту игнорировалась большинством эйнштейнианцев. С их точки зрения, эксперимент Майкельсона-Морли сам по себе, без посторонней помощи оказался сокрушителем теории эфира, после чего приверженность ей должна была рассматриваться лишь как свидетельство консерватизма взглядов, граничащего с обскурантизмом. С другой стороны, этот постмайкельсоновский период теории эфира не был критически осмыслен и антиэйнштейнианцами, по мнению которых теория эфира, несмотря ни на что, не проиграла свой матч: все положительное, что можно найти в теории Эйнштейна, по существу содержится в эфирной теории Лоренца, а победа Эйнштейна была лишь данью позитивистской моде. В действительности же длительная серия экспериментов Майкельсона с 1981 по 1935 гг., проведенных, чтобы подвергнуть последовательной проверке различные варианты теории эфира, является поучительным примером регрессивного сдвига проблем. (245 ) ( И все же исследовательские программы способны выбираться из регрессивных провалов. Хорошо известно, что теория эфира Лоренца легко может быть усилена таким образом, что в некотором нетривиальном смысле она будет эквивалентной неэфирной теории Эйнштейна. ( 2 46) В контексте большого "креативного сдвига" эфир может еще вернуться. (247))