Критерии истинности в научном исследовании
Шрифт:
В.Ю.Ирхин, М.И.Кацнельсон
Критерии истинности в научном исследовании
Как свет обнаруживает и самого себя, и окружающую тьму, так и истина есть мерило и самой себя, и лжи
(Б. Спиноза, Этика 2.43).
Для современного человека понятия "научность" и "истинность" зачастую выступают как синонимы. О "научности" своих построений охотно говорят как идеологи ("научный коммунизм"), так и сторонники различных оккультных подходов ("духовная наука", "христианская наука" и т. д.), пытаясь таким путем радикально поднять авторитет своих учений по сравнению с общечеловеческими ценностями. По существу же они претендуют (насколько обоснованно - это другой вопрос) на истинность своих утверждений. При этом критерии истинности в самой науке отнюдь не являются, как мы подробно обсудим ниже, сколько-нибудь ясными и самоочевидными. Возникает забавная ситуация "самозванства второго уровня",
Удобно начать рассмотрение этого вопроса с расхожего мнения, что "наука основана на эксперименте". Это мнение действительно отражает одну из сторон науки (но только одну!), однако нуждается в расшифровке и подробных комментариях.
Экспериментальный метод изучения природы имеет специфику по сравнению, скажем, с простым наблюдением. Последнее до сих пор широко используется в "описательных" науках, таких как зоология или антропология, где в идеале важно как можно меньше вмешиваться в наблюдаемый процесс. При постановке эксперимента мы, напротив, стараемся контролировать условия таким образом, чтобы выделить и, соответственно, изучить какой-то один фактор. Упрощая, можно сказать, что наблюдение - это метод "синтетического" исследования (например, в зоологии при наблюдении поведения животных в естественных условиях важно не потревожить его; претензия состоит в познании животного "как оно есть"). Эксперимент же - это аналитический метод (например, мы пытаемся изучить какой-то один аспект поведения животного путем создания искусственной ситуации, в которой, предположительно, должен проявляться именно этот аспект). Как подчеркивал, в частности, один из создателей ква!!!нтовой механики Э. Шредингер, современная западная наука (прежде всего, механика Ньютона), вопреки господствующему мнению, возникла не столько из попыток объяснить результаты эксперимента, сколько из попыток объяснить результаты астрономических наблюдений (законы Кеплера). Экспериментальный метод гораздо более эффективен в смысле получения большого количества информации. Однако, если говорить о достоверности этой информации, то есть об истинности результатов, с ним связаны определенные опасности. Все дело в том, что выделение того или иного фактора в эксперименте всегда основано на предположениях, что важно, а что неважно для изучаемого явления. Процитируем здесь слова выдающегося российского ученого и организатора науки А. Н. Крылова по поводу некоторых биофизических исследований 20-х годов:
"Я, например, не припомню, каким образом было выделено влияние широты места на чувствительность глаза или иных органов от прочих влияний: температуры, давления, времени года, времени дня, влажности воздуха, направления и силы ветра и прочих физически измеримых факторов, и обеспечено сохранение постоянства факторов физиологических, как, например, сыт или голоден субъект, чем питался, что и сколько пил, как действовал желудок, не имел ли каких радостей или огорчений, и пр. В таких случаях требуется несколько миллионов или даже несколько миллиардов наблюдений, чтобы случайные изменения параметров во всем множестве их возможных сочетаний компенсировались и можно было бы иметь хотя бы некоторое доверие к результату".
Забвение этого важного правила может приводить к анекдотическим выводам, подобным утверждению, что тараканы слышат ногами (таракан с неповрежденными ногами бежит от шума, а с оторванными - в этом смысле не реагирует на шум).
По словам А. Эйнштейна, "только теория решает, что именно можно наблюдать [в эксперименте]" (цит. по книге В. Гейзенберга "Часть и целое"). Особенно важно это помнить, говоря о современных экспериментах, которые практически всегда являются косвенными. Процитируем приведенные В. Гейзенбергом слова Эйнштейна дальше:
"Подлежащий наблюдению процесс вызывает определенные изменения в нашей измерительной аппаратуре. Как следствие, в этой аппаратуре развертываются дальнейшие процессы, которые в конце концов косвенным путем воздействуют на чувственное восприятие и на фиксацию результата в нашем сознании. На всем этом долгом пути от процесса
В наше время следовало бы еще добавить о широком использовании вычислительной техники, позволяющей представить результаты эксперимента в псевдонаглядной, а в действительности условной форме. Реально, когда мы говорим о том, что научное знание основано на эксперименте, необходимо иметь в виду, что проверяется всегда совокупность наших представлений об окружающем мире, и она должна быть в разумной степени непротиворечивой. По словам Эйнштейна,
"конечно, нет логического пути, приводящего к созданию теории; существуют лишь осуществляемые на ощупь конструктивные попытки, контролируемые посредством тщательного анализа познанных фактов...
На опыте можно проверить теорию, но нет пути от опыта к построению теории".
Научное творчество самого Эйнштейна дает яркие примеры "первичности" физической теории по отношению к физическому эксперименту. В позитивном плане - это, прежде всего, одно из величайших творений человеческого разума - общая теория относительности (ОТО), созданная им в 1907-1915 гг. как достаточно формальная математическая конструкция и блестяще подтвержденная всеми последующими экспериментами и астрономическими наблюдениями. Первой такой проверкой было измерение отклонения лучей света в поле тяготения Солнца во время солнечного затмения 1919 года. Эти измерения, выполненные английской астрономической экспедицией под руководством А. Эддингтона, положили начало всемирной славе Эйнштейна. Отметим, что точность этих измерений была не слишком велика. Систематическая проверка предсказаний ОТО (включая существование гравитационных волн) с относительно высокой точностью стала возможна лишь!!! после открытия американскими астрономами Тейлором и Халсом редчайшего объекта - двойного пульсара - через 60 лет после создания теории. Интересно отметить, что, как показали исследования американского историка науки Д. Холтона, и в создании специальной теории относительности основную роль играли не экспериментальные данные (знаменитый опыт Майкельсона-Морли), а тщательный анализ трудностей и внутренних проблем теории электромагнитного поля, созданной Максвеллом. Та огромная роль, которую опыт Майкельсона-Морли играет в современных учебниках, обусловлена скорее педагогическими причинами - реальная история науки подгоняется в преподавании под расхожие представления, что теория основана на эксперименте! Впоследствии неоднократно сообщалось об "опровержениях" специальной и общей теории относительности, однако в конечном счете проверка выявляла несостоятельность этих экспериментов, теория же выходила из всех пере!!!дряг, оставаясь "белой и пушистой".
Творчество Эйнштейна предоставляет нам и "негативный" пример подчиненной роли физического эксперимента. Речь идет об эффекте Эйнштейна де Хааза (вращение ферромагнитного стержня при перемагничивании), открытого ими в 1915 году - в этой работе Эйнштейн выступал как экспериментатор! Опыты Эйнштейна и де Хааза подтвердили качественно и количественно блестящую идею молекулярных токов Ампера как причины магнетизма, и все было бы замечательно, если бы не одно обстоятельство. Ферромагнетизм - явление чисто квантовое, и классическое рассмотрение дает ответ, отличающийся от правильного в два раза! Именно этот неправильный результат и был подтвержден экспериментально. Это было результатом ошибки (впоследствии исправленной), о которой рассказал соавтор Эйнштейна по этой работе В. де Хааз (цитируется по книге А. Пайса "Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна"):
"Значения, которые мы получили [для некоторой величины], были равны 1,45 и 1,02. Второе значение почти равно классическому значению 1, поэтому мы решили, что первое значение оказалось слишком большим из-за погрешностей эксперимента. Мы не измеряли поле соленоида, а рассчитывали его... Мы также не измеряли намагниченность цилиндра, а рассчитывали или оценивали ее... Обо всем этом говорится в статье. Полученные предварительные результаты показались нам удовлетворительными, и легко понять, почему мы сочли значение 1,02 более подходящим".
В общем, как видно, шутливая формулировка закона Ома, данная датским физиком Розеном (см. сборник "Физики шутят"), вполне корректно описывает статус законов физики, устанавливаемых реальными людьми в реальном физическом эксперименте:
"Если использовать тщательно отобранные и безупречно подготовленные исходные материалы, то при наличии некоторого навыка из них можно сконструировать электрическую цепь, для которой измерения отношения тока к напряжению, даже если они проводятся в течение ограниченного времени, дают значения, которые после введения соответствующих поправок оказываются равными постоянной величине".