Фальсификация и методология научно-исследовательских программ: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Даже самые динамичные и последовательно прогрессивные исследовательские программы могут "переварить" свои "контр-примеры" только постепенно. Аномалии никогда полностью не исчезают. Но не надо думать, будто не получившие объяснения аномалии - "головоломки", как их назвал бы Т. Кун, берутся наобум, в произвольном порядке, без какого-либо обдуманного плана. Этот план обычно составляется в кабинете теоретика, независимо от известных аномалий. Лишь немногие теоретики, работающие в рамках исследовательской программы, уделяют большое внимание "опровержениям". Они ведут дальновидную исследовательскую политику, позволяющую предвидеть такие "опровержения". Эта политика, или программа исследований, в той или иной степени предполагается положительной эвристикой исследовательской программы. Если отрицательная эвристика определяет "твердое ядро" программы, которое, по решению ее сторонников, полагается "неопровержимым", то положительная эвристика складывается из ряда доводов, более или менее ясных, и предположений, более или менее вероятных, направленных на то, чтобы изменять и развивать "опровержимые варианты" исследовательской программы, как модифицировать, уточнять "опровержимый" защитный пояс.

Положительная эвристика выручает ученого от замешательства перед океаном аномалий. Положительной эвристикой определяется программа, в которую входит система более сложных моделей реальности; внимание ученого сосредоточено на конструировании моделей, соответствующих тем инструкциям, какие изложены в позитивной части его программы. На известные "контрпримеры" и наличные данные он просто не обращает внимания. [132]

Ньютон вначале разработал свою программу для планетарной системы с фиксированным точечным центром - Солнцем и единственной точечной планетой. Именно в этой модели был выведен закон обратного квадрата для эллипса Кеплера. Но такая модель запрещалась третьим законом динамики, а потому должна была уступить место другой модели, в которой и Солнце, и планеты вращались вокруг общего центра притяжения. Такое изменение мотивировалось вовсе не наблюдениями (не было "данных", свидетельствующих об аномалии), а теоретическим затруднением в развитии программы. Затем им была разработана программа для большего числа планет так, как если бы существовали только гелиоцентрические и не было бы никаких межпланетных сил притяжения. Затем он разработал модель, в которой Солнце и планеты были уже не точечными массами, а массивными сферами. И для этого изменения ему не были нужны наблюдения каких-то аномалий; ведь бесконечные значения плотности запрещались, хотя и в неявной форме, исходными принципами теории, поэтому планеты и Солнце должны были обрести объем. Это повлекло за собой серьезные математические трудности, задержавшие публикацию "Начал" более чем на десять лет. Решив эту "головоломку", он приступил к работе над моделью с "вращающимися сферами" и их колебаниями. Затем в модель были введены межпланетные силы и начата работа над решением задач с возмущениями орбит.

С этого момента взгляд Ньютона на факты стал более тревожным. Многие факты прекрасно объяснялись его моделями (качественным образом), но другие не укладывались в схему объяснения. Именно тогда он начал работать с моделями деформированных, а не строго шарообразных планет и т. д.

Ньютон презирал тех, кто подобно Р. Гуку застревал на первой наивной модели и не обладали ни достаточными способностями, ни упорством, чтобы развить ее в исследовательскую программу, полагая, что уже первый вариант и образует "научное открытие". Сам он воздерживался от публикаций до тех пор, пока его программа не пришла к состоянию замечательного прогрессивного сдвига. [133]

Большинство (если не все) "головоломок" Ньютона, решение которых давало каждый раз новую модель, приходившую на место предыдущей, можно было предвидеть еще в рамках первой наивной модели; нет сомнения, что сам Ньютон и его коллеги предвидели их. Очевидная ложность первой модели не могла быть тайной для Ньютона. [134] Именно этот факт лучше всего говорит о существовании положительной эвристики исследовательской программы, о "моделях", с помощью которых происходит ее развитие. "Модель" - это множество граничных условий (возможно, вместе с некоторыми "наблюдательными" теориями), о которых известно, что они должны быть заменены в ходе дальнейшего развития программы. Более или менее известно даже каким способом. Это еще раз говорит о том, какую незначительную роль в исследовательской программе играют "опровержения" какой-либо конкретной модели; они полностью предвидимы, и положительная эвристика является стратегией этого предвидения и дальнейшего "переваривания". Если положительная эвристика ясно определена, то трудности программы имеют скорее математический, чем эмпирический характер. [135]

"Положительная эвристика" исследовательской программы также может быть сформулирована как "метафизический принцип". Например, ньютоновскую программу можно изложить в такой формуле: "Планеты - это вращающиеся волчки приблизительно сферической формы, притягивающиеся друг к другу". Этому принципу никто и никогда в точности не следовал: планеты обладают не одними только гравитационными свойствами, у них есть, например, электромагнитные характеристики, влияющие на движение. Поэтому положительная эвристика является, вообще говоря, более гибкой, чем отрицательная. Более того, время от времени случается, что, когда исследовательская программа вступает в регрессивную фазу, то маленькая революция или творческий толчок в ее положительной эвристике может снова подвинуть ее е сторону прогрессивного сдвига. [136] Поэтому лучше отделить "твердое ядро" от более гибких метафизических принципов, выражающие положительную эвристику.

Наши рассуждения показывают, что положительная эвристика играет первую скрипку в развитии исследовательской программы при почти полном игнорировании "опровержений"; может даже возникнуть впечатление, что как раз "верификации", а не опровержения создают точки соприкосновения с реальностью. [137]Хотя надо заметить, что любая "верификация" n+1 варианта программы является опровержением п-того варианта, но ведь нельзя отрицать, что некоторые неудачи последующих вариантов всегда можно предвидеть. Именно "верификации" поддерживают продолжение работы программы, несмотря на непокорные примеры.

Мы можем оценивать исследовательские программы даже после их "элиминации" по их эвристической силе: сколько новых фактов они дают, насколько велика их способность "объяснить опровержения в процессе роста"? [138]

(Мы можем также оценить их по тем стимулам, какие они дают математике. Действительные трудности ученых-теоретиков проистекают скорее из математических трудностей программы, чем из аномалий. Величие ньютоновской программы в значительной мере определяется тем, что ньютонианцы развили классическое исчисление бесконечно малых величин, что было решающей предпосылкой ее успеха).

Таким образом, методология научных исследовательских программ объясняет относительную автономию теоретической науки: исторический факт, рациональное объяснение которому не смог дать ранний фальсификационизм. То, какие проблемы подлежат рациональному выбору ученых, работающих в рамках мощных исследовательских программ, зависит в большей степени от положительной эвристики программы, чем от психологически неприятных, но технически неизбежных аномалий. Аномалии регистрируются, но затем о них стараются забыть, в надежде что придет время и они обратятся в подкрепления программы. Повышенная чувствительность к аномалиям свойственна только тем ученым, кто занимается упражнениями в духе теории проб и ошибок или работает в регрессивной фазе исследовательской программы, когда положительная эвристика исчерпала свои ресурсы. (Все это, конечно, должно звучать дико для наивного фальсификациониста, полагающего, что раз теория "опровергнута" экспериментом (т. е. высшей для него инстанцией), то было бы нерационально, да к тому же и бессовестно, развивать ее в дальнейшем, а надо заменить старую пока еще неопровергнутой, новой теорией).

(в) Две иллюстрации: Проут и Бор

Диалектику положительной и отрицательной эвристики в исследовательской программе лучше всего показать на примерах. Поэтому я обрисую некоторые аспекты двух исследовательских программ, добившихся впечатляющих успехов: программы Проута, в основе которой была идея о том, что все атомы состоят из атомов водорода, и программы Бора с ее основной идеей о том, что световое излучение производится электроном, перескакивающим с одной внутриатомной орбиты на другую.

(Приступая к написанию исторического очерка, следует, полагаю, придерживаться следующей процедуры: (1) произвести рациональную реконструкцию данного события: (2) попытаться сопоставить эту рациональную реконструкцию с действительной историей, чтобы подвергнуть критике как рациональную реконструкцию - за недостаток историчности, - так и действительную историю - за недостаток рациональности. Поэтому всякому историческому исследованию должна предшествовать эвристическая проработка: история науки без философии науки слепа.* Но здесь я не могу позволить себе подробно останавливаться на второй стадии этой процедуры).

(в1) Проут: исследовательская программа, прогрессирующая в океане аномалий

В анонимной статье 1815 г. Проут выдвинул утверждение о том, что атомные веса всех чистых химических элементов являются целыми числами. Он очень хорошо знал об огромном количестве аномалий, но говорил, что эти аномалии возникают потому, что обыкновенно употребляемые химические вещества не были достаточно чистыми. Другими словами, соответствующая "экспериментальная техника" того времени была ненадежной; в принятой нами терминологии можно было бы сказать, что современные Проуту "наблюдательные" теории, на основании которых устанавливались значения истинности базисных предложений его теории, были ложными. [139]Сторонники теории Проута поэтому были вынуждены заняться весьма нелегким делом: показать несостоятельность теорий, выступающих основаниями для контрпримеров. Для этого требовалось ни много, ни мало революционизировать признанную в то время аналитическую химию, чтобы на новой основе изменить экспериментальную технику, с помощью которой выделялись чистые химические элементы. [140]

Теория Проута, по сути дела, опровергала одну за другой теории, ранее применявшиеся в очистке химических веществ. Но при этом некоторые химики, не выдерживая напряжения, отказывались от новой исследовательской программы, первые успехи которой еще никак нельзя было назвать окончательной победой. Например, Стае, доведенный до отчаяния некоторыми упрямыми, не поддающимися объяснению фактами, в 1860г. пришел к выводу, что теория Проута лишена "каких-либо оснований". [141] В то же время другие химики находились под большим впечатлением от успехов теории и не слишком горевали от того, что успех не был полным.

Например, Мариньяк немедленно парировал выводы Стаса: "Хотя эксперименты. г. Стаса отличаются вполне удовлетворительной точностью, все же нет доказательств против того, что различия, имеющие место между его результатами и следствиями из закона Проута, могут быть объяснены несовершенством экспериментальных методов". [142] Как заметил Крукс в 1886 г., "немало химиков с безупречной репутацией верили в то, что здесь [в теории Проута] истина заслонена некоторыми остаточными или побочными явлениями, которые пока еще не удалось элиминировать". [143] Это значило, что в "наблюдательных" теориях, на которых основывалась "экспериментальная техника" химической очистки и с помощью которых вычислялись атомные веса, должны были иметься какие-то неявные дополнительные ложные допущения. По мнению Крукса, даже в 1886 г. "некоторые атомные веса выражались просто средними значениями". [144] Сам Крукс подошел к этой идее, придав ей научную форму (обеспечивающую увеличение содержания): он предложил новые конкретные теории "фракционирования", нового "разделяющего Демона". [145] Но, увы, эти новые "наблюдательные" теории были столь же ложными, сколь смелыми, и не оказавшись в состоянии предсказывать какие-либо новые факты, они были элиминированы из (рационально реконструированной) истории науки.

Следующим поколениям химиков удалось обнаружить весьма существенное скрытое допущение, вводившее в заблуждение исследователей; оно состояло в том, что два химически чистых элемента могут быть разделены только химическими методами. Идея о том, что два различных химически чистых элемента могут вести себя одинаково во всех химических реакциях, но могут быть разделены физическими методами, требовала изменения, "растяжки", понятия "чистый элемент", что влекло за собой и понятийную "растяжку", расширение самой исследовательской программы. [146] Этот революционный, в высшей степени творческий сдвиг был сделан только школой Резерфорда; [147] лишь "после многих превратностей и самых убедительных опровержений эта гипотеза, столь блестяще выдвинутая Проутом, эдинбургским физиком в 1815 г., спустя сто лет стала краеугольным камнем современных теорий строения атомов". [148] Однако этот творческий прорыв фактически был только побочным результатом прогресса в иной, достаточно далекой, исследовательской программе; сами же сторонники Проута, не имея этого внешнего стимула, даже не пытались, напримр, построить мощные центрифуги - механизмы для разделения элементов.

(Когда "наблюдательные" или "интерпретативные" теории в конце концов элиминируются, то "точные" измерения, проводившиеся на основании невыгодных понятийных каркасов, выглядят - задним числом - скорее забавными. Содди высмеивал "экспериментальную точность", если она является самоцелью: "Есть что-то трагичное, если не трагикомичное, в судьбе выдающейся плеяды химиков XIX века, по праву почитавшихся современниками за высшее мастерство и совершенство точных научных измерений. Ставшие делом их жизни, с таким трудом добытые результаты, по крайней мере на сегодня, выглядят столь же значимыми и интересными как, например, вычисления среднего веса в коллекции бутылок, одни из которых полные, а другие - более или менее пустые". [149]

Подчеркнем, что в свете методологии исследовательских программ, предложенной здесь, никогда не было рациональных причин, по которым могла бы быть элиминирована программа Проута. Эта программа дала превосходный прогрессивный сдвиг, хотя и сталкивалась с серьезными препятствиями. [150]Этот эпизод показывает, как исследовательская программа может бросить вызов внушительному массиву признанного научного знания: она подобна растению, высаженному на неблагоприятной почве, которую затем постепенно преобразует и подчиняет себе.

История программы Проута также очень хорошо показывает, как прогресс науки тормозится джастификационизмом и наивным фальсификационизмом. (Обе эти концепции были на вооружении тех, кто выступал против атомной теории в XIX веке). Исследование этого специфического влияния плохой методологии науки может стать благодарной задачей историка науки.

(в2) Бор: исследовательская программа, прогрессирующая на противоречивых основаниях

Краткий очерк исследовательской программы Бора (ранней квантовой физики) послужит дальнейшей иллюстрацией и расширением нашего тезиса. [151]

Повествование об исследовательской программе Бора должно включать: 1) изложение исходной проблемы; 2) указание отрицательной и положительной эвристики; 3) проблемы, которые предполагалось решить в ходе ее развития: 4) указание момента, с какого началась ее регрессия (если угодно, "точки насыщения"); 5) программу, пришедшую ей на смену.

Исходная проблема представляла собой загадку: каким образом атомы Резерфорда то есть мельчайшие планетарные системы с электронами, вращающимися вокруг положительных ядер) могут оставаться устойчивыми; дело в том, что, согласно хорошо подкрепленной теории электромагнитизма Максвелла-Лоренца, такие системы должны коллапсировать. Однако теория Резерфорда также была хорошо подкреплена. Идея Бора заключалась в том, чтобы не обращать внимания на противоречие и сознательно развить исследовательскую программу, "опровержимые" версии которой несовместимы с теорией Максвелла-Лоренца. [152] Он предложил пять постулатов, ставших твердым ядром его программы: " (1) Испускание ( или поглощение) энергии происходит не непрерывно, как это принимается в обычной электродинамике, а только при переходе системы из одного "стационарного" состояния в другое. (2) Динамическое равновесие системы в стационарных состояниях определяется обычными законами механики, тогда как для перехода системы между различными стационарными состояниями эти законы недействительны. (3) Испускаемое при переходе системы из одного стационарного состояния в другое излучение монохроматично и соотношение между его частотой v и общим количеством излученной энергии Е дается равенством Е=hv, где h-постоянная Планка. (4) Различные стационарные состояния простой системы, состоящей из вращающегося вокруг положительного ядра электрона, определяются из условия, что отношение между общей энергией, испущенной при образовании данной конфигурации, и числом оборотов электронов является целым кратным h/2. Предположение о том, что орбита электрона круговая, равнозначно требованию, чтобы момент импульса вращающегося вокруг ядра электрона был бы целым кратным п/2л. (5) "Основное" состояние любой атомной системы, т. е. состояние, при котором излученная энергия максимальна, определяется из условия, чтобы момент импульса каждого электрона относительно центра его орбиты равнялся п/2л."' [153]

Мы должны видеть решительное различие, имеющее важный методологический смысл, между тем конфликтом, в котором оказались программа Проута и современное ему химическое знание, и конфликтом с современной физикой, в какой вступила программа Бора. Исследовательская программа Проута объявила войну аналитической химии своего времени: ее положительная эвристика имела назначение разгромить своего противника и вытеснить его с занимаемых позиций. Программа Бора не имела подобной цели. Ее положительная эвристика, как бы ни была она успешна, все же заключала в себе противоречие с теорией Максвелла-Лоренца, оставляя его неразрешенным. [[[164]]] Чтобы решиться на такое, нужна была смелость даже большая , чем у Проута; Эйнштейн мучился подобной идеей, но посчитал ее неприемлемой и отказался от нее. [[[165]]]

Мы видим, что некоторые из самых значительных исследовательских программ в истории науки были привиты к предшествующим программам, с которыми находились в вопиющем противоречии. Например, астрономия Коперника была "привита" к физике Аристотеля, программа Бора - к физике Максвелла. Джастификационист или наивный фальсификационист назовет такие "прививки" иррациональными, поскольку не допускают и мысли о росте знания на противоречивой основе. Поэтому они обычно прибегают к уловкам ad hoc, наподобие теории Галилея о круговой инерции или принципа соответствия, а затем и принципа дополнительности Бора, единственной целью которых является сокрытие этого "порока". [154]

Когда же росток привитой программы войдет в силу, приходит конец мирному сосуществованию, симбиоз сменяется конкуренцией, и сторонники новой программы пытаются совершенно вытеснить старую.

Очень возможно, что успех его "привитой программы" позднее подтолкнул Бора к мысли, что противоречия в основаниях исследовательской программы могут и даже должны быть возведены в принцип, что такие противоречия не должны слишком заботить исследователя, что к ним можно просто привыкнуть. В 1922 г. Н. Бор пытался снизить стандарты научного критицизма: "Самое большее, чего можно требовать от теории [т. е. программы], - чтобы [устанавливаемые ею] классификации могли быть продвинуты достаточно далеко, с тем, что область наблюдаемого расширялась бы предсказаниями новых явлений". [155]

[132] Если ученый (или математик) обладает положительной эвристикой, он отказывается быть втянутым в наблюдения. Он будет ""лежать на кушетке, закрыв глаза и забыв о данных". (Ср. [92], особенно р. 300 и далее [русск. перев., с. 98 и далее], где приведен подробный анализ одной из таких программ.) Конечно, он между делом задает Природе неглупые вопросы; ему нравится, когда Природа отвечает "ДА", но ничуть не огорчает, когда она возражает "НЕТ".

[133] Г. Рейхенбах, вслед за Кэджори, дает иное объяснение задержки Ньютоном публикации его "Начал": "К своему разочарованию, он нашел, что наблюдения не согласуются с его результатами вычислений. Вместо того, чтобы предложить теорию, сколь бы ни была она прекрасна, не считаясь с фактами, он предпочел положить ее в стол. где его рукопись и пролежала так долго. Лишь приблизительно двадцать лет спустя после новых измерений окружности земли, сделанных французской экспедицией, Ньютон понял, что геометрические данные, которыми он пользовался, проверяя свою теорию, были неправильными, и что новые данные согласуются с его теоретическими вычислениями. И только после этого он опубликовал свой закон. .. Эта история с Ньютоном - одна из самых ярких иллюстраций метода современной науки" ([174], pp. 101-102). П. Фейерабенд подверг критике описание Рейхенбаха, но не дал альтернативного объяснения ([55], р. 229).

[134] Более подробно об исследовательской программе Ньютона см. [98].

[135] См. об этом [195].

[136] Типичными примерами таких творческих толчков являются вклад Содди в программу Проута или Паули в программу Бора (старую квантовую теорию).

[137] "Верификация" есть подкрепление добавочного содержания в развивающейся программе. Но, разумеется "верификация" не верифицирует программу, она только показывает ее эвристическую силу.

[138] См. [92], р. 324-330 [русск. перев., с. 131-137]. К сожалению, в этой работе я не провел ясного методологического различения между теориями и исследовательскими программами, и это ухудшило изображнеие исследовательской программы в неформальной, квази-эмпирической математике.

[139] Увы, все это скорее рациональная реконструкция, чем действительная ястория. Проут отвергал существование каких бы то ни было аномалий. Например, он утверждал, что атомный вес хлора в точности равен 36.

[140] Проут отдавал себе отчет в некоторых основных методологических особенностях его программы. Вот несколько строк из его работы 1815 г.: "Автор представляет свой труд публике с величайшей робостью. Но он верит, что значение этого труда будет оценено должны образом, а также, что найдутся те, кто попытается исследовать поднятую в нем проблему, прежде чем отвергнуть выводы автора или согласиться с ними. Даже если будет доказана их ошибочность, это исследование могло бы обнаружить еще неизвестные факты либо лучше установить уже знакомые; но если выводы автора найдут подтверждение, новый и заманчивый свет пролился бы на всю химическую науку" [171].

[141] Дж. К Максвелл принял сторону Стаса, он полагал невозможным допущение двух видов водорода, "поскольку, если бы некоторые молекулы были немного массивнее чем другие, мы имели бы возможность разделять молекулы с различными массами, ибо тогда одни молекулы были бы несколько плотнее других. А так как этого сделать нельзя, надо признать, что все они подобны друг другу" [117].

[142] [116].

[143] [33].

[144] Там же.

[145] [33], р. 491.

[146] О "растяжке" понятий см. [92], ч. 4, [русск. перев.: с. 22- 60].

[147] Этот сдвиг был предвосхищен в замечательной работе Крукса [34], где он заметил, что решение следует искать в новом различении "физического" и "химического". Но это предвосхищение осталось умозрительным; только Резерфорду и Содди удалось превратить его в научную теорию.

[148] [184], р. 50.

[149] .Там же.

[150] Эти препятствия побуждали многих отдельных ученых отложить на неопределенный срок или даже отказаться от исследований в рамках программы и присоединиться к другим программам, положительная эвристика которых в то время позволяла достигать более легких успехов, нельзя поиять вполне историю науки, не обращаясь к "психологии толпы".

[151] Историк науки скажет, что это скорее карикатура, чем действительный очерк истории; но я все же надеюсь, что он послужит своей цели. Кое-что в нем надо принимать не со щепоткой, а с целой горстью соли.

[152] В этом, конечно, еще один аргумент против тезиса Уиздома о том. что метафизические теория могут быть опровергнуты, если они противоречат хорошо подкрепленным научным теориям [209].

[153] [13]. р 874; [русск. перев.. с. 147-148]. " Н. Бор в это время считал, что теория Макксвелла-Лоренца должна со временен быть заменена (теория протона. предложенная Эйнштейном, уже показала, что это необходимо). " [77]. \

[154] В нашей методологии такие защитные уловки ad hoc не обязательны, но, с другой стороны, от них нет вреда до тех пор, пока сохраняется ясное понимание, что они знаменуют собой проблемы, а не их решения.

[155] [16], курсив мой.