|
Оглавление
Предисловие автора
В этой книге рассматриваются некоторые современные проблемы философии, методологии и оснований физики. В частности, следующие проблемы: – Содержат ли математические формализмы интерпретации самих себя или же их необходимо дополнять интерпретационными предположениями, и если да, то как эти предположения следует формулировать? – Что описывают физические теории: физические системы или лабораторные операции, или и то и другое, или ни то, ни другое? – Как следует вводить основные (basic) понятия теории: путем ссылок на измерительные операции, или с помощью ясных определений, или же аксиоматически? – В чем состоит использование аксиоматик в физике? – Как соотносятся между собой физические теории: подобно китайским коробочкам (русским матрешкам) или же более сложным образом? – Какова роль аналогий при построении физических теорий и их интерпретации? В частности, неизбежны ли классические аналогии вроде частицы и волны в квантовых теориях? – Какова роль прибора в квантовых явлениях и каково место теории измерения в квантовой механике? – Как теория соотносится с экспериментом: непосредственно или с помощью дополнительных теорий? С этими и некоторыми другими подобными им вопросами сталкивается в своей повседневной работе и физик-исследователь, и физик-преподаватель, и физик-студент. Если ими пренебречь, они всплывут позже, и неверный ответ на них может запутать понимание того, что уже достигнуто, и даже затруднить дальнейшее продвижение. Философия, методология и основания науки подобны кустам роз: они способны доставлять наслаждение, когда за ними ухаживают, и становятся неприятными и колючими, когда ими не занимаются. Для чтения этой книги не нужно никаких предварительных условий, кроме знакомства с теоретической физикой на уровне начальных учебных курсов и искреннего интереса к предмету. Книга может быть использована как для самостоятельного чтения, так и в качестве учебного пособия для студентов и аспирантов. Я весьма признателен Канадскому Совету исследовательского фонда Киллэма за предоставленную мне возможность завершить работу над этой книгой. Марио Бунге
Посвящение
Тем, кто продолжает изучать физику, ибо любит ее, и кто, несмотря на все предшествующее обучение, требования скорейших результатов и давление конъюнктуры, все еще любит свою науку, не оставляет надежды на лучшее понимание ее и отваживается задавать радикальные вопросы. Ибо свет истины для них дороже всего. Из главы 1. Философия: маяк или ловушка?
Было время, когда от философии ожидали решения чуть ли не всех вопросов. Философы самонадеянно вычерчивали главные линии картины мира, а физикам оставляли подсобную роль ее дополнения. Когда этот априористский подход потерпел неудачу, физик заодно отказался и от философии. Сейчас он не ожидает от нее ничего хорошего. Уже одно слово "философия" способно вызвать у него ироническую или даже презрительную улыбку. Ему не доставляет удовольствия свободное вращение в пустоте. Однако пренебрежение философией не избавляет от нее. В самом деле, когда мы говорим об отсутствии интереса к философии, то, вероятно, лишь заменяем философию эксплицитную, явную, философией неявной, имплицитной, а следовательно, незрелой и неконтролируемой. Современный физик отбрасывает устаревшие догматические системы, наполовину непроверяемые и наполовину ошибочные и, как правило, бесплодные в своем большинстве, только для того, чтобы некритически воспринять некоторую альтернативную систему философских догм. Эта домотканая философия, крайне популярная среди физиков-профессионалов, с начала нашего столетия выступает под наименованием операционализм. В ней считается, что символ, так же как и уравнение, имеет физическое значение лишь в той мере, в какой он соотносится с некоторыми возможными операциями человека. Это ведет к утверждению, что физика в целом – наука об операциях главным образом измерительных и вычислительных, а не наука о природе. Данная точка зрения представляет собой возвращение к антропоцентризму, превалировавшему до рождения науки. Студент-физик усваивает операционалистскую философию с самого начала курса своего обучения. Он находит ее в учебниках и лекционных курсах, а также имеет дело с ней на семинарах. Он редко сталкивается с критическим анализом этой философии, обычно осуществляемым философами, которых он не читает. Более того, искушение покритиковать официальную философию науки вряд ли вызовет сочувственную реакцию, поскольку операционализм является ортодоксальной верой и всякое отклонение от него, вероятнее всего, будет осмеяно или даже наказано. Но так или иначе, а операционалист и его критик занимаются философствованием, что само по себе не является чем-то необычным или трудным. То, что действительно трудно, так это разрабатывать хорошую философию, и это куда труднее, чем отказ от философии вообще. Короче, физик не может остаться философски нейтральным. В большинстве случаев он непреднамеренно придерживается системы философских принципов, которые и будут рассмотрены в дальнейшем. 1. Официальная философия физикиСовременный физик, сколь бы в технических вопросах искушенным и критически настроенным он ни был, обычно догматически придерживается так называемого "кредо " наивного физика. Основные догмы этого кредо следующие. I. Наблюдение – источник и предмет (concern) физического знания. II. Ничто не реально, если оно не может стать частью человеческого опыта. Физика в целом имеет отношение именно к этому опыту, а не к объективной реальности. Следовательно, физическая реальность – это некоторая часть человеческого опыта. III. Гипотезы и теории физики представляют собой лишь сконденсированный опыт, индуктивный синтез экспериментальных данных. IV. Физические теории не создаются, а открываются, они могут быть прослежены во множестве эмпирических данных, таких, как лабораторные таблицы. Спекуляции и изобретательство едва ли играют какую-либо роль в физике. V. Целью построения гипотез и теоретических схем является систематизация некоторой части растущего запаса человеческого опыта и предсказание его новых данных. Ни в коем случае не следует пробовать объяснять реальность. Менее всего следует пытаться понять существенное. VI. Гипотезы и теории, которые включают понятия ненаблюдаемых объектов (электроны, поля), не имеют физического содержания, они играют роль лишь математических мостов между действительными или возможными наблюдениями. Эти трансэмпирические понятия не относятся к реальным, но невоспринимаемым объектам, а представляют собой вспомогательные понятия, лишенные референтов. VII. Гипотезы и теории физики не являются более или менее истинными или адекватными, поскольку они не соответствуют никаким объективно существующим предметам. Они служат простыми и эффективными способами систематизации и обогащения нашего опыта, а не компонентами картины внешнего мира. VIII. Каждое важное понятие должно иметь логическое определение. Следовательно, каждое хорошо организованное рассуждение должно начинаться с определения ключевых терминов. IX. Значение фиксируется определением, неопределенный символ не имеет физического значения и поэтому может существовать в физике только как вспомогательное математическое средство. X. Символ получает некоторое физическое значение с помощью операционального определения. Все, что не определено с помощью возможных эмпирических операций, не имеет физического значения и должно быть отброшено. Высказывая или принимая эти десять заповедей, большинство современных физиков, по крайней мере на словах, придерживается их. Это не значит, что все те, кто клянется этими десятью заповедями, фактически им следуют. На самом же деле ни один физик не получил бы принципиально новых результатов, если бы он действовал в строгом соответствии с этими десятью заповедями, ибо последние не отражают реального процесса научного исследования и не способствуют ему. Далее я попытаюсь доказать, что операционализм является ложной философией физики, 2. Наблюдение и реальностьАксиома I, согласно которой наблюдение является источником и объектом физического знания, отчасти истинна. Несомненно, что наблюдение дает некоторое рудиментарное знание. Но даже обычное знание идет дальше наблюдения, когда оно постулирует существование ненаблюдаемых сущностей, таких, как радиоволны и внутреннее строение твердого тела. А физик идет еще дальше, изобретая идеи, которые нельзя было бы получить из повседневного опыта, такие, как понятие мезона или закон инерции. В конечном счете неверно, что наблюдение – источник любого физического знания. Это так же ошибочно, как и утверждение, что истинные наблюдения только те, которые не запятнаны теорией.Кроме того, наблюдение, рассматриваемое как действие, является предметом психологии, а не физики. Так, теория упругости – это теория упругих тел, а не человеческих наблюдений над такими телами. Иначе специалист по теории упругости наблюдал бы поведение своих коллег-физиков, а не поведение упругих тел и предлагал бы гипотезы, касающиеся знания этих вещей, вместо того чтобы попытаться найти гипотетическое объяснение внутренней структуры и видимого поведения упругих тел. В действительности же мысль о некоторых элементарных проблемах явления упругости была подсказана разумным (то есть "пропитанным" теорией) наблюдением, и любая теория упругости должна быть проверена экспериментами, которые включают и наблюдения. Но эти соображения совсем не тождественны утверждениям аксиомы I. Аксиома II относится к метафизике; ее цель – уйти от понятия реальности или на самый крайний случай вывести его за пределы научного исследования. До эры операционализма каждый физик полагал, что он манипулирует реальными вещами или имеет некоторые идеи относительно их. Именно это он и продолжает делать до сих пор, когда работает, а не философствует. В последнем случае, однако, практический реалист часто превращается в эмпирика. Только отдельные консерваторы, подобно Эйнштейну, отваживались утверждать в расцвет операционализма, что физика пытается познать реальность. Недоверие к понятию реальности было, видимо, через позитивизм и прагматизм унаследовано от британских эмпириков и от Канта, которые критиковали утверждения схоластов и других спекулятивных философов, будто мы в состоянии понять неизменную реальность, лежащую за пределами изменяющегося человеческого опыта. Но здесь подразумевалось весьма специальное употребление термина "реальность", которое представляет для нас лишь исторический интерес. И как бы ни было скучно толочь воду в ступе традиционной метафизики, все же интересно узнать, действительно ли физика связана с метафизикой опыта вместо старой метафизики субстанции или же она по-прежнему отвергает обе. Конечно, физика не исключает понятия реальности, но ограничивает ее физическим уровнем, предоставляя другим наукам исследование иных уровней, в частности уровня человеческого опыта. Ни одна физическая теория не высказывает предположений, что ее объектами должны быть чувства, мысли или действия человека. Физические теории – это теории о физических системах. Конечно, хотя физика и не связана с изучением человеческого опыта, она радикально расширяет и углубляет его. Так, получение пучка частиц, обладающих энергией в 1 Гэв, является новым человеческим опытом, так же как и понимание результата рассеяния этого пучка на мишени. Однако стадия планирования и осуществления эксперимента, равно как и разработка соответствующей теории, должны опираться на знания о частицах, а не о людях. Точно так же астрофизик, который изучает термоядерные реакции в недрах звезд, проникает в них не иначе как только мысленно. Он не имеет никакого непосредственного опыта относительно изучаемых им объектов. Однако он полагает или по крайней мере надеется, что его теории имеют нечто реальное, им соответствующее. Конечно, эта вера или, вернее, надежда не беспочвенна в отличие от метафизики прошлого. Ученый проверяет свои теории, сопоставляя их с наблюдаемыми данными, многие из которых могут быть поняты в свете именно тех теорий, которые он проверяет. Иначе говоря, если для проверки наших физических идей необходимы опытные данные различных видов, то эти опытные данные еще не являются референтами упомянутых идей. Искомым референтом физической идеи является реальная вещь. Если случается, что эта конкретная вещь оказывается нереальной, то тем хуже для идеи. Реальность, видимо, не печалится о наших неудачах. Но если мы пренебрегаем реальностью или отрицаем ее существование, то мы приходим к тому, что оставляем науку и отдаемся во власть наихудшей из всех возможных метафизик. 3. Природа физических идейАксиома III относительно природы физических гипотез и теорий экстраполирует на физическую науку то, что имеет силу для одной из областей обыденного знания. Верно, что многие общие утверждения представляют собой индуктивный синтез или суммирование эмпирических данных. Однако ошибочно было бы утверждать, что любая общая физическая идея образована путем индукции из совокупности индивидуальных опытных данных, то есть наблюдений. Рассмотрим формулы теоретической физики. Даже наиболее "практичные" из них – формулы физики твердого тела – содержат более или менее изощренные теоретические понятия, далекие от непосредственного опыта. Более того, гипотезы и теории скорее выделяют опыт, нежели суммируют его, ибо они наводят на мысль о новых наблюдениях и экспериментах. Однако не это наиболее важно в функциях гипотез и теорий. Мы ценим их в первую очередь потому, что они позволяют нам более или менее схематично дать набросок реальности и приближенно и постепенно объяснять последнюю.Ничего нельзя объяснить, указав на нечто как на факт опыта или удостоверившись, что некоторое утверждение охватывает ряд экспериментальных данных. Опыт сам подлежит объяснению, и это объяснение составляет задачу теории. В частности, физические теории, отнюдь не будучи "блоками консервированного опыта", позволяют объяснить одну из сторон человеческого опыта, который сам в свою очередь составляет лишь некоторую часть реальности. Однако их недостаточно, ибо любой человеческий опыт представляет собой макрофакт со многими аспектами и реализуется он на некотором числе уровней, начиная с физического уровня и до уровня мышления. Поэтому соответствующее его объяснение требует взаимодействия физических, химических, биологических, психологических и физиологических теорий. Одним словом, физические идеи выходят далеко за пределы опыта, и именно поэтому они вносят вклад в его объяснение. Таким образом, третья аксиома официальной философии физики ошибочна. К тому же она и вредна, поскольку поддерживает миф, согласно которому ни одна теория не является необходимой, тогда как все данные эксперимента важны. Аксиома IV фактически является следствием аксиомы III. Если теории представляют собой индуктивный синтез, то они не создаются, а формируются путем накопления эмпирических составляющих, почти так же как облако образуется путем собирания водяных капелек. Ошибочность этого тезиса следует из ошибочности аксиомы III, но может быть продемонстрирована независимо указанием на то, что любая теория содержит такие понятия, которые не встречаются в данных, привлекаемых для ее проверки. Так, механика сплошных сред использует понятие внутреннего напряжения, но поскольку это понятие представляет ненаблюдаемую величину, оно не фигурирует в данных, используемых для того, чтобы проверить или сформулировать любую частную гипотезу относительно определенного вида тензора напряжений. Против аксиомы IV может быть выдвинут еще один, психологический, аргумент. Ни одна физическая теория не появилась как результат созерцательных размышлений над поведением вещей или над опытными данными. Каждая физическая теория – это кульминация творческого процесса, который шел гораздо дальше непосредственных данных. Это происходит не только потому, что любая теория содержит понятия, которые не встречаются в соответствующих им экспериментальных утверждениях, но еще и потому, что для любого определенного множества данных имеется неограниченное число теорий, которые могут их объяснить. Не существует одного-единственного пути от данных к теориям. С другой стороны, путь от основных предположений теории к ее проверяемым следствиям является единственным в своем роде. Короче говоря, если индукция неопределенна, то дедукция однозначна. Кроме того, теории не являются фотографиями, они не имеют сходства со своими референтами, а представляют собой символические конструкции, которые в каждую эпоху создаются с помощью имеющихся в наличии понятий. Научные теории – отнюдь не результат индуктивного синтеза. Они суть творения, несомненно подлежащие эмпирической проверке, но не становящиеся от этого чем-то менее творческим. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||