Эксперимент 1887 года был в некотором смысле менее удовлетворительным, чем на то надеялся Майкельсон. Два исследователя не получили нулевого результата с более тонким оборудованием. Как Майкельсон писал Рэлею в 1887 году, “если эфир и увлекается Землей, относительная скорость меньше, чем одна шестая скорости Земли”. Он думал, что они должны переделать свой эксперимент в другое время года и посмотреть, влияет ли существенным образом высота на скорость эфирного ветра. Лакатош удивляется, что Майкельсон не предпринял того, что сам считал необходимым сделать на следующем этапе. Происходило ли это в силу его озабоченности тем, что делает теория? Нет. Майкельсон был экспериментатором. Он опубликовал целую серию работ по своему новому изобретению, интерферометру, которые он считал более удивительными, чем работы по эфиру. Он поразил воображение Американской Ассоциации по Распространению Науки своим “Ходатайством о световых волнах”, в котором указывалось, как можно получить новое точное определение стандартного метра с использованием его изобретения и световых лучей.
Повторение эксперимента: Майкельсон дважды возвращался к эфиру. Лакатош пишет: “Длинная последовательность опытов Майкельсона с 1881 года до 1935 года, проводимых с целью проверок сменявших друг друга версий эфирной [исследовательской] программы, дает прекрасный пример сдвига в сторону регрессивной программы”. Наверное, с 1931 по 1935 год эксперименты проводились Майкельсоном в загробном мире, поскольку в 1931 году он умер. “Длинная последовательность опытов”, проделанных Майкельсоном между 1881 годом и 1935, на самом деле, состояла из экспериментов 1881, 1886, 1887, 1897, 1925 годов. Множество других людей пытались улучшить или модифицировать результаты Майкельсона, но длинной последовательности опытов Майкельсона не существовало.
Его эксперимент 1897 года показал, что высота не влияет на результаты его опытов. Майкельсон сказал, что этому может быть множество объяснений, с которыми он оставляет возиться теоретиков.
Может быть, говорит он, земная атмосфера больше, чем мы думаем. Может быть, идея Фитцжеральда о сжатии, тогда бывшая в моде, верна. Может быть, Стокс был прав с самого начала. Экспериментатор Майкельсон не следует какой-либо программе, о которых пишет Лакатош. Что же касается эксперимента 1925 года, то Миллер заявил об обнаружении эфирного ветра, так что 75-летний Майкельсон проделал заново свой юношеский опыт, чтобы поверить, что он не сделал ужасной ошибки. Он и в самом деле не сделал ее.
Экспериментальные и рациональные способности
Поппер рассматривал опыт Майкельсона-Морли как очевидный критический эксперимент, породивший теорию относительности. В частности, эксперимент предполагает, что свет имеет одну и ту же скорость во всех средах и во всех направлениях. Критикуя Поппера, Лакатош и многие другие совершенно правильно говорят, что историческая релевантность опыта Майкельсона к теории относительности лишь косвенна. Но и Поппер, и Лакатош подчеркивали только рациональную способность. Существует еще множество опубликованных фантазий об опыте Майкельсона-Морли, и в своем кратком очерке я, конечно же, не претендую на окончательные выводы. Я выбрал Лакатоша в качестве обучающего примера, потому что считаю его собственную философию значительной. Когда же он начинает делать теоретические выводы из случаев из реальной жизни, то вывод всегда бывает слишком поспешным. Философия, доминируемая теорией, делает человека слепым к реальности.
Несомненно, что Майкельсон несколько напоминает бэконовского муравья, волшебника в устройстве опыта и слабого в теории, хотя и не несведущего в ней. Лоренц (хотя и в меньшей степени) был бэконовским пауком. Оба высоко ценили друг друга. Лоренц вдохновлял работу Майкельсона, в то же самое время пытаясь разработать математику эфира, которая объяснила бы его поведение. Если и существовала регрессивная программа, то это была программа Лоренца. Более важно, что мы видели взаимодействие между двумя типами талантов. Необычайный интерес по отношению к теории относительности Эйнштейна сделал теоретическую работу в этой области более важной. Майкельсон также открыл новые области экспериментальной техники. Как писал Бэкон, наука должна быть подобна пчеле, обладающей талантами муравья и паука, но способной сделать больше, то есть переварить и интерпретировать опыты и теорию.
16. Экспериментирование
и научный реализм
Экспериментальная работа предоставляет самый сильный довод в пользу научного реализма. Это происходит не потому, что мы проверяем гипотезы об объектах, а потому, что с объектами, которые в принципе не “наблюдаемы”, можно манипулировать регулярным образом, с тем чтобы получать новые явления и исследовать другие аспекты природы. Они являются средствами, инструментами не мысли, а дела. Электрон – любимый объект философов. Я покажу, как электроны стали экспериментальными объектами или объектами экспериментатора. На ранних стадиях открытия того или иного объекта мы можем проверять гипотезу о том, что он существует. Даже это не является рутинной работой. Когда в 1897 году Томсон понял, что объекты, называемые им “корпускулами”, испаряются с катодов, первым, что он сделал, было измерение массы этих отрицательно заряженных частиц. Он произвел грубую оценку заряда e и измерил e/m. Он также получил довольно точную оценку m. Милликен следовал некоторым идеям, уже обсуждавшимся у Томсона в Лаборатории Кавендиша. К 1908 году ему удалось определить заряд электрона, то есть вероятную минимальную единицу электрического заряда. Следовательно, с самого начала ученые не столько проверяли существование электронов, сколько взаимодействовали с ними. Чем больше мы начинаем понимать причинные силы, связанные с электронами, тем больше мы можем построить приборов, с помощью которых можно получать хорошо известные эффекты в других областях природы. К тому времени, как мы становимся способными использовать электрон для манипуляции с другими объектами, электрон перестает быть чем-то гипотетическим, чем-то выводимым. Он перестает быть теоретическим и становится экспериментальным.
Экспериментаторы и объекты
Большая часть физиков-экспериментаторов являются реалистами относительно некоторых теоретических объектов, а именно тех, которые они используют. Я заявляю, что они и не могут не быть ими. Несомненно, что многие также являются реалистами относительно теорий, но это не столь существенно для них. Экспериментаторы часто бывают реалистами относительно объектов, которые они исследуют, но они не обязательно должны быть ими. У Милликена, видимо, не было мучительных сомнений по поводу реальности электронов, когда он занялся измерением их заряда. Но он мог скептически относиться к тому, что он мог найти, до того, как он это нашел. Но и после этого он мог остаться скептиком. Он мог бы рассуждать так: может, и существует минимальная единица электрического заряда, но не существует частицы или объекта с точно таким количеством заряда. Экспериментирование с объектом еще не заставляет поверить, что он существует. Только манипулирование с объектом при экспериментировании с чем-нибудь другим может в этом убедить.
Более того, даже если вы используете электроны для экспериментирования с чем-то другим, это еще не делает невозможными сомнения в существовании электронов. Но понимая некоторые причинные свойства электронов, можно делать предположения о том, как построить очень сложный прибор, который позволит вам упорядочить электроны тем способом, которым вы хотите, для того чтобы увидеть, что случится с чем-то другим. Как только у вас есть правильная экспериментальная идея, вы наперед знаете, как построить прибор, потому что вам известно, как можно заставить электрон вести себя определенным способом. В этом случае электрон больше не является средством организации наших мыслей или средством спасения наблюдаемых явлений. Электроны оказываются средством создания явлений в другой области природы. Электроны становятся инструментами.
Существует важное экспериментальное различие между реализмом относительно объектов и реализмом относительно теорий. Предположим, мы говорим, что реализм относительно теорий – это вера в то, что цель науки – достижение истины. Вряд ли кто-либо из экспериментаторов будет это отрицать. Только философы сомневаются в этом. Но получение истины – это весьма далекая цель. В то время как такая цель, как получение электронного пучка, достигается посредством имеющихся в наличии электронов. Нацеливание точно настроенного лазера на определенный атом для того, чтобы выбить определенный электрон, тем самым приводя к созданию иона, – это опять-таки нацеливание на уже имеющиеся электроны. В настоящий момент не существует множества теорий, в которые необходимо верить. Если реализм относительно теорий является учением о целях науки, то это учение, нагруженное определенными ценностями. Если реализм относительно объектов – это вопрос об использовании электронов на следующей неделе или задача нацеливания на другие электроны неделю спустя, то это учение весьма нейтрально по отношению к ценностям. То, как экспериментаторы являются научными реалистами относительно объектов, совершенно отлично от того, как они могут быть реалистами относительно теорий.
Это различие проявляется, когда мы обращаемся от идеальных теорий к тем, которые существуют сейчас. Многие свойства надежно приписаны к электронам, но большинство свойств выражено в многочисленных теориях или моделях, о которых экспериментатор может знать довольно мало. Даже ученые из одной группы, которая работает над разными частями одного большого эксперимента, могут придерживаться различных и несовместимых теоретических описаний электрона. Это происходит потому, что различные части эксперимента будут использовать электрон по-разному. Модели, пригодные для одного аспекта электрона, будут плохими для других аспектов. Порой группа стремится выделить одного из своих членов с совершенно иными теоретическими представлениями для того, чтобы просто иметь кого-нибудь, кто может решать эти экспериментальные проблемы. Может быть выбран кто-нибудь с образованием, полученным в другой стране, чей теоретический язык сильно отличается от вашего, с целью получить тот эффект, который вы желаете.