Философия естественнонаучного эксперимента[1]

Философское обсуждение эксперимента имеет в XX в. несколько волн, каждая из которых связана с обсуждением определенных проблем. К таким проблемам относятся: отличие естественнонаучного эксперимента Нового времени от наблюдений в Античности и Средние века, теоретическая и приборная «нагруженность» эксперимента, критерии достоверности современного сложного эксперимента (в первую очередь, проблемой замкнутости экспериментальной системы), какого типа знания может дать мысленный и компьютерный эксперимент.

Современный этап развития философии эксперимента на Западе можно отсчитывать от выхода упомянутой выше работы Яна Хакинга «Представление и вмешательство» [9]. В этой книге Хакинг обращается к эксперименту как средству защиты реалистической позиции в рамках спора реалистов и антиреалистов (см. гл. 8)^[2]. Его работы стимулировали интерес историков науки к практике экспериментирования, и в 1980;е гг. вышли работы Питера Галисона [18] и Эндрю Пикеринга [24] по философии, истории и социологии эксперимента и физика-экспериментатора и философа А. Франклина по анализу экспериментальной практики [15].

Важной вехой развития философии эксперимента явился выход сборника под редакцией Г. Раддеpa «The Philosophy of Scientific Experimentation» (2003). В этом сборнике опубликованы статьи Г. Хона, М. Хайдельбергера, Р. Харре, Дж. Вудварда и ряда других философов, которые предложили свой взгляд на вопросы, сформулированные в философии эксперимента. В 2012 г. вышло дополненное переиздание книги Г. Раддера [26], где он продолжает обсуждение вопросов материальной реализации, теоретического описания эксперимента, производства явлений в эксперименте и различные возможности для реалистического понимания эксперимента^[3].

Сущность эксперимента

Физику и естественную науку в целом часто выделяют как экспериментальную науку, но что такое эксперимент? Чем эксперимент в физике Нового времени отличается от наблюдения или опыта Античности или оксфордских схоластов Средних веков? Эта тема с разных сторон подробно рассматривается в нашей литературе в работах [1; 3].

Л. М. Косарева это отличие фиксирует так: «Эмпиризм, восходящий к Аристотелю, вырастает из ценностного отношения к непосредственной действительности как к разумному и совершенному естественному порядку вещей, как к прекрасному и гармоничному Космосу. Согласно методологии эмпиризма непосредственный «естественный» опыт «беременен» теорией, и мышление человека «извлекает» теорию из этого опыта. Методология эмпиризма пронизана идеей невмешательства в естественный ход вещей, идеей неприкосновенности естества. Данная методология характерна для схоластической концепции природы.

Напротив, методология экспериментализма построена на идее допустимости вторжения в естественный ход событий с целью вычленения в нем разумного, совершенного, «идеального объекта»" [3, с. 324−325]. «Исследуемое явление должно быть предварительно препарировано и изолировано с тем, чтобы оно могло служить приближением к некоторой идеальной ситуации» , — продолжает она, используя цитату из работы [7, с. 85].

Мы полагаем, и это вполне соответствует общему духу вышесказанного, что специфика естественной науки Нового времени состоит в том, что в центре внимания здесь оказываются не Космос или Природа, а отдельные явления в виде объектов или процессов, которые часто вычленяются из природного фона и переносятся в лабораторию, где могут подвергаться различным воздействиям, в чем и состоит экспериментальное исследование явления. Такими отдельными явлениями становятся падающее или брошенное тело у Г. Галилея, течение воды в канале Бернулли, взаимодействие зарядов и токов у Кулона и Ампера и т. д. Эксперимент вычленяет эти явления из природного фона, который ниже мы будем обсуждать в связи с проблемой замкнутости экспериментальной системы.

Основываясь на представленном в гл. 9 подходе, введем общую схему эксперимента (которая близка схеме эксперимента, введенной (боком для квантовой механики [8]):

(10.1.1)

где {Р| и |?} - операции приготовления (физической системы (объекта) в определенном состоянии, например, механической частицы в пустоте у Галилея или Ньютона, электрона у Пикеринга) и измерения изучаемого явления (ph), Tph — гипотетическая теория явления.

Последняя может и не существовать. В этом случае эксперимент предшествует теории явления. Этот случай можно назвать зондирующим экспериментом со схемой {P|ph|M}. Однако конечной целью исследования явления

служит построение его теории (т.е. ВИО-модели, согласно гл. 9). Поэтому экспериментальное исследование явления — это только одна «сторона медали». Другую составляет искомая теория явления. Именно пара «явление и его теория» составляет целостную единицу в эксперименте (как ВИО-, так и ПИО-эксперименте (см. гл. 9)). Это ярко демонстрирует история с открытием реликтового излучения. Его значение было оценено лишь после того, как эмпирическое открытие нашло свою теорию — теорию горячей Вселенной Гамова.

Правда, параллельно указанным лабораторным явлениям выделяют явления в природе, которые нельзя поместить в лабораторию (хороший пример — звезды в астрофизике или животные в биологии). Этот случай будем называть «наблюдением». То есть наблюдение тоже описывается схемой (10.1.1), но место приготовления занимает выбор среди того, что находится в готовом виде в природе. Наблюдатель должен, часто руководствуясь указаниями теории изучаемого явления (T), выделить это явление из всего многообразия природных феноменов (фона), зафиксировать и затем измерить^[4] (т.е. сравнить с эталоном) некоторые величины, характеризующие это явление. Одним из этапов измерения является анализ данных, в ходе которого показания приборов при помощи инструментальных теорий переводятся на язык теорий явления.

Большинство современных экспериментов ставится на основе теорий и гипотез исследуемого явления, отвечающих наличию Tph в схеме (10.1.1). Но это не обязательно. Описывая свои представления об экспериментальной практике, Я. Хакинг [9] приводит примеры экспериментов, которые имеют «самостоятельную жизнь» , независимую от теории. Он приводит ряд примеров экспериментов XX в., в которых экспериментаторы не руководствовались никакими теориями явлений: такие как наблюдения комет, теплового излучения, обнаружение Дэви газа, испускаемого водорослями и вспыхивающего от свечи, обнаружение реликтового излучения, эксперименты с электронными микроскопами. Во всех этих случаях экспериментаторы не имели теории изучаемого явления. В этом же ряду стоят измерения атомных спектров в XIX в. и свойства элементарных частиц в 1960;е гг., открытие дифракции Гуком и Гримальди [15], дисперсии света Ньютоном. Во всех этих случаях, отмечает Хакинг, исследователи не были бездумными эмпиристами. Они были пытливыми и любознательными людьми, пытавшимися найти теорию для исследуемого явления, но во всех этих случаях очевидно, что наблюдения и измерения предшествовали формулировке теории. Схема (10.1.1) охватывает и такого рода эксперименты (в прошлом они встречались чаще), в которых теория Tph явления отсутствует.

Важной чертой гетерогенной схемы (10.1.1) является указание на четкую границу между исследуемыми объектами и приготовительными и измерительными приборами. Мы, в противоположность боровскому тезису о явлении как единстве прибора и объекта (см. параграф 15.4), исходим из того, что исследуемый объект и используемые приборы четко разделены. Чтобы четче зафиксировать это принципиальное понятийное, а не терминологическое различие, понятие «приготовление» (выбор в случае наблюдения) мы относим к исследуемому объекту и его состояниям, а по отношению к приборам применяем понятия «отбор», «создание», «настройка». Приборы можно менять или создавать по усмотрению экспериментатора. Например, в случае экспериментов со сверхпроводимостью объектом (эмпирическим) является проводник при низкой температуре, прибором приготовления — охладительная установка, а прибором измерения — амперметр, измеряющий ток, протекающий через этот проводник. Термин «приготовление» адекватен по отношению к объекту, который существует независимо от приборов измерения. В случае приборов, используемых для приготовления, ситуация несколько сложнее, здесь уже речь идет не о независимости исследуемого объекта (системы), а о его четком отличии, важно фиксировать различие между, скажем, электронной пушкой и приготовляемыми ею электронами. Прибор и исследуемый объект — это принципиально разные вещи.

• [1] Глава написана при поддержке гранта Российского гуманитарного научного фонда (РГНФ)№ 12−03−12 023.
• [2] Хакинг развил причинный, или манипулятивный, реализм, в котором основанием уверенности в существовании объектов служит возможность манипулирования ими в ходе эксперимента («электроны реальны потому, что мы можем их напылять»), осуществлять «вмешательство» .
• [3] Развитие философии научного эксперимента в 2010;е гг. ознаменовалось созданием специализированных междисциплинарных проектов, таких, например, как группа «Эпистемология на БАК» (Большой адронный коллайдер) при университете Вупперталь, Германия.
• [4] В измерении, по-видимому, следует, как это делает Дж. Максвелл, различать фиксацию величины и ее измерение.