02.04.24 Небольшие изменения в тексте.
Пьер Дюгем (1861 — 1916) выпустил книгу «Физическая теория, её цель и строение» в 1906 году (перевод на русский в 1910 году). Книга прекрасно написана, она содержит последовательное рассмотрение вопроса о том, что такое физическая теория, при этом выводы опираются на большое количество примеров из истории физики. Отмечу, что вывод Дюгема о невозможности опровержения отдельной гипотезы в теории физики перекликается с анализом Уилларда Куайна (тезис Дюгема-Куайна) и Имре Лакатоса. Важно отметить, что Дюгем ограничивает свое обсуждение только теорией физики и он не рассматривает переход к другим наукам.
Коротко взгляды Дюгема можно охарактеризовать так:
- целью науки является сохранение феномена;
- физическая теория не объясняет, а описывает мир;
- понимание физической теории невозможно без знания истории физики.
В современной философии науку позицию Дюгема обычно относят к научному антиреализму. Для исключения недоразумений укажу, что научный антиреализм ни в коей мере не связан с нереальностью мира, окружающего человека; технически этот термин связан с отличием в интерпретации значения теоретических терминов в теории физики. Важно отметить, что позиция Дюгема более многогранна; так она содержит понятие естественной классификации. Более правильно говорить, что позиция Дюгема соответствует отделению науки от метафизики.
Дюгем подробно рассматривает связь между экспериментом, законом и теорией. Под физическим законом в книге Дюгема понимается обобщение данных эксперимента (закон Гука, закон Гей-Люсака, закон Кулона, закон Ампера и т.д.). Теория в свою очередь является обобщением законов. Тем не менее, связь между экспериментом, законом и теорией достаточно сложна, например, закон нельзя получить из экспериментальных данных автоматически, эксперимент оказывается зависимым от теории, гипотезы для построения теории нельзя получить по индукции.
В первой части книги рассмотрены цели физической теории. Вначале рассмотрена идея о том, что физическая теория является объяснением.
‘Но прежде всего, что такое объяснение? Объяснять значит обнажать реальность от ее явлений, что обволакивают ее каким-то флером, чтобы видеть эту реальность обнаженной и лицом к лицу.’
‘Наблюдение физических явлений приводит нас в соприкосновение не с реальностью, которая скрывается под чувственными ее проявлениями, а только с этими явлениями, взятыми в форме частной и конкретной. Экспериментальные законы не имеют своим предметом материальную реальность; они трактуют об этих же чувственных проявлениях, взятых, правда, в форме абстрактной и общей. Обнажая, сдирая покров с этих чувственных явлений, теория ищет в них и под ними то, что есть в них реального.’
Дюгем показывает, что этот путь неизбежно соединяет физическую теорию с метафизикой, и, таким образом, ценность физической теории оказывается связанной с определенными метафизическими взглядами. Дюгем показывает, что по ходу истории метафизические построения кардинально менялись; также вряд ли когда-нибудь удастся достичь полного согласия по поводу определенной метафизической системы. Поэтому Дюгем отвергает идею физической теории как метафизического объяснения (как устроен мир).
Следующий шаг — рассмотрение теории как описания.
‘Физическая теория не есть объяснение. Это система математических положений, выведенных из небольшого числа принципов, имеющих целью выразить возможно проще, полнее и точнее цельную систему экспериментально установленных законов.’
‘Таким образом, правильной мы должны считать не такую теорию, которая дает объяснение физическим явлениям, соответствующие действительности, а такую, которая наиболее удовлетворительным образом выражает группу экспериментально установленных законов. … Единственный критерий истинности физической теории есть согласие ее с данными опыта.’
Цель физической теории связывается с экономией мышления:
‘Двоякая работа абстракции и обобщения, плодом которой является теория, осуществляет … двоякого рода экономию мысли: одну, когда она одним единственным законом заменяет множество фактов, и другую, когда она небольшим числом гипотез заменяет огромную группу эмпирических установленных законов.’
Также теория является классификацией, при этом есть надежда на то, что достигнутая классификация будет естественной классификацией, то есть, такой
‘что группы, созданные нашей теорией, соответствуют действительным родственным связям между самими вещами.’
Понятие естественной классификации играет большую роль во взглядах Дюгема — оно позволяет рассматривать развитие физики в духе кумулятивного накопления знаний. Насколько я понял, изменение гипотез, на которых основана теория физики, не влияет на совершенствование естественной классификации. Хотя должен признаться, что эта идея Дюгема осталась для меня неясной.
Особенно важно, что на основе правильной теории можно предсказывать новые эффекты. Дюгем приводит в пример волновую теорию света Френеля, рассмотренную Парижской академией наук в 1819 году. Пуассон показал, что согласно теории за кругообразным экраном должны наблюдаться ярко освещенные точки, а Араго экспериментально показал их наличие.
Приведу красочную цитату, в которой объяснение объявляется паразитом:
‘Но объяснительная часть вовсе не является основной частью описательной. Это не семя из которой эта последняя вырастает и не корень, которым питается рост ее. Связь, существующая между обоими частями всегда бывает крайне слабой и искусственной. Описательная часть развивается за собственный счет — специальными и самостоятельными методами теоретической физики. Это совершенно самостоятельно развившийся организм, который объяснительная часть обвивает подобно паразиту.’
‘Не этой объяснительной части, не этому паразиту теория обязана своей силой и своей плодотворностью. Далеко нет. Все, что есть хорошего в теории, благодаря чему она является классификацией естественной, что дает ей возможность предвосхищать опыт, заключается в описательной части; все это было открыто физиком, когда он позабывал искать объяснения. Все же, что есть в теории худого, что оказывается в противоречии с фактами, содержится главным образом в части объяснительной, куда физик внес это, руководимый своим желанием постигнуть реальность.’
В четвертой главе первой части Дюгем критикует использование механических моделей, распространенных в особенности среди английских физиков (см. ниже несколько цитат: Французское и английское мышление). Как пишут, критика Дюгема оказалось настолько успешной, что слово модель ушло из философии науки лет на пятьдесят (модель как нечто второсортное и поэтому не заслуживающее внимания).
Во второй части книги Дюгем последовательно рассматривает структуру физической теории: использование математики для создания количественной теории, первичные качества, опыт в физике, физический закон, связь эксперимента и теории, каким образом выбираются гипотезы при построении теории. В главе ‘Физический опыт‘ Дюгем уделяет большое внимание связи проводимого эксперимента с теорией:
‘Войдите в эту лабораторию. Подойдите к этому столу, на котором установлено множество аппаратов. Здесь и гальваническая батарея, и медные проволоки, обвитые шелком, и склянки, наполненные ртутью, и катушки и железная палочка с зеркальцем. Наблюдатель вставляет в маленькие отверстия металлическое острие штепселя, головка которого сделана из эбонита. Железная палочка приходит в колебательное движение, и от зеркальца, с ней соединенного, отбрасывается на масштаб из целлулоида светящаяся полоска, движение которой наблюдает экспериментатор. Нет сомнения: перед нами произведен эксперимент. При посредстве колебательных движений этого светящегося пятна физик точно наблюдает колебания железной палочки. Спросите его, что он делает. Полагаете ли вы, что он скажет: «Я изучаю колебательное движение железной палочки, соединенной с зеркальцем»? Нет, этого ответа вы от него не получите. Он ответит вам, что измеряет электрическое сопротивление катушки. Вы придете в изумление и спросите его, что значат его слова и какое отношение существует между ними и явлениями, которые он сейчас констатировал вместе с нами. Он ответит вам, что для того, чтобы ответить на ваш вопрос, необходимы слишком долгие объяснения. Пожалуй, посоветует вам прослушать курс по теории электричества.’
Можно сказать, что рассмотрение Дюгема связано с важностью метрологии, которая в свою очередь неразрывно связана с теориями физики. Это обстоятельство часто упускается из виду при обсуждении сравнения предсказанных теоретических значений с экспериментально измеренными величинами.
В ходе обсуждения многозначности выбора закона при описании экспериментальных данных Дюгем рассматривает вопрос простоты уравнения:
‘Он [физик] выберет одну какую-нибудь формулу потому, что она проще других. Слабость нашего ума заставляет нас приписывать большое значение соображениям этого рода. Было время, когда физики принимали, что разум Творца страдает той же слабостью, когда простота законов природы считалась догматом, не подлежащим ни малейшему сомнению, догматом, во имя которого осуждался каждый закон, выраженный в слишком сложном алгебраическом уравнении, а простота закона обеспечивала за ним достоверность и значение, выходившие далеко за пределы экспериментальных методов, при помощи которых он был найден.’
В главе ‘Физическая теория и эксперимент‘ Дюгем уделяет много вниманию вопросу проверки теории физики, которая объединяет вместе ряд гипотез. Дюгем утверждает, что эксперимент не дает возможности независимой проверки отдельной гипотезы — проверка касается всей теории целиком. Поэтому отличие предсказаний от измерений свидетельствует, что в данной теории что-то не так, но из этого нельзя точно сказать, какая гипотеза неправильна. См. заметку Пьер Дюгем vs. Карл Поппер.
Еще одна цитата против идеи теории как объяснения. Контекст — логика требует непротиворечивости физической теория.
‘Требует ли логика, чтобы наши гипотезы вытекали из какой-нибудь космологической системы или, по крайней мере, чтобы они были в согласии в выводами из такой системы? Ничуть не бывало. Наши физические теории вовсе не стремятся быть объяснениями, наши гипотезы вовсе не являются допущениями касательно самой природы материальных вещей. Наши теории имеют только экономическое обобщение и классификацию экспериментальных законов. Они автономны и независимы от всей и всякой метафизической системы. Наши гипотезы, на которых мы строим наши теории, не имеют, поэтому, нужды заимствовать свой материал у той или другой философской доктрины. Они не ссылаются на авторитет той или другой метафизической школы и не боятся ее критики.’
В последней главе ‘Выбор гипотез‘ Дюгем показывает, что идея взаимного притяжения тел имела долгую историю до Ньютона. При этом астрологи оказались наиболее близки к правильному объяснению приливов под воздействием Луны и Солнца:
‘Но следует признать, что только у врачей и астрологов 16-ого столетия получила точное выражение и стала плодотворно влиять идея двух видов приливов и отливов, равного рода, но не равной интенсивности — одного рода, вызываемого луной, и другого, вызываемого солнцем. Только они стали объяснять различные изменения приливов и отливов совпадением или несовпадением этих двух родов их.’
В заключение одна цитата из раздела «Физик не выбирает гипотез, на которых он обосновывает свои теории, а они зарождаются в его уме помимо него» :
‘Логика предоставляет физику почти полную свободу при выборе гипотезы. Но это отсутствие всякого руководительства и всякого правила не должно его смущать, потому что в действительности не физик сам выбирает гипотезу, которую он кладет в основу своей теории. Он в такой же мере не выбирает ее, как цветок не выбирает цветочной пыли, которая его оплодотворяет. Он ограничивается тем, что широко открывает свой венчик ветру или насекомому, которые принесут ему эту пыль. Точно также физик ограничивается тем, что вниманием и рассуждением он подготавливает свой ум к восприятию идеи, которая зародится в его уме без его помощи. Когда однажды спросили Ньютона, как он делает открытия, он ответил: «Я постоянно думаю о предмете моих исследований и дожидаюсь, чтобы первые лучи света, медленно и скупо подкрадывающиеся, сменились полным и ясным светом» .’
Информация
Пьер Дюгем, Физическая теория, её цель и строение. СПб., 1910. (Репринт: М.: КомКнига, 2007)
См. также: Пьер Дюгем: Сохранить феномены (объяснение и описание в астрономии от Птоломея до Галилея)
См. также: Философия физики Пьера Дюгема (из книги Стефано Бордони ‘Когда историография встретилась с эпистемологией‘)
Обсуждение
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/231078.html
16.05.2020 Пьер Дюгем: Французское и английское мышление
Считается, что наука интернациональна. Но есть национальные отличия, которые в особенности любили обсуждать в девятнадцатом — начале двадцатого века (французская, немецкая и английская науки). В настоящее время это обстоятельство предпочитают замалчивать из соображений политкорректности. Ниже несколько цитат по этому поводу из книги Пьера Дюгема Физическая теория:
‘с. 77. Итак, французский ум столь силен, что он не боится абстракции, обобщения, но слишком узок для того, чтобы суметь представить себе что-нибудь сложное раньше, чем оно приведено в полный порядок, тогда как у англичанина характерным является ум широкий, но слабый. Какую область творчества мы ни взяли бы, мы везде найдем эту противоположность, сравнивая произведения того и другого народа.’
‘с. 81. Англичанин по существу своему консерватор. Он соблюдает все традиции, каково бы ни было их происхождение. Он без смущения ставит рядом память о Кромвеле с памятью о Карле I. … Французу нравится история ясная и простая, развитая в известном порядке и по известному методу, когда все события вытекают из политических принципов, на которые она ссылается, таким же образом, как следствия вытекают из математической теоремы.’
‘с. 83. Перед нами два наэлектризованных тела. Нужно создать теорию взаимного их притяжения или отталкивания. Физик французский или немецкий, называется ли он Пуассон или Гаусс, представляет себе во внешней среде этих тел некоторую абстракцию, которую обозначает названием материальной точки, в связи с некоторой другой абстракцией, которая называется электрическим зарядом. Затем он старается вычислить третью абстракцию — силу, действующую на материальную точку.’
‘с. 83-84. Вся эта теория электростатики представляет собою некоторое сочетание абстрактных понятий и общих положений, сформулированных в ясных и точных выражениях геометрии и алгебры и связанных между собой правилами строгой логики. Эта система вполне удовлетворяет ум французского физика, его стремление к ясности, простоте и порядку.
У англичанина все обстоит иначе. Абстрактные понятия материальной точки, силы, силовой линии, поверхности равного потенциала не удовлетворяют его потребности представить себе конкретные материальные вещи, видимые и осязательные. «Покуда мы придерживаемся этого метода описания, говорит один английский физик, мы не можем создать себе абстрактного представления о явлениях, происходящих в действительности» . Чтобы удовлетворить эту потребность он создает себе модель.
Французский или немецкий физик представляет себе в пространстве, разделяющим два кондуктора, абстрактные силовые линии, не имеющие никакой толщины и вообще реально не существующие. Английский физик сейчас же материализует эти линии, придает им толщину трубки, которую он изготовляет из вулканизированного каучука. Вместо группы идеальных силовых линей, представляемых только в уме, к его услугам пучок упругих нитей, видимых и осязаемых, которые, упираясь своими двумя концами в поверхности обоих кондукторов, находятся в состоянии напряжения, стремясь к сокращению и одновременному утолщению. … Вот такова знаменитая модель электростатических действий, придуманная Фарадеем, — модель, которую Максвелл и вся английская школа превозносит, как произведение гения.’
‘с. 85. Пользование подобными механическими моделями вовсе не облегчает читателю-французу усвоением теории. Напротив того, в лучшем случае ему приходится затратить не мало сил, чтобы понять функцию аппарата, порой весьма сложного, который описывает ему английский автор, и уразуметь аналогии между свойствами этого аппарата и положениями теории, которую он должен иллюстрировать. Часто он тратит на это больше сил, чем ему пришлось бы затратить, чтобы понять абстрактную теорию, которую аппарат должен воспроизвести во всей ею чистоте.
Напротив того, англичанин считает пользование моделью совершенно необходимым для изучения физики, и вид модели чуть ли не смешивается для него в одно непрерывное целое со смыслом самой теории. Удивительно то, что то же смешение вида модели со смыслом теории было формально признано и провозглашено ученым, который в настоящее время представляет собой наивысшее воплощение научного гения англичан. Мы говорим об ученом, давно прославившем свое имя Уильяма Томсона и возведенного в пэры под именем лорда Кельвина.’
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/230866.html
04.04.2024 Дюгем о простоте законов физики
См. выше цитату про простоту.