В защиту науки (Бюллетень 3) - Комиссия по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований РАН

Посмотрим, что требуется для открытия несовместимости между феноменом броуновского движения и вторым законом термодинамики. Для этого требуется: а) измерить точное движение частицы, с тем чтобы установить изменение ее кинетической энергии и энергию, потраченную на преодоление сопротивления жидкости, и б) точно измерить температуру и теплоту, переданную окружающей среде, для обоснования утверждения о том, что любая потеря в данном случае действительно компенсируется ростом энергии движущейся частицы и работой, затраченной на преодоление сопротивления жидкости.

Это чрезвычайно путаное объяснение расшифровать можно только предположительно. В пункте (б) говорится, по-видимому, о сохранении энергии. Закон сохранения энергии — это первый закон термодинамики. Таким образом, Фейерабенд утверждает, что если бы можно было непосредственно проверить выполнение первого закона термодинамики в случае броуновской частицы, это опровергло бы второй закон термодинамики. Разумеется, это абсолютная чепуха.

Какой же вывод делается из всего этого?

Поэтому «прямое» опровержение второго закона термодинамики, которое опиралось бы только на «феноменологическую» теорию и «факт» броуновского движения, невозможно. Оно невозможно вследствие структуры мира, в котором мы живём, и в силу законов, справедливых в этом мире.

В самом деле, прямое опровержение законов, справедливых в мире, в котором мы живём, невозможно в силу законов, справедливых в этом мире. О, философия!..

И, как хорошо известно, действительное опровержение этого закона было получено совершенно иным образом: оно было получено с помощью кинетической теории и благодаря её использованию Эйнштейном при вычислении статистических свойств броуновского движения. При этом феноменологическая теория (T) была включена в более широкий контекст статистической физики (T) таким образом, что условие совместимости было нарушено, и лишь после этого был поставлен решающий эксперимент (исследования Сведберга и Перрина).

А вот здесь мы сталкиваемся с ещё одной упрямо повторяющейся темой. Здесь утверждается, что феноменологическая термодинамика (теория тепловых явлений, оперирующая понятиями температуры, давления, количества тепла и т. п., но не связывающая их с молекулярным строением вещества) была опровергнута статистической физикой (теорией теплоты как молекулярного движения). Между тем любой физик скажет вам, что статистическая термодинамика, наоборот, обосновала феноменологическую. Совершенно аналогичным образом философы считают, что, например, теория относительности опровергла ньютоновскую динамику, а физики — что доказала. Как возможно такое фундаментальное расхождение во взглядах? В этом мы попробуем разобраться на примере из Куна.

Надо сразу сказать, что Кун грамотнее и Лакатоса, и тем более Фейерабенда в том, что касается понимания физики. Цитировать здесь придётся больше.

Наиболее известным и ярким примером, связанным со столь ограниченным пониманием научной теории, является анализ отношения между современной динамикой Эйнштейна и старыми уравнениями динамики, которые вытекали из «Начал» Ньютона. С точки зрения настоящей работы, эти две теории совершенно несовместимы в том же смысле, в каком была показана несовместимость астрономии Коперника и Птолемея: теория Эйнштейна может быть принята только в случае признания того, что теория Ньютона ошибочна. Но сегодня приверженцы этой точки зрения остаются в меньшинстве. Поэтому мы должны рассмотреть наиболее распространённые возражения против неё.

Кун — методолог, и мотивировка его «Структуры научных революций» методологическая. Отсюда его склонность к нормативным утверждениям вроде «теория… может быть принята только в случае…». Выглядит это так, будто он представляет некий отдел технического контроля, который решает, принять ли теорию или забраковать. К сожалению, методологи науки решительно ограничиваются теми случаями, когда решение уже принято без них. Мне не приходилось встречать работ, в которых методологи рассматривали бы современные конкурирующие теории в области элементарных частиц или космологии и заключали, какие из них предпочтительнее с методологической точки зрения. (Впрочем, см. статью M. Massimi "What Demonstrative Induction Can Do Against the Threat of Underdetermination: Bohr, Heisenberg, and Pauli on Spectroscopic Anomalies (1921–1924)", в которой, судя по резюме, делается вполне честная попытка проверить методологическую теорию на реальных опытных данных.)

Итак, Кун рассматривает доводы против идеи о несовместимости теории относительности с классической механикой:

Суть этих возражений может быть сведена к следующему. Релятивистская динамика не может показать, что динамика Ньютона ошибочна, ибо динамика Ньютона всё ещё успешно используется большинством инженеров и, в некоторых приложениях, многими физиками. Кроме того, правильность этого использования старой теории может быть показана той самой теорией, которая в других приложениях заменила её. Теория Эйнштейна может быть использована для того, чтобы показать, что предсказания, получаемые с помощью уравнений Ньютона, должны быть настолько надёжными, насколько позволяют наши измерительные средства во всех приложениях, которые удовлетворяют небольшому числу ограничительных условий.

Примерно правильно, но я бы выразил это более решительно и сжато: (1) уравнения динамики Ньютона выводятся из уравнений теории относительности в пределе малых скоростей, (2) поэтому все наличные свидетельства в пользу классической механики автоматически становятся свидетельствами в пользу теории относительности, (3) а всякий, кто претендует на опровержение классической механики, должен сначала опровергнуть теорию относительности.

Таким образом, будучи включена в теорию относительности как её частный случай, классическая механика Ньютона становится неопровержимо доказанной.

Вернёмся к Куну. Что же он может возразить против приведённых выше аргументов? Я пропущу некоторое количество второстепенных рассуждений и процитирую самый главный пункт.

Очевидно, что ньютоновская динамика выводится из динамики Эйнштейна при соблюдении нескольких ограничивающих условий. Тем не менее такое выведение представляет собой передержку, по крайней мере в следующем. Хотя предложения (выведенной из теории относительности динамики Ньютона. — Д.М.) являются специальным случаем законов релятивистской механики, всё же они не являются законами Ньютона. Или по крайней мере они не являются таковыми, если не интерпретируются заново способом, который стал возможным после работ Эйнштейна. Переменные и параметры, которые в серии предложений, представляющей теорию Эйнштейна, обозначают пространственные координаты, время, массу и т. д., всё также содержатся в (выведенной динамике Ньютона. — Д.М), но они всё-таки представляют эйнштейновское пространство, массу и время. Однако физическое содержание эйнштейновских понятий никоим образом не тождественно со значением ньютоновских понятий, хотя и называются они одинаково. (Ньютоновская масса сохраняется, эйнштейновская может превращаться в энергию. Только при низких относительных скоростях обе величины могут быть измерены одним и тем же способом, но даже тогда они не могут быть представлены одинаково.) Если мы не изменим определения переменных в (выведенной из теории относительности динамике малых скоростей. — Д.М), то предложения, которые мы вывели, не являются ньютоновскими. Если мы изменим их, то мы не сможем, строго говоря, сказать, что вывели законы Ньютона, по крайней мере в любом общепринятом в настоящее время смысле понятия выведения.

Иначе говоря, доводы Куна сводятся к следующему: «Пусть мы и вывели уравнения классической механики из теории относительности в пределе малых скоростей, но это не означает, что мы вывели саму классическую механику, потому что содержание понятий массы, пространства и т. д., которыми она оперирует, совершенно иное». Но это попросту неверно. Возьмем, например, массу. В классической механике есть две массы, а не одна: инертная, которая определяет, насколько трудно сдвинуть тело с места, и гравитационная, которая определяет, насколько сильно тела притягиваются друг к другу. Эти две величины тождественно равны, но это равенство представляется в классической механике необъяснимым совпадением. В теории относительности оба свойства — инерции и притяжения — сохраняются точно в том же смысле, но их равенство оказывается фундаментальным законом природы («объясняется»). Важно для нас сейчас то, что масса как мера инертности и гравитации имеет в точности одно и то же физическое содержание и у Ньютона, и у Эйнштейна.