Наблюдение

Общеизвестные факты о наблюдении искажены двумя модными философскими установками. Одна из них – это мода на то, что Куайн называет семантическим восхождением (не говорите о вещах, говорите о том, как говорить о вещах). Другая – это утверждение о доминировании теории над экспериментом. Согласно первой установке, нужно думать не о наблюдении, а о предложениях о наблюдении – словах, используемых для отчета о наблюдениях. Согласно второй, каждое предложение наблюдения нагружено теорией и нет наблюдения, предшествующего теории. Значит, мне лучше начать с некоторых нетеоретических нелингвистических тривиальностей.

1. Наблюдение как первичный источник данных, всегда было частью естественной науки, но не только это имеет значение. Здесь я ссылаюсь на философское понимание наблюдения, т. е. на представление о том, что жизнь экспериментатора заключается в том, чтобы делать наблюдения, которые обеспечивают данные для проверки теории, или данные, на которых теория строится. На самом деле, этот вид наблюдения играет относительно малую роль в большинстве экспериментов. Некоторые великие экспериментаторы были плохими наблюдателями. Очень часто экспериментальная задача, а также проверка на одаренность и даже гениальность экспериментатора в меньшей степени связаны с наблюдениями и отчетами, чем с тем, удается ли получить некоторые приборы для надежного воспроизведения явления.

2. Существует более важный и менее заметный вид наблюдения, который очень существен для тонких экспериментов. Хорошим экспериментатором часто является тот, который видит оказывающиеся впоследствии важными детали или неожиданные результаты, выдаваемые тем или иным элементом оборудования. Вы не заставите работать прибор до тех пор, пока вы не наблюдатель. Иногда именно настойчивое внимание к странности, которая могла остаться не замеченной более плохим экспериментатором, является тем, что приводит к новому знанию. Но это понимание наблюдения в меньшей мере относится к философскому истолкованию наблюдения как-отчета-о-том-что-некто-видит, чем к тому смыслу слова, которое мы используем, когда называем одного человека наблюдательным, а другого нет.

3. Заслуживающие внимание наблюдения, такие как описанные в предыдущей главе, иногда были существенны для начала исследования, но они редко подчиняли себе более позднюю работу. Эксперимент вытесняет наблюдения.

4. Наблюдение – это искусство. Некоторым людям оно дается лучше, чем другим. Часто можно улучшить мастерство экспериментатора тренировкой и практикой.

5. Существуют многочисленные различия между наблюдением и теорией. Философская идея чистого “утверждения наблюдения” критиковалась на основании того, что все утверждения нагружены теорией. Это неверно. Существует множество дотеоретических утверждений о наблюдении, но они редко появляются в анналах науки.

6. Хотя и существует представление о “вú дении невооруженным глазом”, ученые редко ограничивают этим свое наблюдение. Обычно мы наблюдаем объекты или явления с помощью приборов. Вещи, которые “видны” в науке двадцатого века, редко можно наблюдать лишь с помощью невооруженных приборами органов чувств.

Наблюдения были переоценены

Большая часть дискуссий, касающаяся наблюдений, утверждений о наблюдениях и наблюдаемости, обязана нашему позитивистскому наследию. До позитивизма наблюдение не играло центральной роли в философии науки. Фрэнсиса Бэкона считают одним из первых философов индуктивных наук, и можно было бы ожидать, что он посвятил большую часть своих исследований вопросу о наблюдениях. На самом деле, он, кажется, вообще не употреблял этого слова. Позитивизм еще не начинался.

Слово “наблюдение” было в ходу в английском языке во времена Бэкона и применялось по преимуществу к измерению высот небесных тел, таких как Солнце. Следовательно, с самого начала наблюдение было связано с использованием инструментов. Бэкон использует более общий термин, который часто переводится странным словосочетанием “преимущественные примеры” (prerogative instances). В 1620 году он перечислил 27 различных видов этих примеров, в том числе то, что мы теперь называем решающими экспериментами, которые он называл решающими (критическими) примерами (crucial instances) или, более правильно, примерами распутий (креста) – (instances of the crossroads, instantiae crucis). Некоторые из 27 типов примеров Бэкона – это дотеоретические, достойные внимания наблюдения. Другие мотивированы желанием проверить теорию. Часть из них получается с помощью приборов, которые “помогают непосредственному действию чувств”. Это не только микроскопы и телескоп Галилея, но также и “измерительные стержни, астролябии и тому подобное, что не усиливает зрение, но очищает и направляет его”. Бэкон продолжает “вызывать к жизни” (evoke) приборы, которые “сводят нечувственное к чувственному, то есть дают проявиться вещам, которые не являются непосредственно ощутимыми, посредством тех, которые являются” (Новый Органон, Novum Organum, Secs. xxi-lii).

Таким образом, Бэкон знает различие между тем, что непосредственно ощущается, и теми невидимыми событиями, которые могут быть только “вызваны к жизни”. Для Бэкона это различие столь же очевидно, сколь и несущественно. Факты свидетельствуют о том, что это различие стало действительно значимым лишь после 1800 года, когда само понятие “вú дения” претерпело некое изменение. После 1800 года видеть стало означать видеть непрозрачную поверхность вещей, и стало полагаться, что все знания получаются таким способом. Это начальная точка как для позитивизма, так и для феноменологии. Нас интересует здесь только позитивизм. Ему мы обязаны необходимостью четко различать между выводом и вú дением невооруженным глазом (или ощущением с помощью других невооруженных приборами органов чувств).

Позитивистское наблюдение

Вспомним, что позитивист выступает против причин, против объяснений, против теоретических объектов и против метафизики. Реальное ограничивается наблюдаемым. Твердо держась за наблюдаемую реальность, позитивист может делать все, что он хочет, со всем остальным.

То, что он хочет делать с остальным, меняется от случая к случаю. Логическому позитивисту нравилась идея использования логики для “сведé ния” теоретических утверждений к предложениям наблюдения, в результате чего теория становится просто сокращенной записью фактов и организацией мыслей о наблюдаемом. По одной версии это должно привести к нерешительно-слабому научному реализму: теории могут быть истинными, а объекты, которые в них участвуют, могут существовать, пока такое понимание не становится слишком буквальным.

По другой версии логической редукции анализ может показать, что термины, отсылающие к теоретическим объектам, не обладают логической структурой референтных термов. Поскольку они не референтные, они ни к чему не отсылают, и теоретические объекты не являются реальными. Такое использование редукции приводит к довольно сильному антиреализму. Но поскольку никому еще не удалось осуществить логическую редукцию какой-либо интересной естественной науки, такие вопросы остаются беспредметными.

Тогда позитивист меняет курс. Он может сказать вместе с Контом или ван Фраассеном, что теоретические утверждения должны пониматься буквально, но им не нужно верить. Как заявляет ван Фраассен в “Научном образе”, “Когда ученый выдвигает новую теорию, реалист считает, что тот утверждает постулат (его истинность). Антиреалист считает, что ученый лишь демонстрирует эту теорию, выставляет ее на всеобщее обсуждение и выдвигает некоторые аргументы в ее пользу” (p. 27). Согласно этой точке зрения, теория может быть принята, потому что она описывает явления и помогает в предсказании. Она может быть принята благодаря своей практической ценности без того, чтобы ее считали буквально истинной.

Такие позитивисты, как Конт, Мах, Карнап или ван Фраассен разными способами утверждают, что существует различие между теорией и наблюдением. Так они сохраняют науку от разрушительного действия метафизики.

Отрицание различия

Когда различие между наблюдением и теорией было сделано столь значительным, оно с необходимостью должно было быть отвергнуто. Для отрицания есть два основания. Одно из них консервативно и реалистично по своей направленности. Другое – радикальное, более романтичное и часто склоняющееся к идеализму. Около 1960 года последовали бурные проявления обоих оснований.

Гровер Максвелл служит примером откликов реалистов. В своей статье 1962 года он говорит о нечеткости различия между наблюдаемым и чисто теоретическим. Это различие часто зависит больше от технологии, чем от чего-либо в самом строении мира. Это различие, как он продолжает, не очень важно для естественных наук. Мы не можем использовать его для того, чтобы утверждать, что никакие теоретические объекты не существуют.

В частности, Максвелл говорит, что существует некая непрерывность процесса вú дения. Оно начинается с видения сквозь вакуум. Затем приходит видение сквозь атмосферу, а после – через световой микроскоп. В настоящее время видение может осуществляться через сканирующий электронный микроскоп. Такие объекты, как гены, которые были когда-то чисто теоретическими объектами, преобразуются в наблюдаемые объекты. Теперь мы видим большие молекулы. Следовательно, наблюдаемость не является хорошим критерием для разделения объектов науки на реальные и нереальные.

Поднятый Максвеллом вопрос не является исчерпанным. Мы должны с бó льшим вниманием рассмотреть те технологии, которые он берет за основу. Я попытаюсь заняться этим в следующей главе, посвященной микроскопам. Я согласен с позицией Максвелла, принижающей роль наблюдаемости как основы онтологии. В одной статье, которую я буду обсуждать в этой главе, Дэдли Шейпир делает дальнейший шаг, заявляя, что физики обычно говорят о наблюдении и даже вú дении с использованием приборов, в которых ни глаз, ни другой орган чувств не может вообще играть какую-то существенную роль. В его примере речь идет о попытке наблюдения внутреннего строения Солнца с использованием нейтрино, излучаемых в солнечных термоядерных процессах. То, что считается наблюдением, говорит Шейпир, само зависит от существующей теории. Я вернусь к этой теме, но вначале мы должны рассмотреть более смелый, тяготеющий к идеализму отказ от различения между теорией и наблюдением. Максвел говорил, что наблюдаемость объектов не имеет ничего общего с их онтологическим статусом. В то же время другие философы говорили, что нет чистых утверждений наблюдения, потому что все наблюдения нагружены теорией. Я называю это склонностью к идеализму, поскольку содержание самых шатких научных высказываний, определяемых тем, как мы думаем, ставится здесь выше независящей от ума реальности. Мы можем представить эти различия с помощью следующей диаграммы:

Консервативный (реалистический) отклик:

нет существенного различия между

наблюдаемыми и ненаблюдаемыми объектами

Позитивизм: (четкое
различение между
теорией и наблюдением)

Радикальный (идеалистический) отклик:

все утверждения о наблюдениях

нагружены теорией

Теоретически нагруженные

В 1959 году в замечательной книге “Образцы открытий” Н. Р. Хэнсон пустил в ход словечко “теоретически нагруженный”. Идея заключалась в том, что любой термин и любое предложение, относящиеся к наблюдению, несут теоретическую нагрузку.

Один языковой факт имеет тенденцию доминировать в тех частях книги Хэнсона, в которых появляется слово “теоретически нагруженный”. Нам напоминают о том, что существуют весьма тонкие лингвистические правила даже относительно самых простых слов, например, глагола “ранить” и существительного “ранение”. Только некоторые порезы, повреждения и т. д. в совершенно особых ситуациях называются ранениями. Если хирург характеризует глубокий порез ноги как ранение, то это подразумевает, что человек получил повреждение в драке или сражении. Такие импликации возникают все время, но, на мой взгляд, их не стоит называть теоретическими допущениями. Эта часть учения о теоретической нагруженности является важным утверждением относительно обыденного языка, которое невозможно обойти. Но из него ни в коем случае не следует, что все отчеты о наблюдении должны нести заряд научной теории.

Хэнсон также указывает, что мы склонны замечать вещи, только если у нас есть какие-то ожидания, часто теоретического сорта, которые сделают их интересными или, по крайней мере, придадут им какой-то смысл. Хотя это и так, но это не совпадает с учением о теоретической нагруженности. Вскоре мы обратимся к этому положению, но сперва я выскажу более сомнительные утверждения.

Лакатош о наблюдении

Лакатош, например, говорит, что простейший вид фальсификационизма – тот, который мы часто приписываем Попперу, непригоден, поскольку он принимает за само собой разумеющееся различие между теорией и наблюдением. У нас нет, полагает Лакатош, таких простых правил оценок теорий. Лакатош говорит, что это мнение Поппера основано на двух ложных предпосылках. Первая заключается в предположении, что существует психологическое разграничение между теоретическими предложениями и предложениями наблюдения. Вторая сводится к утверждению, что предложения наблюдения могут быть доказаны с помощью фактов. Последние пятнадцать лет над этими предположениями смеялись, но у нас должны быть аргументы для такой иронии. Аргументы Лакатоша пугают своей поверхностностью и недейственностью. Он говорит, что “некоторые характерные примеры уже подорвали первое предположение”. И в самом деле, он приводит один пример, о том, что Галилей использует телескоп для того, чтобы видеть пятна на Солнце, то есть осуществляет вú дение, которое не может быть чистым наблюдением. По-видимому, он считает, что это наблюдение будет опровергать или даже подрывать различие между теорией и наблюдением.

Что касается следующего положения о том, что можно просто посмотреть и увидеть, является ли истинным предложение наблюдения, то Лакатош подчеркивает, что “ни одно фактическое предложение не может быть доказано экспериментально,...опытное доказательство утверждений невозможно. Это одно из основных положений элементарной логики, но такое, которое понимается относительно небольшим количеством людей даже сейчас” (I, p. 16). Такое сомнительное понимание слова “доказать” особенно обескураживает, когда исходит из под пера автора, от которого я узнал о нескольких смыслах глагола “доказать”: то, что этот глагол буквально означает “проверять” (“чтобы узнать, каков пудинг, надо его попробовать (проверить)”; “сверять” (текст после набора), а также то, что такие проверки часто ведут к установлению фактов (пудинг непропечен, в тексте полно опечаток).

О том, что содержит теоретические предпосылки

В очерках Пола Фейерабенда, которые писались в то же время, что и работа Хэнсона, также принижалось различие между теорией и наблюдением. С тех пор Фейерабенд оставил философскую одержимость языком и значениями. Он даже отверг само словосочетание “теоретически нагруженный”, хотя это произошло и не потому, что он считал, что что-либо, произносимое нами, может не зависеть от теории. Совсем наоборот, он говорит, что называть предложения нагруженными теорией значит предположить существование некоего грузовика с наблюдениями, на который грузится теоретическая компонента. Но такого грузовика не существует – теория содержится всюду.

В своей знаменитой книге “Против метода” (1977) Фейерабенд говорит о том, что нет причины для разделения теории и наблюдения. Любопытно, что несмотря на провозглашаемый им отказ от лингвистических обсуждений, он все же говорит так, как будто различение теория/наблюдение является различием в предложениях. Он предполагает, что это относится лишь к очевидным и менее очевидным предложениям, или к длинным и менее длинным предложениям. “Никто не будет отрицать, что такое различение может быть проведено, но никто не придает ему большого значения, поскольку оно не играет большой роли в научной деятельности” (p. 168). Мы также читаем у Фейерабенда о том, что выглядит в полной мере как учение о “теоретической нагруженности”: “отчеты о наблюдении, результаты экспериментов, “предложения о фактах” либо содержат теоретические предпосылки, либо утверждают их тем способом, которым они используются”. (p. 31). Я не согласен с тем, что здесь говорится, но прежде чем объяснить почему, я хотел бы отвергнуть нечто, предполагаемое такого рода замечаниями. Такие замечания создают представление, будто экспериментальные результаты составляют все, что имеет значение для эксперимента, и что экспериментальные результаты устанавливаются и даже образуются отчетами о наблюдениях или “утверждениями о фактах”. Я буду настаивать на трюизме, согласно которому эксперимент не просто утверждает нечто или докладывает о чем-то. Эксперимент – это действие, а не слова.

Утверждения, записи, результаты

Наблюдения и эксперимент – не одно и то же и даже не противоположные полюсы гладкого континуума. Очевидно, что многие интересные наблюдения не имеют ничего общего с экспериментом. Книга “Введение в экспериментальную медицину” Клода Бернара (1865) – классическая попытка различения понятий эксперимента и наблюдения. Он проверяет свою классификацию с помощью множества сложных примеров из медицины, где наблюдение и эксперимент смешались в одно. Доктору Бошаму во время англо-американской войны 1812 года на протяжении длительного времени удалось наблюдать работу пищеварительного тракта человека со страшными кишечными ранениями. Было ли это экспериментом или лишь последовательностью очень важных наблюдений в уникальных обстоятельствах? Я не хотел бы заниматься такими вопросами, вместо этого я хотел бы обратить внимание на нечто более заметное в физике, чем в медицине.

Эксперимент Майкельсона-Морли имеет то преимущество, что его хорошо знают. Он знаменит, потому что задним числом многие историки считают, что он целиком отвергает теорию электромагнитного эфира и в свое время послужил предвестником теории относительности Эйнштейна. Основной отчет, опубликованный в 1887 году, занимает 12 страниц. Наблюдения проводились на протяжении нескольких часов 8, 9, 11 и 12 июля. Результаты эксперимента потрясающе противоречивы. Майкельсон считал, что основной результат заключается в опровержении гипотезы о движении Земли по отношению к эфиру. Как я покажу в главе 15, он также считал, что эксперимент подорвал теорию, которую использовали для объяснения различий между действительным и видимым положением звезд. В любом случае эксперимент продолжался больше года. Этот процесс включал изготовление и переделку аппаратуры, приведение ее в рабочее состояние и, конечно же, получение любопытных фактов во время работы установки. Стало общим местом использовать ярлык “Эксперимент Майкельсона-Морли” для обозначения прерывистой последовательности работ, начавшейся с успеха Майкельсона в 1881 году (или даже с более ранних неудач) и закончившейся работами Миллера 1920-х годов. Можно сказать, что эксперимент продолжался полстолетия, в то время как наблюдения продолжались, может быть, полтора дня. Более того, основной результат эксперимента, хотя он и не является экспериментальным результатом, – это радикальное преобразование возможностей измерения. Майкельсон получил Нобелевскую премию за это, а не за вклад в теорию эфира.

Короче говоря, “фактические утверждения, отчеты о наблюдениях и экспериментальные результаты” Фейерабенда – вещи разных порядков. Свалив их в кучу, мы практически потеряем возможность заметить что-либо происходящее в экспериментальной науке. В частности, они не имеют ничего общего с различением длинных и коротких предложений того же Фейерабенда.

Наблюдение без теории

Фейерабенд говорит, что отчеты о наблюдении и тому подобное всегда содержат или утверждают некоторые теоретические предпосылки. Это утверждение вряд ли стоит обсуждения, поскольку оно очевидно ложно, пока словам не будет придан особый смысл, после чего утверждение станет истинным и одновременно тривиальным.

Большая часть словесной игры возникает из-за слова “теория”, слова, которое лучше всего подходит для довольно определенного стиля рассуждений или высказываний с определенным смыслом. К сожалению, в указанной цитате Фейерабенд использовал слово “теория” для обозначения всякого рода неоформившихся, неявных или предполагаемых знаний. Попробуем представить не наносящую урона содержанию выжимку его слов о некоторых якобы существующих привычках и убеждениях:

“Наша привычка говорить о том, что стол коричневый, когда мы видим его при нормальных обстоятельствах, или говорить, что стол кажется коричневым, когда его рассматривают при других обстоятельствах.., наше знание того, что некоторые чувственные впечатления... правдивы, а другие нет.., что среда между нами и объектом не искажает.., что физический объект, который устанавливает контакт, несет истинную картину...”

Предполагается, что все это – теоретические предпосылки, лежащие в основе наших обычных наблюдений, и что “материал, который находится в распоряжении ученого, его самые тонкие теории и самые изощренные методы, структурированы совершенно тем же образом”.

Если воспринимать эти слова буквально, то они могут показаться, мягко говоря, довольно опрометчивыми. Например, что такое “Наша привычка говорить о том, что стол коричневый, когда мы видим его при нормальных условиях”? Я сомневаюсь в том, что когда-либо в моей жизни я произносил фразу “стол коричневый” или “кажется, что стол коричневый”. У меня определенно нет привычки произносить первую из этих фраз, когда я вижу стол при хорошем освещении. Я лишь однажды видел одного человека, помешанного француза, который постоянно повторял фразу “Это дерьмо” всякий раз когда видел экскременты в нормальных условиях при хорошем освещении, например, когда мы с ним удобряли поле навозом. Но я не буду приписывать несчастному безумцу какое-либо предположение из перечисленных Фейерабендом. Фейерабенд показал нам, как не надо говорить о наблюдениях, речи, теории, привычках или отчетах.

Конечно, у нас есть все виды предрассудков, мнений, рабочих гипотез и привычек, когда мы что-либо говорим. Мы выражаем некоторые из них. Часть из них выводится из контекста. Другие могут быть приписаны говорящему внимательным исследователем человеческого разума. Некоторые предложения, которые могут быть гипотезами или предположениями в одном контексте, не являются таковыми в контексте бытовой рутины. Так, я могу предположить, что воздух между мной и страницей книги не искажает формы слов, которые я вижу и, может быть, я способен исследовать это предположение. (Как?) Но когда я читаю вслух или делаю исправления на этой странице, я просто взаимодействую с чем-либо, представляющим для меня интерес, и неправильно говорить в данном случае о каких-либо теоретических предпосылках. У меня нет даже отдаленной идеи о теории неискажения изображения воздушной средой. Конечно, если вы хотите называть всякое мнение, предзнание, и знание, которое будет изобретено, теорией, то можете поступать и так. Но тогда заявление о теоретической нагруженности ничего не стоит.

В истории науки были важные наблюдения, которые вообще не имели теоретических предпосылок. Заключение предыдущей главы дает тому множество примеров. Сейчас мы приведем другой пример, относящийся к более позднему времени. В этом примере мы можем установить чистое предложение наблюдения.

Гершель и тепло излучения

Уильям Гершель был искусным и ненасытным исследователем полночного неба, человеком, который соорудил самый большой в свое время телескоп и необычайно расширил наш небесный каталог. Я расскажу о случайном событии 1800 года, когда Гершелю был 61 год. Это был год, когда, как мы теперь говорим, он обнаружил тепловое излучение. Он проделал около 200 экспериментов и опубликовал четыре больших статьи по этому вопросу, из которых последняя достигала сотни страниц. Все они могут быть найдены в Философских Трудах Королевского Общества за 1800 год. Он начал с того, о чем мы сейчас думаем как о правильном предположении относительно излучаемого тепла, но оказался в затруднительном положении, не будучи уверенным относительно того, где может скрываться истина.

В одном из своих телескопов он использовал цветные фильтры. Он заметил, что фильтры разных цветов передают разные количества тепла: “Когда я использовал некоторые фильтры, я ощущал тепло, хотя света было немного, в то время как другие фильтры давали много света, но едва вызывали ощущение тепла”. Во всей истории физической науки мы не найдем лучшего отчета о чувственных данных. Конечно, мы помним это наблюдение не из-за качества ощущений, но благодаря тому, что последовало дальше. Почему Гершель сделал то, что он сделал далее? Прежде всего, ему нужны были фильтры, лучше приспособленные для того, чтобы смотреть на Солнце. Ну и, конечно, он думал о некоторых теоретических вопросах, которые выходили тогда на арену.

Он использовал термометры для измерения эффекта нагревания лучами света, разделенными с помощью призмы. Этот опыт действительно заставил его идти дальше, потому что он не только обнаружил, что оранжевый цвет греет больше, чем индиго (синий), но и то, что существует эффект нагревания за пределами видимого красного спектра. Его первая догадка об объяснении этого явления приблизительно совпадала с тем, что мы знаем сейчас. Он предположил, что Солнце излучает как видимые, так и невидимые лучи. Наши глаза чувствительны только к одной части спектра излучения. Нас согревает другая часть лучей, которая частично перекрывается с видимой частью. Поскольку Гершель был сторонником ньютоновской корпускулярной теории света, он думал в терминах лучей, состоящих из частиц. Вú дение соответствует частицам от фиолетового до красного, а ощущение тепла соответствует частицам от желтого до инфракрасного.

Тогда он начал исследовать эту идею, пытаясь понять, имеют ли тепловые лучи и световые лучи видимого спектра одинаковые свойства. Так, он сравнивал их отражение, преломление и дифференциальное преломление, их склонность к тому, чтобы задерживаться прозрачными телами, и их склонность к рассеиванию от грубых поверхностей.

На этом этапе в статьях Гершеля мы встречаем большое число наблюдений различных углов, пропорций излучаемого света и тому подобное. У него, конечно, была экспериментальная идея, но только одна и довольно туманная. Его теория была полностью ньютоновской: он думал, что свет состоит из лучей частиц, но это имело ограниченное влияние на детали его исследования. Его трудности были не теоретическими, а экспериментальными. Фотометрия – деятельность по измерению свойств излучаемого света – уже за 40 лет до этого достигла развитого состояния, но калориметрия практически не существовала. Существовали процедуры фильтрации световых лучей, но как можно фильтровать тепловые лучи? Гершель исследовал явление. Он делал множество заявлений о точности своих измерений, которые мы теперь подвергаем сомнению. Он утверждал, например, что измеряет не только передачу света, но и передачу тепла с точностью до одной тысячной. Он не мог этого сделать! Хотя вообще повторить то, что он делал, весьма проблематично, поскольку Гершель работал с самыми разными фильтрами, например, с бренди в графине. Как заметил один историк науки, его бренди, наверное, было черным как смола. Мы не можем повторить в наши дни опыт с использованием этого вещества, каким бы оно ни было.

Гершель показал, что тепло и свет сходны в отражении, преломлении и дифференциальном преломлении. Однако у него возникли проблемы с передачей. У него было представление о просвечивающейся среде, которая не пропускает некоторую часть определенных лучей, например, красных. Его идея красного цвета заключалась в том, что тепловой луч, который преломляется с коэффициентом преломления красного цвета, идентичен красному свету с тем же коэффициентом преломления. Таким образом, если x% света проходит, а тепло и свет идентичны в этой части спектра, то должно проходить также и x% тепла. Гершель задался вопросом “вызывается ли тепловое излучение, чей коэффициент преломления совпадает с коэффициентом преломления красных лучей, лучами этого цвета?” Оказалось, что нет. Некое стекло пропускает почти весь красный свет, но задерживает 96,2% тепла. Таким образом, тепло не то же, что свет.

Гершель отказался от своей исходной гипотезы и не знал, что и думать. Таким образом, к концу 1800 года, после 200 экспериментов и четырех больших публикаций, он сдался. На следующий год Томас Юнг, чьи работы по интерференции продолжили (или возродили) волновую теорию света, прочитал Бакеровскую лекцию, в которой он поддержал исходную гипотезу Гершеля. Значит, он был довольно безразличен к экспериментальной дилемме Гершеля. Может быть, волновая теория была более открыта по отношению к тепловому излучению, чем ньютоновская теория световых частиц. Однако скепсис относительно теплового излучения сохранялся еще долго после забвения ньютоновской теории. Вопрос был разрешен лишь с помощью приборов Македонио Меллони (1798-1854). Как только была изобретена термопара (1830), Меллони понял, что теперь у него есть инструмент, с помощью которого можно измерять передачу тепла разными веществами. Это предоставляет один из бесчисленных примеров, в которых некоторое изобретение позволяет экспериментатору предпринять еще одно исследование, проясняющее путь, которым должны следовать теоретики.

У Гершеля были более примитивные экспериментальные проблемы. Что он наблюдал? Этот вопрос задавали его критики, и он был довольно острым в 1801 году. Его экспериментальные результаты отвергались. Годом позже они были воспроизведены в большей или меньшей степени. Существовало множество как серьезных, так и простых экспериментальных трудностей. Например, свет, преломляемый призмой, не кончался четким красным. Какое-то размытое свечение располагалось за красным и выглядело как тусклый белый свет. Так может быть “инфра-красное” тепло вызывается этим белым светом? Здесь возникает новая экспериментальная идея. За фиолетовым участком нет существенного невидимого тепла, но может быть здесь нет и “излучения”? Было известно, что с хлоридом серебра начинается химическая реакция, если его поместить в фиолетовую часть спектра. (Этот факт лег в основу фотографии). Риттер поместил его за фиолетовым участком спектра и получил реакцию. Теперь мы говорим, что в 1802 году он обнаружил ультрафиолетовый свет.

О способности замечать

Гершель заметил явление дифференцированного нагревания цветным светом и сообщил о нем в форме одного из самых чисто-чувственных утверждений, какое мы только можем встретить в физике. Я не собираюсь принижать значение фактов, на которых настаивал Н. Р. Хэнсон, говорящих о том, что явление можно заметить, только если иметь теорию, которая их осмысляет. Очевидно, однако, что в случае с Гершелем именно отсутствие теории заставило его засесть за проведение наблюдений. Мы часто встречаем обратное явление – зависимость наблюдения от теории. Книга Хэнсона “Позитрон” (1965), хотя и содержит некоторые противоречивые истолкования открытия, явилась иллюстрацией такой зависимости. Автор утверждает, что следы позитронов могли быть увиденными, только если уже существовала какая-то теория, хотя после появления теории любой студент мог видеть те же самые следы. Мы можем назвать это учением о том, что наблюдение заряжено теорией.

Несомненно, что у людей есть тенденция замечать вещи, которые интересны, удивительны и так далее, и на такие ожидания и интересы влияют теории, которых люди могут придерживаться. Это не означает, что мы должны недооценивать возможности одаренного “чистого” наблюдателя. Существует тенденция выводить из таких случаев, как история с позитроном, то, что тот, кто, глядя на фотопластинку, говорит – “это позитрон”, тем самым имеет в виду, или утверждает, обширную теорию. Я не думаю, что это так. Ассистент может научиться распознавать следы позитрона, не имея никакого представления о теории. В Англии до сих пор нередко встречаются моложавые лаборанты без высшего образования, которые не только необычайно умело обращаются с аппаратурой, но и быстрее всех замечают странности, например, на фотопластинке, которые получены с помощью электронного микроскопа.

Можно спросить, не находится ли среди истинностных условий или истинностных предпосылок того типа высказываний, которые мы можем представить предложением “это позитрон”, сущность теории позитрона? Возможно это и так, но я сомневаюсь. Теория может быть оставлена или замещена совершенно другой теорией о позитронах, и при этом то, что к тому времени стало классом утверждений о наблюдении, представляемых утверждением “это позитрон”, не будет затронуто. Конечно, существующая ныне теория может быть разрушена совсем другим способом, если, например, вдруг окажется, что так называемые позитронные следы являются артефактами экспериментальной аппаратуры. Но это лишь не намного вероятнее возможности обнаружить, что все овцы – лишь волки в овечьих шкурах. Об этом событии мы тоже говорили бы по-другому. Я не заявляю, что смысл предложения “это позитрон” менее связан с остальным контекстом, чем предложение “это овца”. Я заявляю лишь, что его смысл не обязательно запирать в какую-либо особую теорию, так что всякий раз, когда говорится “это позитрон”, то некоторым образом утверждается именно эта теория.

Наблюдение – это искусство

Другой пример, похожий на случай с Хэнсоном, показывает, что наблюдение – это искусство. Я думаю, что Кэролин Гершель (сестра Уильяма) за свою жизнь открыла больше комет, чем кто-либо другой за всю историю человечества. Как-то она открыла восемь комет за год. В этом ей помог ряд обстоятельств. Она была неутомима. Все безоблачные ночи она проводила в обсерватории. Ее брат был прекрасным астрономом. Она использовала прибор, который был улучшен лишь в 1980 году Майклом Хоскином. Этот прибор позволял ей каждую ночь просматривать все небо, слой за слоем, не пропуская ни одного уголка. Если ей удавалось обнаружить нечто “невооруженным глазом”, то она использовала телескоп, чтобы посмотреть получше. Но самое важное заключается в том, что она могла сразу узнать комету. Все, за исключением, быть может, ее брата Уильяма, должны были следить за движением кометы до тех пор, пока не возникало какое-либо предположение относительно ее природы. (У комет параболические траектории.)

Говоря, что Кэролин Гершель могла определить комету путем простого наблюдения, я не хочу сказать, что она была неразмышляющим автоматом. Совсем наоборот, она имела одно из самых глубоких пониманий космологии и принадлежала к числу самых глубоких теоретических умов своего времени. Она была неутомима не потому, что ей особенно нравилось скучное занятие осмотра неба, но потому, что ей хотелось узнать больше о Вселенной.

Могло бы случиться так, что теория Гершель о кометах оказалась радикально неправильной. Она могла бы быть заменена к настоящему времени описанием настолько не похожим, что некоторые назвали бы его несоизмеримым с ее теорией. Но это не должно ставить под сомнение ее славу. Все равно осталось бы истинным то, что она открыла больше комет, чем кто-либо еще. Конечно, если бы какая-нибудь новая теория превратила кометы в ничто, оптическую иллюзию космического масштаба, тогда, может быть, открытие восьми комет за год могло бы вызвать скорее улыбку снисхождения, чем вздох восхищения, но это уже совсем другое дело.

Видеть – это не то же, что говорить

Тяга к тому, чтобы заменять наблюдения лингвистическими объектами (предложениями о наблюдении), остается на протяжении всей современной философии. Так У. Куайн предлагает (и это звучит у него как некая новость) “отбросить разговор о наблюдении и вместо этого говорить о предложениях наблюдения, предложениях, которые, как говорят, дают отчет о наблюдении”. (“The Roots of Reference”, pp.36-39).

Пример Кэролин Гершель служит не только для того, чтобы опровергнуть заявление, будто наблюдение – это всего лишь способ сказать нечто, но также приводит нас к сомнениям относительно оснований для утверждения Куайна. Куайн совершенно преднамеренно выступал против учения о том, что все наблюдения заряжены теорией. Он говорил, что существует совершенно особый класс предложений о наблюдении, касрющихся “наблюдений как того, с чем сразу же согласятся все свидетели”. Он уверяет нас, что “некоторое предложение является предложением наблюдения в той мере, в какой его истинностное значение в любой ситуации будет признаваться почти каждым членом речевого сообщества, являющимся свидетелем в данной ситуации”. И мы “можем распознать членство в речевом сообществе лишь по легкости ведения диалога”.

Трудно вообразить более неправильный подход к наблюдению в естественных науках. Никто в речевом сообществе Кэролин Гершель не стал бы соглашаться или не соглашаться с ней относительно недавно установленной кометы на основе наблюдения одной ночи. Лишь она, и в меньшей степени Уильям, владели необходимым умением. Это не значит, что мы могли бы сказать, будто у нее есть определенные умения, до тех пор, пока другие исследователи, используя другие средства, не согласились бы в конечном счете со многими ее открытиями. Ее суждения достигли полной истинности только в контексте богатой научной жизни того времени. Но куайновское утверждение о соглашении, которое наступает “сразу же”, имеет мало общего с наблюдением в науке.

Если мы хотим понять и объяснить научную жизнь, мы должны, в полном противоречии с Куайном, оставить разговор о предложениях наблюдения и вместо этого говорить о наблюдениях. Мы должны осторожно говорить об отчетах, умении и экспериментальных результатах. Мы должны, например, рассмотреть, что делает эксперимент достаточно удачным, так что опытный экспериментатор знает, что полученные данные смогут иметь некоторое значение. Что делает эксперимент убедительным? Наблюдение имеет слабое отношение к данному вопросу.

Усиление органов чувств

Невооруженный глаз не может видеть слишком высоко или достаточно глубоко. Некоторые люди нуждаются в очках, чтобы вообще хоть что-то видеть. Один из способов усилить органы чувств – это использовать еще более мощные телескопы и микроскопы. В следующей главе я буду говорить о том, видим ли мы с помощью микроскопа (я думаю, что да, но это не простой вопрос). Есть более радикальные обобщения идеи наблюдения. Общее место в наиболее утонченных областях экспериментальной науки – говорить о “наблюдении” того, что мы наивно полагаем ненаблюдаемым, когда под “наблюдением” понимаем процесс, который ограничивается использованием пяти не вооруженных приборами органов чувств. Действительно, если бы мы были предпозитивистами, вроде Бэкона, мы бы спросили “ну и что?” Но мы находимся еще под влиянием позитивизма, так что мы бываем несколько удивлены обычными замечаниями физиков. Например, фермионы – это элементарные частицы с собственными угловыми моментами (спинами), такими как 1/2, или 3/2, подчиняющиеся статистике Ферми-Дирака. Они включают электроны, мюоны, нейтроны, протоны и многое еще, в том числе знаменитые кварки. Об этих частицах физики говорят, например, такие вещи: “Из фермионов не наблюдался только t-кварк. Невозможность наблюдать t` t состояния в e+e–аннигиляции в установке PETRA остается загадкой”.

О языке, который общепринят среди физиков, разрабатывающих теорию элементарных частиц, можно получить представление путем просмотра чего-либо настолько формального, как таблица мезонов. В начале таблицы мезонов от апреля 1982 года можно прочитать, что “величины, взятые в курсив, – новые, или менялись более чем на одно (прежнее) стандартное отклонение от значений, приведенных в таблице апреля 1980 г.”. Не совсем ясно даже, как считать типы мезонов, которые теперь вносятся в список, но можно ограничиться одним разворотом (pp. 28-29), на котором представлено девять мезонов, классифицированных в соответствии с шестью свойствами. Интерес представляют “парциальные моды распада” и процентные доли распада, которые записываются количественно, только когда имеется статистическая оценка с 90% уровнем доверия. Из 31 случаев распада, связанных с этими девятью мезонами, имеется 11 количественных величин или верхних пределов для доли каналов; одна запись “значительная”; одна запись “доминирует”, одна запись “ доминирует ”, восемь записей “наблюдались”, шесть записей “ наблюдались ” и три величины “возможно наблюдались”.

Дэдли Шейпир недавно пытался осуществить детальный анализ речи такого рода. Он приводит пример из обсуждения наблюдения внутреннего строения Солнца или другой звезды, которое осуществлялось путем собирания нейтрино в больших количествах детектирующей жидкости и дедуктивного выведения различных свойств внутреннего строения Солнца. Очевидно, что это наблюдение затрагивает несколько слоев (о которых Бэкон, впрочем, и не помышлял) мысли Бэкона о том, чтобы “сделать явными вещи, которые прямо не ощутимы, посредством тех, которые таковыми являются”. Проблема заключается в том, что физик по-прежнему называет это “прямым наблюдением”. Шейпир привел множество цитат, подобных следующим: “Не существует способа, отличного от способа с использованием нейтрино, чтобы заглянуть во внутренность Солнца.” “Нейтрино, – пишет другой автор, – представляют единственный способ прямого наблюдения” горячего солнечного ядра.

Шейпир делает вывод о том, что здесь использование слова “наблюдение” уместно, и анализирует его следующим образом: “ x является непосредственно наблюдаемым, если (1) информация поступает соответствующему получателю (рецептору) и (2) эта информация передается непосредственно, то есть без вмешательства, получателю от объекта x (который является источником информации)”. Я подозреваю, что использование слова “наблюдение” некоторыми физиками (проиллюстрированное приведенными выше цитатами про кварки) даже более вольно чем это, но очевидно, что Шейпир закладывает основы правильного анализа.

Наблюдение, сильно нагруженное теорией (Э)

Шейпир замечает, что вопрос о том, является ли нечто непосредственно наблюдаемым или нет, зависит от существующего состояния знания. Наши теории о работе рецепторов или о передаче информации с помощью нейтрино предполагают использование большого количества теоретического материала. Таким образом, мы можем думать, что когда за основу берется теория, мы расширяем область того, что мы называем наблюдением. И все же мы никогда не должны становиться жертвой ошибки, говоря о теории без учета существования различий между теориями.

Например, существует прекрасный повод для того, чтобы говорить о наблюдении в связи с нейтрино и Солнцем. Теория нейтрино и его взаимодействия почти полностью не зависимы от теоретических спекуляций о ядре Солнца. Именно отсутствие в данном случае единства науки позволяет нам наблюдать (применяя один внушительный фрагмент теории) разные аспекты природы (о которых мы имеем несвязанный комплекс идей). Конечно, вопрос о том, связаны ли две области или не связаны, вовлекает не собственно теорию, а намек о природе самой природы. Эту мысль хорошо проиллюстрировать несколько иным примером с Солнцем.

Как мы можем проверить гипотезу Дикке о том, что внутренняя часть Солнца вращается в десять раз быстрее, чем его поверхность? Были предложены следующие методы: (1) использовать оптические наблюдения сплющенности Солнца у полюсов; (2) попытаться измерить учетверенный солнечный момент с близкого подлета спутника Starprobe, который движется в пределах четырех солнечных радиусов; (3) измерить относительную прецессию гироскопа, находящегося на солнечной орбите. Позволяют ли нам эти три способа “наблюдать” внутреннее вращение?

Первый метод предполагает, что оптическая форма соотносится с формой массы. Определенная форма Солнца позволяет нам вывести нечто о внутреннем вращении, но этот вывод основан на неточной гипотезе, которая сама связана с предметом изучения, т. е. с внутреннем строением Солнца.

Второй метод предполагает, что единственный источник учетверенного момента масс заключается во внутреннем вращении, тогда как он мог бы быть вызван внутренними магнитными полями. Таким образом, и в данном случае предположение о том, что происходит (или не происходит) в самом Солнце, необходимо для того, чтобы сделать вывод о внутреннем вращении.

С другой стороны, релятивистская прецессия гироскопа основана на теории, которая не имеет ничего общего с предположениями о внутреннем строении Солнца, и в рамках существующей теории только угловой момент вращения Солнца может вызывать определенную прецессию гироскопа, движущегося вокруг Солнца по полярной орбите.

Суть заключается не в том, что теория относительности лучше устроена, чем теории, связанные с двумя другими возможными экспериментами. Может быть, релятивистская теория прецессии будет отброшена как раз первой. Суть заключается в том, что в рамках нашего современного понимания комплекс теоретических предпосылок, лежащих в основе проекта с гироскопом, достигается путем, совершенно отличным от способа, которым формируются предложения относительно ядра Солнца. Что касается первых двух проектов, то они включают предположения, которые сами по себе относятся к знанию о строении Солнца.

Для экспериментатора естественно говорить, что гироскоп на полярной орбите дает нам возможность наблюдать внутреннее вращение Солнца, тогда как два других исследования могут только предполагать дальнейшие выводы. Это не значит, что третий эксперимент является лучшим; напротив, его высокая стоимость и трудность проведения делают первые два более привлекательными. Я лишь только указываю на философский вопрос о том, какие эксперименты приводят к наблюдениям, а какие – нет.

Возможно, это связано со спорами о теоретической нагруженности наблюдений, с которых я начал эту главу. Может быть, первые два эксперимента содержат теоретические предпосылки, связанные с самим исследуемым предметом, тогда как третий эксперимент, хотя и заряженный теорией, не содержит подобных предпосылок. В случае с рассмотрением таблиц наши утверждения сходным образом не содержат теоретических предпосылок, связанных с исследуемыми объектами, т. е. таблицами, даже если (из-за злоупотреблений с использованием слов “теория” и “содержать”) они содержат теоретические предпосылки о вú дении.

Независимость

В соответствии с этим взглядом, нечто считается скорее наблюдаемым, чем выводимым, если оно удовлетворяет минимальному критерию Шейпира и если теории, на которых это нечто основывается, не переплетаются с фактами о предмете исследования. Следующая глава о микроскопах подтверждает силу этой гипотезы. Я не считаю, что этот предмет очень важен. Наблюдение, в философском смысле порождения и записи данных – лишь один аспект экспериментальной работы. Экспериментатор должен быть чутким и бдительным наблюдателем в другом смысле. Только наблюдатель может провести эксперимент, определяя те проблемы, которые ему мешают, отслеживая технические погрешности, замечая, является ли нечто необычное ключом к самой природе или артефактом, порождаемым приборами. Такие наблюдения редко появляются в завершающих отчетах по эксперименту. Это также важно, как все, что связано с окончательными записями, но ничего философского за этим не стоит.

При анализе наблюдения у Шейпира была более философская цель. Он придерживался того, что старый функционалистский взгляд на знание был правильным. В конце концов знание основано на наблюдении. Шейпир замечает, что то, что называется наблюдениями, зависит от наших теорий о мире и особых эффектов, так что не существует такой вещи, как абсолютно чистое предложение наблюдения. Но тот факт, что наблюдение зависит от теорий, не имеет ни одного из тех антирационалистических следствий, которые иногда выводятся из утверждения о том, что всякое наблюдение заряжено теорией. Хотя Шейпир и написал самое широкое современное исследование о теоретической нагруженности наблюдения, в конце концов, он преследовал другую цель, имеющую отношение к обоснованию и рациональности теоретического знания. Ван Фраассен замечает мимоходом, что теория может ограничивать границы наблюдения. И у ван Фраассена другие цели. Реальное для него – это наблюдаемое, но он признает, что сама теория может менять наши знания относительно того, что является наблюдением, а что реально. Мои цели в этой главе были более приземленными. Я хотел настоятельно напомнить о более рутинных аспектах наблюдения. Философия экспериментальной науки не может позволить философии, ориентированной на теорию, подвергнуть сомнению само понятие наблюдения.