Измерения

Представляется, что человечество всегда занималось измерениями. Разве вавилонские землемеры не были предшественниками геометров? Отчеты о наблюдениях за положениями планет с точностью до многих шестидесятеричных цифр можно обнаружить в глубокой древности. Историки науки когда-то говорили, что Галилей был, скорее, платоником, больше работавшим головой, чем экспериментатором, работавшим руками, но позже были обнаружены некоторые его точные численные наблюдения за ускорениями тел, движущихся по наклонной плоскости. Мы видели, как Гершель проводит год своей зрелой жизни в бесконечных измерениях отражений, преломлений, степеней прохождения света или теплового излучения. Для обнаружения трансверсального электрического потенциала Холлу понадобились точные измерения тока. Измерения, связанные с брэгговской дифракцией рентгеновских лучей, открыли дорогу к молекулярной биологии.

Поскольку измерения являются очевидной частью научной жизни, некоторая доля скептицизма здесь не повредит. Разве роль измерения в физике была всегда такой? Хорошо ли мы понимаем смысл наиболее точных, элегантных, и восхитительных измерений в истории науки? Является ли измерение неотъемлемой частью научного разума, или оно представляет лишь философский интерес? Меряется ли в измерениях нечто реально существующее в природе или просто порождаются артефакты нашего теоретизирования?

Странности

Мои самые нелепые волнения начались, когда я увидел одну почтовую открытку в музее истории науки Оксфорда. На этой открытке была репродукция картины шестнадцатого века, называвшейся “Измерители”. Хранитель музея, наверное, считал, что эта открытка прекрасно дополняет его превосходную коллекцию медных инструментов, современную картине. Дама измеряет свое платье. Строитель измеряет количество гравия. Песочные часы меряют время. Вокруг лежат секстанты, астролябии и инструменты для черчения. С другой стороны, никто ничего не измеряет. Строители не обращают внимания на уровень гравия в ящике. Никто не видит, как падает песок в песочных часах. Дама прикладывает свой метр к одежде, но метр провисает, так что платье кажется даме сантиметров на тридцать длиннее, чем на самом деле.

Может быть эта картина – пародия. Или дама только начала мерять свое платье. Кто-то хочет взять астролябию. Строители скоро поймут, что измерительный ящик скоро переполнится. На песочные часы кто-то посмотрит. Или это только мы можем из другого времени расшифровывать эту картину одним из этих двух способов – как пародию или как остановленное начало? Понятны ли нам старые цели “измерения”?

Гершель измерял пропорции света и тепла, передаваемые различными веществами с точностью до тысячной. Мы сомневаемся, что он мог проводить измерения света с такой точностью, и знаем, что это было бы невозможно для тепла. Что же делал этот осторожный, ньютонианского духа, индуктивист в 1800 году со своими неимоверными преувеличениями? Конечно, получаемые им числа не были результатом применения теории погрешностей. Если посмотреть на еще более раннее время, чтобы связать установленные числа и проделанные наблюдения, то историки будут еще более озадачены. Может быть, Галилей был первым, кто размышлял о средних величинах, и прошло много времени, прежде чем использование среднего арифметического, или просто усреднения, стало обычным делом для экспериментаторов. К 1807 году Гаусс разработал теорию ошибок (погрешностей), и астрономы стали ее использовать. Хотя во всех современных физических измерениях требуется указание ошибок, за пределами астрономии физики не заявляли об оценках погрешности вплоть до 1890-х годов (или даже позже).

Наше понимание чисел и измерения становится ясным и несомненным только к концу девятнадцатого века. После 1800 года стало появляться огромное количество чисел, особенно это было заметно в общественных науках. В своей фундаментальной статье “Функция измерений в физических науках” Кун предлагает говорить о второй научной революции, во время которой был “математизирован” целый ряд физических наук. Он относит это событие к периоду между 1800 и 1850 годами и считает, что к 1840 году измерение, как мы его теперь представляем, заняло свое фундаментальное место в науке.

Природные константы

Возможно, что поворотной точкой послужил 1832 год, когда Чарльз Бэббэдж (1792-1871), изобретатель цифрового вычислителя, написал короткую брошюру, в которой призывал опубликовать таблицы со всеми константами, известными в науках и ремеслах. По его замыслу, должны были быть опубликованы все известные константы, которых насчитывается около 20 типов. Бэббэдж начал с известного списка астрономических величин, удельных весов, атомных весов и тому подобного. Здесь были также и биологические, географические и антропометрические числа: длины рек, количество дуба, которое человек может напилить за час, средняя длина костей некоторых видов существ, число студентов в разных университетах и книг в больших библиотеках.

Черчиль Эйзенхарт из Бюро Стандартов США однажды в разговоре со мной высказал предположение, что статья Бэббэджа ознаменовала начало современной идеи “природных констант”. Он не имел в виду, что константы были не известны до Бэббэджа. Сам Бэббедж перечисляет множество недавних источников тех или иных чисел. Одна фундаментальная константа – g ньютоновской гравитации – была известна по крайне мере с 1798 года. Суть заключается в том, что Бэббэдж суммирует эту работу, официально устанавливая то, что было в умах множества его современников, а именно, что мир может быть определен набором чисел, которые можно назвать константами.

Точные измерения

Ежедневная практика измерений может не требовать объяснения. Без довольно тонких измерений Холл не смог бы заметить влияние тока и поля на потенциал. Он мог бы для начала нуждаться только в качественном эффекте, но без довольно точных измерений его последователи не смогли бы заметить разницы между проводниками, а также определить “угол Холла” как характеристику различных веществ. Существует, однако, другой класс измерений, представляющих большие проблемы. Он включает множество великих исторических измерений.

Мы должны реконструировать тексты, чтобы узнать больше о замечательной идее Аристарха Самосского, предложившего измерить диаметр Земли, смотря в полдень в колодец, и производя некоторые перемещения по пустыне. ^* Но о том, как и почему Кавендиш “взвесил Землю” в 1798 году, известно очень много. Работа Физо о скорости света (1847 г.) – шедевр точности. Ее непосредственным продолжением был метод Майкельсона, использовавший дифракционные решетки, что позволило увеличить точность измерений на много порядков. Еще одной вехой было измерение Милликеном заряда электрона в 1908-1913 годах.

В чем был смысл этих уникальных экспериментов? Ими восхищаются по крайней мере по двум причинам. Во-первых, они были исключительно точными и не оспорены до сих пор. Во-вторых, каждый исследователь произвел новый блестящий метод. Каждый экспериментатор проявил свой гений не только в выдвижении блестящей экспериментальной идеи, но и в том, чтобы заставить ее работать, часто путем изобретения многочисленных экспериментальных концепций и технологических новшеств.

Эти два простых ответа могут быть недостаточными. Почему важна точность? В чем суть этой замечательной способности в получении очень точных чисел, которые сами по себе не значат слишком много? Для начала давайте не будем слишком обобщать. Как это всегда бывает при изучении эксперимента, нет одного ответа на все вопросы.

Первое следствие эксперимента Милликена заключается в численном подтверждении гипотезы о существовании минимального количества электрического заряда. Он обнаружил, что заряд на его маслянных каплях был кратен одной и той же величине. Из этого был сделан вывод, что минимальный заряд должен быть зарядом электрона. Милликен ожидал именно этого, но в те дни, когда об электронах только начали что-то узнавать, этот результат был весьма важен. В этом контексте точное значение заряда электрона e было не так уж важно. По словам самого Милликена, он был в состоянии представить “прямое и ощутимое доказательство того, что все электрические заряды, каким бы образом они ни были получены, в точности кратны одному определенному элементарному электрическому заряду...”. Конечно, Милликен был очень горд тем, что смог “провести точное измерение величины элементарного электрического заряда...” Я не сомневаюсь и в справедливости слов, произнесенных в речи перед присуждением ему Нобелевской премии, что “точным измерением величины заряда Милликен оказал физике неоценимую услугу, поскольку знание этой величины позволит нам с большой точностью вычислить многие важные физические константы”. Но если быть скептиком относительно точных измерений, способность измерения порождать другие измерения вряд ли может служить убедительным аргументом в пользу точности.

В 1908 году можно было бы сомневаться в том, что существует определенный минимальный отрицательный заряд e. Но когда в 1798 году Кавендиш “взвесил Землю”, никто не сомневался, что у нашей планеты есть удельный вес. Триумф Кавендиша заключался в том, что он измерил это представляющееся невзвешиваемым количество. Это не только удовлетворяло внутреннее любопытство, но позволяло путем нехитрых рассуждений получить гравитационную константу g. На самом деле, Ньютон с самого начала понимал, как можно измерить эту величину (Principia, Книга 3, предложение 10). Он также предлагал эксперименты, которые позже были проделаны французской экспедицией в Эквадоре около 1740 года. Эта экспедиция получила довольно хорошие результаты, замеряя углы, на которые отклонялся от вертикали отвес под действием такого большого естественного объекта, как гора Чимборазо. Работа Кавендиша была более значимой, поскольку при определении g он смог применить новую экспериментальную идею (которую не он сам придумал), в соответствии с которой использовались искусственные веса.

Существует некоторая аналогия между работой, которую проделал Кавендиш, и измерениями скорости света Физо в 1847 году. В 1675 году Ремер оценил скорость света по наблюдениям затмений лун Юпитера. Он плохо знал межпланетные расстояния, поэтому он ошибся на 20%, но (по аналогии с Милликеном) показал, что скорость света конечна (эта величина теперь обозначается как c). В конце века в рспоряжении Гюйгенса было достаточно астрономических данных, чтобы получить хорошее значение c. К 1847 году скорость света была получена методом Ремера для всех мыслимых целей.

В чем же заключалась позиция Физо? Конечно, важно чтобы разные методы давали одни и те же результаты. Если бы Физо получил ответ, радикально отличающийся от результатов по методу Ремера, мы были бы отброшены назад в догалилеевскую эпоху, в которой скорость света на Земле была другой по сравнению с остальной солнечной системой. Что более важно, Кавендиш и Физо работали в лаборатории с искусственными инструментами. Это бы не прошло с лунами Юпитера или горой Чимборазо. В лаборатории происходит то, что я называю созданием явлений. В лабораторных условиях можно произвести устойчивые численные явления, которыми можно замечательно управлять.

Через небольшое время Физо проделал еще один эксперимент. Как изменится скорость света при прохождении через трубку с текущей водой? Будет ли скорость просто суммой скоростей света и воды? Его исходная позиция была связана с теорией эфира, основы которой я даю в следующей главе. Замысел Физо (если, конечно, так можно говорить о 1852 годе) состоял в том, чтобы сравнить ньютоновскую теорию и теорию относительности. В своей популярной книге 1916 года “Теория относительности” Эйнштейн, написав о двух способах сложения движения, замечает: “В этом месте нам служит путеводной звездой очень важный эксперимент, который был проделан замечательным физиком Физо более полувека назад и который с тех пор был повторен многими лучшими экспериментальными физиками, так что мы уже не можем сомневаться по поводу результата”. Затем Эйнштейн упоминает о том, что теория этого явления была дана Лоренцем, и продолжает так: “Это обстоятельство ни в коей степени не уменьшает окончательность эксперимента как решающей проверки теории относительности, поскольку электродинамика Максвелла-Лоренца, на которой была основана исходная теория, никоим образом не противоречит теории относительности”. Замечательное утверждение: эксперимент, проведенный более пятидесяти лет назад, оказался решающей проверкой совершенно новой теории! Это замечание вдвойне странно, поскольку результат Физо не создавал проблем для традиционной теории эфира, и, как мы увидим в следующем разделе, Майкельсон и Морли, “повторившие” этот эксперимент в 1886 году, думали, что они подтвердили существование классического ньютоновского эфира. То, что мы имеем, – это замечательный способ измерения, который исследователи использовали в своих целях. Одна цель – это доказательство правильности той теории, которая вам нравится. Другая цель – это развитие более хитрых вариаций методики, самым знаменитым примером которой стала работа Майкельсона 1881 года. В этом случае мы можем сказать, что даже такой великий теоретик, как Эйнштейн, с готовностью использовал наугад старые эксперименты.

“Теория другими средствами”

В книге ван Фраассена “Научный образ” говорится о том, что “подлинное значение теории для работающего ученого определяется тем, как ее можно использовать в разработке эксперимента” (стр. 73). Он продолжает обсуждать пример Милликена и пишет, что “эксперимент – это продолжение теории другими средствами” ^*. Может показаться, что эти два замечания противоречат друг другу. Может быть, у него было представление об опыте, который сам вытаскивал себя за волосы, осуществляя теорию другими средствами, для того, чтобы делать больше экспериментов. Это не такое уж плохое описание примера Милликена, потому что с использованием значения е становятся возможными совершенно различные эксперименты.

Афоризм относительно “теории другими средствами” основан на следующей идее. Теория предполагала, что существует электрон, и электроны имеют определенный заряд. Но здесь в теории существует пробел: никакое теоретическое рассуждение не даст нам значения е. Мы выдвигаем теорию “другими средствами”, проводя экспериментальное определение величины е. Это очень привлекательная метафора, но мне не хочется придавать ей большого значения. Кавендиш определил значение гравитационной константы g, но не продвинул ньютоновской теории ни на йоту. Конечно, можно посмотреть на вопрос следующим образом. Ньютоновская теория содержит утверждение о том, что сила притяжения F между двумя массами m₁ и m₂, находящимися на расстоянии r друг от друга, определяется как

m₁ ´ m₂

^{F = g ´} r²

Но значение константы g просто не является частью теории. Найдя значение g, Кавендиш не развил теории. На самом деле g – уникальная природная константа. Как я уже вкратце замечал, большая часть физических констант связана законами физики с другими константами. Это важный факт для определения каждой константы. Однако g не связана вообще ни с чем более.

Конечно, мы надеемся, что g окажется связанной с чем-либо. Сила тяжести, электромагнитные силы, так же как сильные и слабые взаимодействия, может быть, и будут объяснены когда-нибудь в рамках одной правдоподобной теории или, например, с помощью идеи, вытекающей из некоторых размышлений П. А. М. Дирака пятидесятилетней давности. Предположим, что возраст вселенной около 10¹¹ лет, тогда можно предположить, что сила тяжести становилась меньше по сравнению с электромагнитной силой на 10^-11 своей величины каждый год. Эту разницу вполне можно замерить с помощью современной техники. Такие измерения могут научить нас очень многому о мире, но это не будет продолжением ньютоновской теории или какой-либо другой теории, другими средствами.

Вклад Милликена в теорию электрона более значителен, чем вклад Кавендиша в теорию гравитации, не потому что он заполнил пустоту в теории. Скорее потому, что он подтвердил существование минимального электрического заряда. Теперь очевидно, что я разделяю убеждение ван Фраассена, отвергавшего модель науки, в которой экспериментаторы сидят рядом с теоретиками, ожидая, когда их попросят проверить, подтвердить или опровергнуть теории. Конечно, им приходится часто подтверждать теории, даже если это, как в случае с Милликеном, и не является изначальным мотивом. Мне представляется, что отношение опыта Милликена к теории состоит в том, что он подтвердил широкий спектр возможных размышлений по поводу того, что существует минимальный отрицательный электрический заряд, скорее всего, связанный с гипотетическим объектом, называемым электроном. Он также определил величину этого минимального заряда, но это число не имело отношения к теории. Как говорится в приведенном выше фрагменте из нобелевской речи, значение этого открытия заключалось в более точном определении других констант, которые, в свою очередь, оказали не очень большое влияние на развитие теории.

Существуют ли точные природные константы?

Единственным великим философом, знакомым с измерением, был Ч. С. Пирс, который долгое время работал в службе береговой и геодезической разведки США и Лоуэлловской обсерватории в Бостоне. Он разработал прекрасные маятниковые эксперименты для нахождения g. В отличие от кабинетных ученых, он с презрением относился к постулату о том, что “некоторые непрерывные величины имеют точные значения”. В 1892 году в эссе “Пересмотр учения о необходимости”, вошедшем в большинство антологий Пирса, он писал следующее:

“Тому, кто находится за сценой и знает, что наиболее точные сравнения масс, длин и углов, далеко превосходящие по точности все другие измерения, все же менее точны, чем банковские счета, и то, что обычные определения физических констант, которые появляются каждый месяц в журналах, стоят в одном ряду с измерениями драпировщиками ковров и занавесей, идея математической точности, демонстрируемая в лаборатории, покажется просто смешной”.

У Пьера Дюгема можно найти похожее положение. Он считал природные константы артефактами нашей математики. Мы порождаем теории, в которых есть пробелы, такие как g. Но конкретное значение g не есть объективный факт о нашей вселенной. Это качественный факт о том, что наша вселенная может быть представлена определенными математическими моделями и, исходя из этого, возникает другой качественный факт о том, что существует нечто вроде точного числа, которое согласуется наилучшим образом с нашей математикой. Эта мысль лежит в основе язвительного антиреализма Дюгема относительно теорий и природных констант.

Подтверждение в смысле наименьших квадратов

Не были ли введены в заблуждение Дюгем и Пирс тем, что имели дело с периодом, когда константы были не точны? Не совсем так. Посмотрим на то, что на протяжении последнего десятилетия было множеством наиболее широко принятых констант, рекомендуемых международному сообществу комитетом по данным науки и технологии. У редакторов, Коэна и Тэйлора, было большое количество фундаментальных констант, основанных на работе главных национальных лабораторий мира. Данные подразделялись на следующие типы: “более точные”, “менее точные БКЭД данные” и “менее точные КЭД данные”. КЭД обозначало работу с использованием квантовой электродинамики, а БКЭД обозначало работу без использования квантовой электродинамики. Наконец, было еще некоторое количество “других менее точных величин”. В последнем разделе мы встречаем нашу знакомую, гравитационную константу g. Относительно нее известно, что “в настоящее время не существует каких-либо верифицированных теоретических уравнений, связывающих g с какой-либо другой физической константой. Таким образом, она может и не иметь непосредственного отношения к результирующим значениям нашего упорядочивания” (стр. 698).

Что мы в основном делаем с другими константами – это определяем отношения пар констант. Таким образом, открытие в 1962 году эффекта Джозефсона (см. гл. 13), произвело радикальное изменение в точных измерениях, поскольку этот эффект предоставил удивительно простой способ определения величины e / h, отношения заряда электрона к константе Планка. К 1972 году точное значение отношения массы электрона к массе мюона стало известно с точностью до пятого знака. Само это отношение было определено, исходя из других отношений.

В итоге было получено большое количество численных оценок констант, после чего перешли к оценкам по методу “наименьших квадратов”. Грубо говоря, было постулировано, что все теории в рамках определенной группы являются истинными (например, КЭД или БКЭД). Таким образом, образовалось большое количество уравнений, связывающих большое количество чисел. Естественно, что числа не вполне подходили ко всем уравнениям. Затем мы нашли точное приписывание чисел, которое делает истинными все уравнения и которое минимизирует ошибки во всех наилучших независимых оценках различных констант и отношений констант. Естественно, что все на самом деле несколько более сложно, поскольку мы приписываем нашим измерениям разные уровни точности. “Наилучшее соответствие”, вместе с которым автоматически получается оценка частных ошибок, предоставляет одну оценку всех констант, за исключением, быть может, нескольких одиночек, таких как “первая” константа науки, то есть g.

Эффект Джозефсона изменил одно множество первоначальных оценок, которые все были “скорректированы”. Этот процесс никогда не кончается: “Тем не менее, после опубликования поправки 1973 года число новых экспериментов было пополнено, давая улучшенные значения для некоторых констант... Нужно понимать, однако, что поскольку поправки, основанные на методе наименьших квадратов, связаны сложным образом и изменение в измеренной величине одной константы обычно приводит к соответствующим изменениям в значениях других, необходимо быть осторожным при выполнении вычислений, использующих таблицу поправок 1973 года и результаты более поздних экспериментов.”

Несомненно, что когда появятся следующие приближения по методу наименьших квадратов (а это произойдет очень скоро), целая сеть из теории и чисел покажется на некоторое время более удовлетворительной. И все же скептик может настаивать на том, что все, что при этом делается, – это нахождение наиболее удобного набора чисел, которые можно подогнать под наши константы. Может быть, и всю эту процедуру можно представить по-дюгемовски. В любом случае, мы вряд ли сможем назвать эту специфическую форму определения констант “продолжением теории другими средствами”.

Измерение всего

Кун говорит, что страсть к измерениям относительно нова. При этом он цитирует Кельвина: “Я часто говорю, что когда вы можете измерить то, о чем вы говорите, вы знаете что-то об этой вещи. Когда вы не можете ее измерить,... то ваши знания скудны и неудовлетворительны”. Поскольку Кельвин говорил это часто, существовали и искаженные версии его слов. Карл Пирсон вспоминает “утверждение Кельвина о том, что у вас может быть только плохое и неясное представление о явлении до тех пор, пока вы не измерили его и не превратили в числа”. Если кто-то думает, что энтузиазм по поводу измерений остался не затронутым идеологией, то пусть обратит внимание на следующий кусок из длинных графоманских виршей о лаборатории Райерсона в Чикаго, ставшей местом проведения опытов Майкельсона:

Это теперь Райерсона закон, что миру назначил цену:

Мерять учись, человек, а не то проиграешь войну.

Пирсон, Кельвин и лаборатория Райерсона существовали в конце девятнадцатого века, который начался просто с водопада чисел. Теперь мир воспринимается более количественным образом, чем когда-либо. Мир представляется составленным из численных величин. Каковы были последствия фетишизации точности измерения для развития естественных наук? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны обратиться к уже упоминавшемуся эссе Куна “Функция измерения в современной физической науке”, переизданному в его “Существенном напряжении” (“The Essential Tension”).

Функция измерения

Почему нужно измерять? Один из ответов можно найти в попперовской диалектике гипотез и опровержений. В соответствии с этим мнением, эксперименты служат для того, чтобы проверять теории. Лучшие эксперименты подвергают теории наибольшему риску. Следовательно, точные измерения должны соответствовать лучшим экспериментам, поскольку измеряемые числа скорее всего, будут конфликтовать с предсказанными.

Ребенок в сказке Андерсона сказал, что король гол. Кун подобен этому ребенку. Поскольку, несмотря на всю пышность идеи о гипотезах и опровержениях, то, о чем говорит Поппер, почти никогда не происходит. Точные измерения делаются не для того, чтобы проверять теории. Кавендиш вообще не проверял теории тяготения, он определял g. Физо получил лучшее значение скорости света, а затем использовал технологию, которую он разработал для этой цели, чтобы исследовать (а не проверять) возможность того, что свет может иметь различные скорости, которые будут зависеть от скорости среды, в которой он движется. Только 60 лет спустя Эйнштейн случайно обнаружил, что этот опыт служит “решающей проверкой”. В более банальных делах числа, определяемые в лаборатории, обычно не используются для того, чтобы подвергать суду теорию. Как настаивал Кун, эксперименты обычно имеют успех, если в них с некоторой точностью получаются числа, которые ученые более или менее ожидали получить.

В таком случае, большинство измерений есть то, что Кун называет нормальной наукой. Хорошие измерения требуют новых технологий и, таким образом, предполагают решения множества загадок экспериментального характера. Измерения проясняют детали известного материала. Следует ли из этого, что фетишизация измерений, пик которой пришелся на эпоху Кельвина, не имела никакого воздействия на науку, за исключением того, что делала более интенсивной научную деятельность? Совсем не так. Кун суммирует функцию измерения следующим образом. “Я верю, что в девятнадцатом веке математизация физики породила в большой степени уточненные профессиональные критерии решения проблем и одновременно очень сильно увеличила эффективность профессиональных процедур верификации” (стр. 220). В сноске он упоминает “эзотерические качественные различия”, которые привели к отбору трех проблем: фотоэлектрический эффект, излучение черного тела и удельные теплоемкости. Квантовая механика дала решение этим проблемам. Кун отмечает ту скорость, с которой первая версия квантовой теории была принята “профессионалами”. Он написал бесподобную книгу о второй из этих проблем, “Теория твердого тела и квантовая прерывность (1894-1912)”.

Мои комментарии по поводу книги Куна таковы. Нужно отличать функцию измерения от заявляемых поводов для измерения. У экспериментаторов самые разные причины для проведения измерений. Усилия по измерению вознаграждаются, когда экспериментаторы изобретают остроумные системы измерения. Однако практика измерения имеет побочный продукт, которого ни в коей мере не ожидал Кельвин, Пирсон и лаборатория Райерсона. Вдруг оказывается, что некоторые числа, полученные в экспериментах, вопреки ожиданиям не согласуются. Это – аномалия, которую иногда даже называли “эффектом”. Чем больше фетишизировалась точность, тем чаще встречались “эзотерические трудности”. На самом деле, их появляется не так уж много, и эти завораживающие редкие аномалии составляют фокус профессионального решения проблем. Когда кто-либо предлагает новую теорию, ее задача – объяснить эти “эзотерические различия”. Затем существуют быстрые тесты, которые должна пройти теория. Они являются эффективными процедурами верификации, о которых пишет Кун, и они являются частью его позиции относительно научных революций.

Не будем переоценивать эту историю о функциональности. Это не вся история. Конечно, множество экспериментов изобретается специально для того, чтобы проверять теории. Создается специальная аппаратура, чтобы сделать проверки более убедительными. Философия тоже оказывает некоторое воздействие. В дни Кельвина процветал старый позитивизм, который искал факты, и когда описывались эксперименты, говорили о том, что пытаются найти сложные числовые факты. Сейчас процветает философия Поппера, и когда кто-нибудь описывает свой эксперимент, то говорит, что пытается проверить теорию (иначе он не получит материальной поддержки!). Добавим к этому, что куновское описание измерений существенно не отличается от описания Поппера. Точные измерения обнаруживают явления, которые не согласуются с теориями, в результате чего предлагаются новые теории. Но в то время как Поппер рассматривает это как явную цель экспериментатора, Кун считает это побочным продуктом. На самом деле, его описание этой “функции” очень сходно с тем, что в социальных науках называлось функционализмом.

Функционализм

Часто говорят, что философия Куна превратилась в социологию. Это неправильно, если имеется в виду эмпирическая социология. Кун не получил ни одной теоремы вроде следующей: “Если в лаборатории работает более, чем N человек, а доля молодых специалистов, приходящих на работу в лабораторию и оставляемых здесь, есть k, то доля тех, кто переходит на другую работу, есть 1-k ”. Хотя Кун и не эмпирический социолог, он до некоторой степени старомодный спекулятивный социолог. Некоторые из таких социологов, называемых функционалистами, обнаруживают иногда тот или иной устоявшийся порядок в обществе или субкультуре. Они не будут спрашивать, как этот порядок возник, но захотят узнать, почему он сохраняется. Будет сделано предположение, что исходя из других свойств группы, этот порядок обладает некоторыми достоинствами, которые способствуют сохранению самого общества. Эта функция данного порядка. Она может быть непонятной членам общества, но мы должны понимать этот порядок в терминах его функций.

Так же и Кун, который отмечает возрастающую роль измерений в физике. Он предполагает, что только к 1840 году математизация стала всеобъемлющей. Кун спрашивает не то, как это произошло, а почему это сохраняется. Циники могут предположить, что измерения предоставляют ученым некое занятие. Кун говорит, что аномалии, которые неизбежно возникают в области точных измерений, фокусируют дальнейшую деятельность ученых даже на том этапе, который он называет кризисом. Они также определяют то, что означает для теории быть хорошей заменой предшествующей теории. Таким образом, измерение – важная ниша в куновском представлении о цикле “нормальная наука – кризис – революция – новая нормальная наука”.

Официальная позиция

Кун любознателен и любит сокрушать авторитеты. Точные измерения не укладываются в его концепцию, поскольку, по-видимому, точные измерения констант стали самодостаточным миром исследований. Благодаря эффекту Джозефсона, “1 июля 1972 года Национальное Бюро Стандартов США приняло точное значение 2 e / h = 483593,420 ´ 10⁹ Гц/В для установления узаконенного или поддерживаемого значения вольта в США” (стр. 667). Существует, по крайней мере, еще 11 других таких же определений вольта, по данным 11 больших национальных лабораторий в Японии, Канаде и т. д. Не было бы абсурдным существование и 12 различных региональных определений “вольта”, поскольку проблема частично заключается в том, что когда экспериментатор хочет получить точное значение вольта, он должен обратиться в ближайшую лабораторию или применить “передвижные температурно-управляемые транспортные стандарты для вольта”. Вот пример одной философии измерений: она появляется в конце обзора Коэна и Тейлора, упоминавшегося выше, “Приближение с помощью метода наименьших квадратов, полученное в 1973 году”: “Мы считаем, что в области фундаментальных констант должна быть проведена большая работа и что романтике следующего десятичного знака нужно отдаться со всей страстью не ради ее самой, но ради новой физики и более глубокого понимания природы, которая здесь еще скрывается от нас” (стр. 726).