Карл Поппер

К.Поппер (1902 – 1994) – основатель критического рационализма, в основе которого лежит принцип фальсификации. Этим сказано почти все.

В 1930-х годах он выдвинул в качестве центральной проблемы философии науки проблему демаркации, т.е. нахождения критерия, который дал инструмент для выявления различия между эмпирическими науками, с одной стороны, и математикой, логикой и метафизическими системами, с другой стороны.

Тесно связанной с проблемой демаркации оказалась тема индукции: хотя процедура верификации прямо не использовала метод индукции, но в процессе образования научного знания позитивисты соблюдали такую последовательность: эмпирические факты – эмпирические законы – научные теории (теоретические законы). Первый этап подразумевал метод эмпирической индукции. На втором этапе могла использоваться та же индукция, либо гипотетико-дедуктивная схема.

Вопрос был поставлен следующим образом: можно ли истинность некоторой объяснительной универсальной теории оправдать предположением истинности проверочных высказываний, или высказываний наблюдения, которые основаны на опыте? Мой ответ, говорит К.Поппер: невозможно.

Примечание. Сингулярными или единичными (частными) называются высказывания типа отчетов о результатах наблюдений или экспериментов. Универсальными называются высказывания типа гипотез или теорий.

Отсюда внимание к росту знания. Единственным методом философии, который является одновременно единым методом любой рациональной дискуссии, он объявляет метод критического рационализма. Итак, рационализм у него сводится к критицизму.

Метод, который я имею в виду, писал он, заключается в четкой формулировке обсуждаемой проблемы и критическом исследовании различных ее решений. Суть отождествления рациональной установки с критической состоит в том, что, какое бы решение некоторой проблемы мы не предлагали, мы сразу же должны стараться его опровергнуть, а не защищать. Теоретик должен стремиться придумать случаи или ситуации, при которых, если теория ложная, ее ложность проявится. Он будет планировать строгие испытания и решающие проверочные ситуации. Из введения критерия ложности вытекает принцип фальсификации или метод критической проверки теорий. Основное в науке – это метод критических проверок. В этом и состоит принцип демаркации.

Мы видим, пишет К.Поппер, что последователи Канта (рационалисты) терпят поражение от удара, нанесенного неевклидовыми геометриями и неньютоновской физикой (квантовой механикой), а последователи эмпиризма от логической невозможности положить в основу знания чисто эмпирический базис и индуктивную логику. Прежние схемы подтверждения научного знания не выдерживают критики, что открывает дорогу скептицизму, иррационализму, мистике, суевериям. Сторонники пробабилизма, допускавшие, что научные теории равно необоснованны, полагали, что они все же обладают разными степенями вероятности по отношению к эмпирическому утверждению.

Поппер был настроен более решительно: все теории не только равно необоснованны, но и равно невероятны. Джастификация (подтверждение, оправдание) сменяется фальсификацией (опровержение). Виды фальсификации: догматическая (натуралистическая), методологическая (Поппер), утонченная (Лакатос). Рост науки – это раз за разом повторяющееся опрокидывание теорий.

Итак, если какое-то эмпирическое следствие теории оказалось ложным, а мы получили его в полном соответствии с правилами логики, то теорию следует признать ложной, ибо из истинной теории по правилам логики ложь вывести невозможно. Фальсифицированная теория должна быть отброшена, мы не можем сохранять ее в своем знании. В противном случае это путь к догматизму в науке и к потере ею своего эмпирического содержания.

Развитие науки – это движение от старых проблем к новым, фаллибилизм (погрешимость и временность всех научных теорий) и критерий отбора лучших теорий. С этим связана проблема существования объективной истины и концепция трех миров, главный из них третий мир, где и обитает объективная истина.

Наука начинается с проблем, а не с наблюдений, хотя наблюдения могут породить проблему.

Схема движения научного знания такова: Р – ТТ – ЕЕ – Р (новая) -...

Данная схема (она реализуется посредством отбора и систематической рациональной критики) описывает науку как динамическое явление, ибо наука может существовать только в процессе роста. Эпистемология представляет собой теорию роста знания, теорию решения проблем, теорию построения, критического обсуждения, оценки и критической проверки конкурирующих гипотетических теорий. Рациональность науки состоит в рациональном выборе новой теории, а не в дедуктивном развитии теорий. Вера в то, что наука развивается от наблюдений к теории, не может быть выведена из высказываний наблюдения.

Но что же тогда представляют собой теории? Теории – это наши собственные изобретения. Они не навязываются нам извне, а представляют собой созданные нами инструменты нашего мышления. Наши открытия направляются нашими теориями, и теории не являются результатами открытий, обусловленных наблюдением.

Фаллибилизм – учение Поппера о погрешимости знания: все законы и теории следует считать гипотетическими или предположительными. Может ли одна теория быть лучше другой? Ясно одно, из конкурирующих теорий рациональнее всего выбирать проверенную теорию. Более сильная теория, т.е. теория с более богатым содержанием, будет в то же время иметь большую правдоподобность.

Отсюда следует, что мы можем попытаться отождествить идею приближения к истине с идеей высокого истинностного содержания при низком ложностном содержании. При этом поиск правдоподобности – это более ясная и более реалистичная цель, чем поиск истины.

Содержание теорий и их фактическая объяснительная сила являются самыми важными регулятивными идеями для их априорной оценки. Они тесно связаны со степенью проверяемости теорий и с правдоподобностью.

Поппер хотел быть уверен в том, что целью науки является истина в смысле соответствия фактам, что теория относительности, например, является лучшим приближением к истине, чем теория Ньютона, а она лучшей, чем теория Кеплера.

Объективная истина, согласно Попперу, существует, развитие науки приближает нас к ней. Как море обтачивает гальку, так фальсификации обрабатывают наши теории, делая их более истинными. Однако нет логических критериев для понимания того, приближаемся мы к истине или нет. Истина – это лишь регулятивный принцип.

Реализм – это существенная черта здравого смысла и он неопровержим. Почти все физические, химические или биологические теории подразумевают реализм, в том смысле, что если они не истинны, то и реализм тоже должен быть неистинным. Это одна из причин того, что люди говорят о научном реализме. Поскольку реализм непроверяем, только наблюдения и эксперименты играют в науке решающую роль в признании или отбрасывании научных высказываний, включая законы и теории.

Для защиты идеала объективности знания Поппер вводит представление о трех мирах: мир физических объектов (протяженная субстанция), мир состояний сознания или мир мышления (мыслящая субстанция), а также мир объективного содержания научных идей и произведений искусства.

Автономия третьего мира (ситуация мысленного эксперимента) и обратное воздействие третьего мира на второй и даже на первый миры, представляют собой одних из самых важных факторов роста знания.

Сравнение с миром идей Платона: у того мир идеальных сущностей реальных вещей, у Поппера – теорий, законов, гипотез, терминов, понятий.

Поппер верил в объективное существование физического мира и признавал, что познание стремится к истинному описанию этого мира.

Однако непротиворечивость или подтверждаемость эмпирическими данными еще не являются достаточными основаниями, чтобы выступать в качестве критериев истины. Любую фантазию можно представить в непротиворечивом виде. Мы способны лишь приближаться к истине. Согласно эмпиризму, научное познание начинается с наблюдений и констатации фактов. После того, как факты установлены, мы приступаем к их обобщению и построению теории. Вместе с философией Д.Юма возникла проблема оправдания индуктивного метода: всякое индуктивное обобщение недостоверно. Отсюда Поппер делает вывод о том, что индукция больше не является ни психологическим фактором, ни фактом обыденной жизни, ни фактом научной практики. Поэтому научные теории представляют лишь аргументированные догадки о мире.

Но каков же метод науки, если не индуктивный? Дело в том, что познающий субъект противостоит миру не как чистая доска, человек имеет определенные представления, ожидания и даже теоретические предпосылки, поэтому он вопрошает. Познание начинается не с наблюдений, а с выдвижения догадок, предположений, объясняющих мир. Свои догадки мы соотносим с результатами наблюдений и отбрасываем их после фальсификации, заменяя новыми догадками. Пробы и ошибки – вот из чего складывается метод науки. Для познания мира нет более рациональной процедуры, чем метод проб и ошибок – предположений и опровержений. Смелое выдвижение теорий, стремление сделать все возможное для того, чтобы показать ошибочность этих теорий, и временное их признание, если наша критика оказывается безуспешной. Метод проб и ошибок является не только методом познания, но и методом всякого развития. Каждый отдельный организм – это очередная проба: успешная проба выживает и дает потомство, неудачная устраняется как ошибка.

Для позитивистов наука – это не система понятий, а система высказываний. Научными они признают только те высказывания, которые сводятся к атомарным высказываниям, протокольным предложениям. Осмысленными являются только слова, которые имеют значение. Но это ведь вопрос конвенции, или соглашения, замечает К.Поппер. Не понимая этого, позитивисты стремятся доказать, что метафизика по своей природе есть не что иное, как бессмысленная болтовня. Но ведь метафизика как раз и определяется через ее неэмпиричность. Отсюда ясно, что вовсе не успешная демаркация науки и метафизики является целью позитивистов, они стремятся упразднить и уничтожить метафизику.

Принцип фальсификации выступает и как принцип оптимизации роста научного знания, и как принцип демаркации научного и ненаучного знания. В этой связи важно различать, что понятия научное и ненаучное – это характеристики знания, логически и методологически не связанные с характеристиками истинное и неистинное знание. Например, научное знание может быть неистинным, а ненаучное знание может быть истинным.

Итак, Поппер внес большой вклад в философию науки, он раздвинул ее границы: если логические позитивисты сводили методологию к анализу структуры знания и к его эмпирическому обоснованию, то Поппер указал на анализ выдвижения, формулирования, проверки и смены научных теорий. Важно то, что методологический анализ развития знания потребовал обращения к реальным примерам из истории науки. А это уже совершенно новый этап философии науки.

Обратимся к экспериментальной деятельности Альберта Майкельсона (1852 – 1931), которая хорошо демонстрирует точку зрения К.Поппера. По окончании военно-морской академии в Анаполисе (1873) он был назначен преподавателем физики и химии академии и в это время ставит эксперимент, принесший ему мировую известность: измерил скорость света с точностью, не виданной ранее, пользуясь приборами, которые обошлись ему немногим больше 10 долларов.

Следует иметь в виду, что в 1870-е годы едва ли не все ученые полагали, что все физические законы природы открыты и описаны, эту уверенность открыто высказал лорд Кельвин. Физикам ничего не оставалось, кроме дальнейшего уточнения измерений, касающихся вычислений вплоть до шестого знака десятичных дробей. Именно с помощью таких измерений А.Майкельсон доказал, что существовавшие на тот период теории материи не соответствуют истине. Ответы на все коренные вопросы были неверны. Слава А.Майкельсона привлекала к нему молодых ученых, когда он в 1892 году приехал в Чикагский университет руководить научными исследованиями. Любопытен текст письма Р.Милликена, ставшего едва ли не единственным, на ком А.Майкельсон остановил свой выбор. Вот выдержки из этого письма. «Всякий раз, когда я – говорил о себе А.Майкельсон – отдаю аспирантам какую-нибудь проблему, они либо все портят, потому что не могут работать так, как мне хотелось бы, а прогнать их и делать все самому нельзя; либо, наоборот, добиваются неплохих результатов и тут же начинают считать проблему своей, в то время, как она моя. А ведь дело-то в том, что знать, какая проблема достойна наступления, гораздо важнее просто добросовестной работы над любой проблемой. Так что я предпочитаю больше не иметь дела с диссертациями». (Уилсон М. Американские ученые и изобретатели. – М.: Знание, 1975. – 136с.). С тех пор А.Майкельсон отдавал все свое время исследованиям и лишь иногда читал лекции студентам.

История исследований скорости света уходит вглубь веков, но только в 17 веке датский астроном Ремер заметил, что тень одной из лун Юпитера периодически появлялась на поверхности планеты на 16 минут 36 секунд раньше, чем при наблюдении в другое время года. Ремер решил, что причиной разницы во времени является то, что один раз в году Земля находится на кратчайшем расстоянии от Юпитера, а через 6 месяцев – в максимальном удалении. Разница в несколько минут равна времени, в течение которого свет пересекает земную орбиту. Деление расстояния на время дает скорость в 186 тыс. миль в секунду.

Только в 1849 году стало возможным измерение скорости света, проходящего между двумя точками на поверхности Земли. Выбрали расстояние в 10 миль. Французский ученый Физо поставил эксперимент, посылая импульсы света на удаленное зеркало и измеряя время, требующееся на возвращение луча. Свет разбивался на импульсы следующим образом. Луч проходил сквозь промежутки между выступами на окружности быстро вращающегося диска. При достаточно быстром вращении диска импульс света доходил до зеркала и возвращался обратно как раз за то время, в течении которого диск поворачивался на небольшой угол – на ширину одного промежутка между выступами. На диске было 720 выступов, он делал ровно 25 оборотов в секунду. Зная расстояние от источника света до зеркала и обратно, Физо подсчитал скорость света и получил 194 тыс. миль в секунду.

Примерно через 20 лет, когда А.Майкельсон преподавал в Анаполисе, проблема скорости света приобрела новое, чрезвычайно важное значение. Сформулированная Дж.Максвеллом электромагнитная теория света утверждала, что скорость света должна меньше в воде, чем в воздухе. С другой стороны, из корпускулярной теории света Ньютона следовало, что скорость света в воде больше, чем в воздухе. В 1860 и 1870-е годы выяснение этого противоречия стало наиболее актуальным исследованием в физике. Науке необходим был способ точного измерения скорости в любой среде.

Знание скорости света было важно для решения многих астрономических проблем навигации. Летом 1878 года А.Майкельсон провел свой эксперимент. Дж.Максвелл предсказывал, что скорость света будет равна 300 тыс. км. в секунду, эксперимент дал результат 299 895 км. в секунду. В течение всей своей жизни А.Майкельсон постоянно возвращался к этому измерению, пытаясь бесчисленными способами еще более уточнить результат. В 1926 году, когда ему было 74 года, он применил систему, в которой луч света посылался с вершин двух гор на расстояние 22 миль и обратно. Вращающееся зеркало было изготовлено с величайшей точностью, и оно приводилось в движение специально разработанным методом. Результат был тот же. Два года спустя были выделены средства на измерение скорости света в вакууме. Всего было поставлено более трех тысяч опытов. Скорость света в вакууме оказалась равной 299 774 км. в секунду. Измерение скорости света стало примером классической точности.

Но подлинным шедевром А.Майкельсона стал интерферометр, прибор такой удивительной чувствительности, что им можно было с одинаковой легкостью измерить крохотную длину одной световой волны и диаметр звезды Бетельгейзе, который оказался в 250 раз больше диаметра Солнца. Принципиальная схема прибора была изобретена в 1880 году, когда ученому было всего 28 лет, а использован он был в 1920 году. Спустя год, в 1881 году он приступает к еще одному крупному научному эксперименту, вошедшему в сокровищницу мировой науки – измерению эфирного дрейфа.

Дж.Максвелл, развивая идеи Х.Гюйгенса, утверждал, что вселенная заполнена веществом, которое называется эфир. Оливер Лодж, один из пионеров радио, говорил, что эфир – это беспрерывная субстанция, заполняющая все пространство. Ее колебания являются светом; ее можно разделить на положительное и отрицательное электричество; сгустки ее составляют материю; из-за собственной непрерывности, а не путем столкновений, она передает любое действие и противодействие, на которое способна материя. Едва ли не каждая теория в физике ссылалась на наличие эфира. Но действительно ли он существует?

Метод А.Майкельсона был основан на том же явлении, которое вызывает радужные цвета на тонкой пленке масла на поверхности лужи. Большая часть солнечного света отражается от наружной поверхности масляной пленки, в то время как остальной свет проникает внутрь пленки и отражается от ее нижней поверхности. При определенных углах падения света оба отражения накладываются одно на другое. Волны света, так же, как волны в воде, взаимно уничтожают или усиливают друг друга в зависимости от того, совпадает ли гребень одной волны с впадиной или гребнем другой. Есть некоторая разница в длине волн тех цветов, которые составляют белый цвет. При интерференции света некоторые цвета исчезают, и вместо них на масле появляется черная полоска. Там же, где цвета усиливаются, видны полосы хроматически чистых цветов спектра.

Интерферометр расщеплял луч света надвое, подобно тому, как две поверхности масляной пленки разделяют солнечный свет. Приборы побуждали каждый луч света проходить свой особый путь, а потом соединяли их вместе. Если два пути света слегка отличались друг от друга – как если бы один из них отражался от наружной, а другой от нижней поверхности тонкой масляной пленки – наблюдатель мог видеть попеременные светлые и темные полоски. Так длина световой волны известна. То можно подсчитать неуловимо ничтожную разницу в расстоянии, которое проходил каждый луч. Оригинальность идеи состояла в том, что, прежде чем соединить оба луча, их направляли под прямым углом друг к другу. Если один световой луч идет в направлении движения Земли в пространстве, то есть в эфире, а другой направлен к первому под прямым углом, то должна быть заметная разница в расстояниях, пройденных обоими лучами.

Как правило, приводят следующий пример: одному пловцу предложили пересечь реку с сильным течением и вернуться обратно; второму – проплыть некое расстояние вниз по течению и вернуться обратно. Тот, кто пересекал реку, вернулся бы не в то же самое место, а несколько ниже, преодолевая силу течения. Второй проплыл бы вниз по течению довольно легко, но возвратился бы с большим трудом. На все это ему понадобилось бы больше времени, чем первому. Зная время, затраченное каждым пловцом, можно узнать скорость течения.

Световой эксперимент А.Майкельсона был основан на том же принципе: полосы интерференции должны были показать скорость движения эфира по отношению к Земле. Однако чувствительный прибор не обнаружил никакого признака движения сквозь эфир. Было доказано, что гипотеза неподвижного эфира оказалась неверной. Однако большинство ученых весьма эмоционально отвергли эти выводы. В целях сохранения теории эфира было сформулировано даже предположение (Джордж Френсис Фитцджеральд, 1857 – 1901, и Генрик Антон Лоренц, 1853 – 1928), что предметы, движущиеся навстречу эфиру, подобно одной трубке интерферометра, сокращаются в длину вдоль направления своего движения, в зависимости от того, как близко их собственная скорость приближается к скорости света. При обычных скоростях сокращение практически равно нулю. При скорости, равной половине скорости света, сокращение может увеличиваться до 15%.

Многие физики посчитали данное предположение такой же фантастической, как и концепцию А.Майкельсона, и предпочитали не высказываться до тех пор, пока не станут известны новые данные. В 1901 году Кауфман показал, что электроны, излучаемые радием, по-видимому, увеличивают свою массу в тот момент, когда скорость их вылета приближается к скорости света. Совсем молодой еще А.Эйнштейн предложил новые постулаты:

-все законы физики одинаковы в системах, движущихся прямолинейно и равномерно по отношению друг к другу, поэтому наблюдатель, находящийся в одной системе, не может обнаружить движения этой системы при помощи наблюдений, сделанных только в ее пределах;

-скорость света в любой системе независима от скорости источника света;

-это означает, что скорость света должна быть независима от относительной скорости источника света и наблюдателя.

Сформулированная в математических терминах в 1905 году теория относительности А.Эйнштейна показала, что сокращение Лоренца-Фитцджеральда на самом деле существует, но оно не имеет ничего общего с эфиром. Она также предсказывала, что масса любого предмета должна возрастать, когда его скорость приближается к скорости света. В системе А.Эйнштейна ни одна точка вселенной не является более подходящей для измерения, чем любая другая. Всякое движение можно измерять лишь относительно наблюдателя, производящего измерения. Нет так же никакого момента времени, который наблюдатель может считать начальным. Время и место относительны по отношению к наблюдателю, поэтому теория была названа теорией относительности в отличие от теории Ньютона, которая предполагала существование абсолютного времени и пространства. В 1919 году общая теория относительности получила еще большее подтверждение в результате астрономических наблюдений.

Весьма поучительными в этой связи представляются также исследования выдающегося американского физика Роберта Милликена (1868 – 1953), благодаря которому наука в США вступила в пору зрелости. (Уилсон М. Американские ученые и изобретатели. – М.: Знание, 1975. – 136с.). Проблемы, пробы и ошибки, решающие эксперименты развивали науку той эпохи.

В начале 20 века все физики интересовались величиной электрического заряда электрона, и, тем не менее, им никак не удавалось ее измерить. Много попыток провести это решающее измерение уже предпринял Дж.Дж.Томсон, но прошло 10 лет работы, и его ассистент, Г.Вильсон, сообщил, что после одиннадцати различных измерений они получили одиннадцать различных результатов.

Прежде чем начать исследование по собственному методу, Р.Милликен поставил опыты по методу, применявшемуся в Кембриджском университете. Теория заключалась в следующем. Масса электрона определялась путем измерения давления, производимого телом под воздействием силы тяжести на чашу весов. Если сообщить бесконечно малой частице вещества электрический заряд, и если приложить направленную вверх электрическую силу, равную силе тяжести, направленной вниз, то эта частица будет находиться в состоянии равновесия и физик может рассчитать величину электрического заряда. Если в данном случае частице будет сообщен электрический заряд одного электрона, можно высчитать величину этого заряда.

Эта теория была вполне логичной, но физики никак не могли создать прибор, при помощи которого можно было бы заниматься исследованиями отдельных частиц веществ. Им приходилось обходиться наблюдением за поведением облака из водяных капель, заряженных электричеством. В камере, воздух из которой был частично удален, создавалось облако пара. К верхней части камеры подводился ток. Через определенное время капельки тумана в облаке успокаивались. Затем сквозь туман пропускали икс-лучи, и водяные капли получали электрический заряд. Исследователи полагали, что электрическая сила, направленная вверх, к находящейся под высоким напряжением крышке камеры, должна якобы удерживать капли от падения. Однако на деле не выполнялось ни одно из сложных условий, при которых, и только при которых, частицы могли бы находиться в состоянии равновесия.

Р.Милликен начал искать новый путь решения проблемы. Дело было не в аппарате, а в том, как им пользоваться. Он внес в его конструкцию ряд изменений, которые позволили провести все измерения на одной и той же реальной капельке.

Была сконструирована небольшая по габаритам батарея на 10 тысяч вольт (немалое достижение по тем временам), которая создавала поле, достаточно сильное для того, чтобы удерживать верхнюю поверхность облака Вильсона (Чарльз Вильсон (1869 – 1935) открыл, что в воздухе, перенасыщенным водяным паром, каждый ион становится центром конденсации пара) в подвешенном, как «гроб Магомета», состоянии. Неоднократные опыты показали, что после рассеивания облака в мощном электрическом поле на его месте можно было различить несколько отдельных водяных капель. Это были капельки, содержащие два, три, четыре и более электронов, вместо одного. Таким образом, стало ясно, что электричество едино по своей структуре. Затем еще в течение трех долгих лет продолжались эксперименты над капельками уже не воды, а смазочного масла. Меня зачаровывала та абсолютная уверенность, с которой можно было точно измерить величину заряда и пересчитать количество электронов, сидевших на данной капле, будь то один электрон или любое их число, до сотни включительно. При этом для того, чтобы получить данные по одной капле, иногда требовалось несколько часов. Теория атомного строения вещества была доказана.

Как известно, в 1921 году А.Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за разработку теории, объяснявшей фотоэлектрический эффект. А в 1924 году уже Р.Милликен получил такую же премию за проведение опыта, подтвердившего теорию Эйнштейна, которая была обоснована в 1905 году. Эксперимент Р.Милликена был поставлен в 1914 году. Согласно ньютону, отражение – это просто отталкивание упругих частиц света от отражающей поверхности. Рефракция же, или преломление световых лучей при переходе в более плотную среду (из воздуха в воду), имело место в результате изменения скорости частички света в момент прохождения ее сквозь поверхность более плотной среды. Теория Ньютона не смогла объяснить другие свойства света - интерференцию, дифракцию и поляризацию.

Согласно теории Х.Гюйгенса, свет состоит из вибрации в эфире. Френель математически доказал, что если свет действительно представляет собой волновое явление, то все его наблюдаемые проявления легко обнаружить. Дж.Максвелл спустя 50 лет подкрепил волновую теорию света, теоретически доказав, что свет является вибрацией электрических и магнитных волн. В 1887 году Г.Герц заметил, что свет, особенно ультрафиолетовые лучи, заряжали металлические поверхности электричеством. Дж.Дж.Томсон доказал, что положительный заряд на поверхности металла был следствием мгновенного испускания им отрицательно заряженных электронов. Единственным физиком, понявшим, что в этом таилось противоречие, был А.Эйнштейн. в 1905 году он выдвинул логически обоснованную теорию о том, что фотоэлектрический эффект можно объяснить, только возвратившись к корпускулярной теории света, в которую следует внести важные изменения.

По мнению А.Эйнштейна, противоречие заключалось в том, что чем больше света падает на металлическую поверхность, тем больше выделяется электронов: однако энергия каждого отдельного электрона с изменением интенсивности света не меняется, хотя, по теории Дж.Максвелла, интенсивность света служит мерилом его энергии. Вот объяснение А.Эйнштейна.

Луч света состоит из потока крошечных корпускул, каждая из которых несет определенную энергию. Энергия корпускулы пропорциональна цвету, или выражаясь классическим языком, частоте света, а не его амплитуде, как утверждал Дж.Максвелл. Когда свет падает на твердое вещество, некоторые корпускулы энергии поглощаются. Количество поглощаемой энергии в некоторых случаях оказывается настолько большим, что электроны получают возможность покинуть атомы, в которых они находились. Энергия этих освобожденных фотоэлектронов должна поэтому быть абсолютно равной энергии пойманных корпускул света, называемых квантами, минус количество энергии, нужной для того, чтобы вырвать электроны из атомов. Вот это количество, работа выхода, может быть измерено.

Эйнштейн сообщил об этом в форме уравнения, в котором была установлена связь между скоростью вылетевшего электрона, энергией пойманного кванта света и рабой выхода. Такая теория не была подтверждена экспериментально, за исключением наблюдений, проведенных Леонардом в 1900 году и сводившихся к тому, что энергия, с которой электроны вылетают из цинковой пластинки, кажется, не зависит от интенсивности света. Сам Р.Милликен писал о том, что мысль А.Эйнштейна о квантах света, несущихся в пространстве в форме импульсов, или, как мы называем их теперь фотонов, приблизительно до 1915 года не умела практически ни одного убежденного сторонника. На ранних этапах даже сам А.Эйнштейн не отстаивал это положение с достаточной решимостью.

Вся трудность, которая стала перед Р.Милликеном, когда он в 1912 году приступил к проведению решающего эксперимента, состояла в том, чтобы определить, в какой зависимости находится энергия от цвета, или частоты. А.Эйнштейн говорил, что эта зависимость была прямой: энергия равна частоте, помноженной на определенное число. Это определенное число было постоянным для любого цвета. Оно должно быть природной константой. А.Эйнштейн применял для этого числа обозначение h из уважения к Максу Планку, который сумел решить теоретическую проблему в области радиации, произвольно заменив в формуле член, обозначающий энергию, другим членом, в который входили обозначения частоты и этой самой постоянной величины. М.Планк обозначил эту величину через h и рассматривал всю операцию лишь как удобный математический прием, который помог ему решить задачу. А.Эйнштейн разглядел, что М.Планк невольно сделал гораздо большее. При помощи математического приема М.Планка проблема решалась – значит, он точно отражал истинное положение вещей.

А.Эйнштейн придал этому приему буквальное значение, и его фотоэлектрическое уравнение стало первым непосредственным применением новой квантовой теории. Р.Милликен решил проверить теорию, попытавшись получить ответы на следующие три вопроса:

-действительно ли энергия кванта света равна частоте света, взятой h раз;

-является ли число h действительно постоянной величиной для всех цветов;

-соответствует ли фотоэлектрическое уравнение А.Эйнштейна тому, что имеет место в природе.

Для опытов Р.Милликен сконструировал оригинальный аппарат, который он позднее назвал «вакуумной парикмахерской»: в стеклянную вакуумную камеру он поместил поворотный диск, с трех сторон на нем находились небольшие количества трех металлов, отличающихся высокой активностью – натрия, калия и лития, каждый реагировал на свет только одной определенной частоты. Проходя сквозь линзы и призму, белый свет преломлялся. Сквозь узкую щель луч того или иного основного цвета получавшегося спектра направлялся на поверхность металлического образца, и Р.Милликен мог наблюдать действие луча одного цвета на металл. В то время как металлическая поверхность освещалась последовательно лучом каждого основного цвета, измерялось количество вылетавших электронов и их энергия, определялось количество электрической энергии, необходимой, чтобы их остановить. Если, например, для того, чтобы удержать в воздухе тело неизвестного веса, необходима сила, равная пяти фунтам, то это тело весит пять фунтов. Рассуждая таким образом, скорость электронов была определена путем измерения силы, требуемой для полной остановки их, а зная скорость, можно высчитать энергию электронов, выделяющихся при освещении металлической поверхности лучом каждого цвета.

Когда этот опыт и расчеты были проделаны для всех частей спектра, Р.Милликен смог вычертить кривую, которая показывала зависимость энергии электрона от цвета луча, или частоты. Полученные результаты дали абсолютно положительные ответы на поставленные три вопроса и подтвердили верность теории А.Эйнштейна, была определена величина постоянной М.Планка.