Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия - [94]
Затем, по мере того как теория развивается и превращается из чисто умозрительной догадки в некую общую форму знания, которая может удовлетворительно объяснить многие наблюдаемые явления, мы начинаем все больше и больше ей доверять. И мы настолько удовлетворены ее последовательностью и плодотворностью, что говорим: «Она не может быть неверной». Рассмотрим теорию всемирного тяготения Ньютона как пример такой великой схемы понятий. Ньютон начал с некоторых допущений; с рассмотрения сил и перемещений как векторов, со своих законов движения, с пропорциональности сил тяготения массам притягивающихся тел, с закона обратных квадратов, с евклидовой геометрии. Некоторые из этих допущений были выведены из эксперимента; другие мало чем отличались от определений (первый закон, определяющий «нулевую силу») и рабочих правил (третий закон). Но каково бы ни было происхождение этих допущений, они являлись исходными точками дедуктивной теории. Затем шаг за шагом, путем рассуждений Ньютон извлек из этих допущений свое «объяснение» Солнечной системы. Мы называем эту теорию хорошей, потому что она последовательна. Начав с общих допущений, Ньютон связал в единую систему явления, которые, казалось, не имели никакой связи:
Движение Луны по круговой орбите
Возмущения простого движения Луны
Движение планет (I, II, III законы Кеплера)
Возмущения движения планет
Движение комет
Приливы и отливы
Форма Земли
Различия в силе тяжести
Прецессия равноденствий
______
ВСЕ ЭТО СВЯЗАНО законом обратных квадратов для силы тяжести и вращением Земли
Дедуктивная теория и научное познание
Фиг. 185 иллюстрирует построение «хорошей» теории. Сначала должно происходить индуктивное накопление знаний. Затем наступает время, когда теорию можно «сварить» из сложной смеси составных частей. Некоторые предположения следует подвергнуть предварительной проверке на ранних стадиях (подобно тому как Ньютон проверял на примере Луны закон обратных квадратов для силы тяжести). На более поздней стадии предсказания, предлагаемые теорией, должны быть подвергнуты экспериментальной проверке, что одновременно служит проверкой первоначальных допущений. Мы судим о теории не по тому, насколько она «правильная, а по тому, насколько она полезна, какие эксперименты она подсказывает и на какие мысли она наводит. Многие ученые, однако, видят значение великой теории не только в плодотворности ее предсказания, но в том глубоком чувстве уверенности, которое она дает. Приведенная схема показывает возникновение скорее научного знания, чем теории. Очевидно, это сложный метод, принимающий различные формы.
Научный метод
Теперь вам понятно, почему мы говорим, что существует не ©Дин, а много научных методов. Фрэнсис Бэкон (~1600) предлагал следующий формальный метод исследования:
— производить наблюдения и регистрировать факты;
— проводить большое количество экспериментов и сводить результаты в таблицы;
— извлекать правила и законы методом индукции.
Эти положения были затем развиты в тот научный метод, которого и сейчас придерживаются многие ученые[121].
— производить наблюдения и извлекать из них правила или законы;
— формулировать гипотезу (догадку, которая может быть чисто умозрительной);
— выводить следствия из гипотезы и уже известных законов;
— производить эксперименты для проверки этих следствий.
ЕСЛИ ЭКСПЕРИМЕНТ ПОДТВЕРЖДАЕТ гипотезу, следует ее принять как истинный закон и затем предлагать и проверять другие гипотезы.
ЕСЛИ ЭКСПЕРИМЕНТ ОТРИЦАЕТ гипотезу, следует искать другую гипотезу.
В действительности научное исследование не столь «логично» с научной точки зрения и не так просто. (Мы следуем такой схеме бессознательно, когда стараемся устранить неисправность в фарах машины или установить причину, почему в нашей квартире протекает потолок, но мы вправе считать, что действуем при этом согласно простому здравому смыслу.)
Научные методы
В ходе развития науки мы решаем проблемы и накапливаем знания с помощью самых различных методов. Иногда мы начинаем с догадок; иногда строим модель для математических исследований и затем проверяем результаты, полученные с помощью этой модели, проводя соответствующие эксперименты; иногда просто собираем экспериментальные данные, готовясь при этом к встрече с любыми неожиданностями; иногда планируем и выполняем один большой эксперимент и получаем важный результат непосредственно или путем статистической обработки полученных данных.
Иногда, проводя серию экспериментов, мы переходим от одной стадии познания к другой — результаты каждого эксперимента оказывают воздействие на ход наших рассуждений и помогают планировать следующий эксперимент. Иногда мы производим длительный и сложный мысленный анализ, пользуясь как имеющейся информацией, так и законами, гипотезами, логическими умозаключениями и прибегая к экспериментальной проверке не систематически, а от случая к случаю. Однако эксперимент всегда играет роль главного пробного камня независимо от того, производится ли он вначале, когда факты только начинают накапливаться, или же в конце, при окончательной проверке какой-нибудь большой научной теории в целом.
