Принципы наблюдаемости, относительности к средствам наблюдения, дополнительности. Операционализм Бриджмена

Существенное значение в осмыслении эксперимента имеют характеристики человека как макроскопического существа (в популярном объяснении это означает, что человек резко отличается по своим физическим характеристикам как от микрочастиц, так и от мегасистем типа скопления звезд). До тех пор пока человек изучал соразмерные ему объекты, проблема микро-макро-мегамиров не была актуальной. Успехи микрофизики изменили ситуацию. Наиболее весомо прозвучали в этом контексте слова знаменитого датского физика Н. Бора: «Словом "эксперимент" мы указываем на такую ситуацию, когда мы можем сообщить другим, что именно мы сделали и что именно мы узнали» [7,с.406]. Поэтому, полагал Бор, "как бы далеко не выходили явления за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий" [7,с.406].

Во времена Бора считалось, что макрообъекты описываются исключительно классической физикой. Теперь же известно, что квантовая физика дозволяет описывать поведение не только микро-, но и макро-, и мегафизических систем. Дело не в том, что для эксперимента требуется язык классической физики. Необходимо учитывать макроскопичность человека. Какая-то часть экспериментальных данных должна быть доступной чувствам человека и в этом смысле наглядной. По крайней мере, последнее звено измерения должно быть наглядно-макроскопическим.

Предыдущее рассмотрение вплотную подвело к принципу наблюдаемости. Согласно этому принципу, все теоретические понятия находят свою окончательную подтверждаемость в эмпирических интерпретациях. То, что принципиально ненаблюдаемо, нереально. На этом основании Э. Мах вполне справедливо отрицал реальность абсолютного пространства и времени.

Некоторые из описываемых теорией предметы и их признаки поддаются прямому наблюдению и измерению. Часть предметов принципиально наблюдаема в силу использования человеком устройств, усиливающих его чувственные возможности. Благодаря микро- и телескопам человек узнал многонового.

На первый взгляд кажется, что благодаря усиливающим возможности человека приборам можно наблюдать непосредственно за любым реально существующим объектом. Однако это далеко не так. Чтобы увидеть элементарную частицу, на нее необходимо направить, например, луч света. Как выяснилось, при таком воздействии интересующая экспериментатора частица переходит в новое, ранее ей не присущее состояние. В связи с этим о свойствах частиц приходится судить по тем следам, которые они оставляют в результате взаимодействия с приборами. Микрочастицы наблюдаемы, но лишь посредством приборов. Наглядно человек воспринимает результаты взаимодействия частиц с приборами, но не сами частицы как таковые.

Согласно квантовой физике, несостоятельны попытки представить себе частицы, например, в форме шарика, волны или цуга волн. Все такие интерпретации противоречат экспериментальным данным. Квантовые частицы не более наглядны, чем описывающие их уравнения. Более того, уравнения содержат функции (такова, например, волновая функция в квантовой механике), которые приходится преобразовывать, чтобы получить величины, сопоставляемые с данными экспериментов. Это означает, что далеко не каждый член уравнения имеет свой непосредственный экспериментальный аналог. Тот же член уравнения, который абсолютно индифферентен к экспериментальным данным, по смыслу принципа наблюдаемости научно некорректен. Одни параметры измеряются непосредственно (прямо), другие косвенно (их величины вычисляются на основе данных прямых измерений). Прямые и косвенные измерения характерны, по сути, для всех экспериментальных наук.

Анализ принципа наблюдаемости показывает, что он по своему содержанию богаче принципа операционализма, введенного в философию науки нобелевским лауреатом, американским физиком П. Бриджменом. Сторонник философии американского прагматизма Бриджмен утверждал, что "основная идея операционального анализа довольно проста, а именно: нам неизвестно значение понятия до тех пор, пока не определены операции, которые используются нами или нашими коллегами при применении этого понятия в некоторой конкретной ситуации" [8,с.8]. Он считал, что специальная теория относительности Эйнштейна свидетельствует в пользу операционализма. Однако Эйнштейн не согласился с Бриджменом. «Для того чтобы какую-нибудь логическую систему можно было считать физической теорией, необходимо потребовать, чтобы все ее утверждения можно было, – излагает Эйнштейн точку зрения Бриджмена, – независимо интерпретировать и "операционалистски" "проверять". В действительности же еще ни одна теория не смогла удовлетворить этим требованиям. Для того чтобы какую-нибудь теорию можно было считать физической теорией, необходимо лишь, чтобы вытекающие из нее утверждения в принципе допускали эмпирическую проверку» [9,с.306]. Операциональность теоретических конструкций, бесспорно, является их важнейшим свойством, но далеко не единственным. В эксперименте подтверждается (или не подтверждается) теория в целом, при этом в принципе невозможно сопоставить каждому ее фрагменту изолированную измерительную операцию. Не поддаются прямой экспериментальной проверке и различные научно-поисковые усилия, размышления, вспомогательные гипотезы, образы и ассоциации.

Операционализм Бриджмена – хороший пример для подчеркивания необходимости междисциплинарного сотрудничества философов и ученых. Американские представители прагматизма, например Пирс, неоднократно подчеркивали практический характер научных понятий: понятия таковы, каковы они в практическом использовании. Казалось бы, отсюда прямо следует правомерность установок операционализма. Но действительная ситуация в науке вынуждает корректировать философские воззрения – так происходит уточнение содержания философско-научных концепций. В итоге знания от философии и наук сливаются воедино.

В эксперименте изучаемое явление выводится на очную ставку с измерительными приборами (средствами наблюдения). С легкой руки Н. Бора относительность к средствам наблюдения была возведена в ранг принципа экспериментальной науки. Согласно Бору, экспериментальные данные должны рассматриваться как дополнительные друг к другу, "только совокупность разных явлений может дать более полное представление о свойствах объекта" [7,с.407]. Бор, будучи физиком, распространил принцип относительности к средствам наблюдения не только на физические науки: "цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания" [7,с.532]. Принцип относительности к средствам наблюдения (а также принцип дополнительности) – предмет больших споров. Выделим основные узлы напряженностей.

По мнению В.А. Фока, "понятие относительности к средствам наблюдения есть в известном смысле обобщение понятия относительности к системе отсчета" [10,с.648]. Как известно, с появлением теории относительности в физике было связано немало философских новшеств. Два обстоятельства имели при этом решающее значение. Во-первых, стало ясно, что физические параметры должны определяться относительно систем отсчета. Во-вторых, выяснилось, что величины многих параметров, например длин и промежутков времени, зависят от систем отсчета. Так, линейные размеры объектов вопреки обыденным представлениям не являются инвариантами. Один и тот же объект может иметь, например, длину 5м относительно одной системы отсчета и 6м – относительно другой. Впрочем, теория относительности обнаружила немало и инвариантов. Так, инвариантом, т.е. параметром, величина которого во всех инерциальных системах отсчета одна и та же, является интервал (∆S)² =c²( ∆ t)² -(∆ r)², где ∆ r и ∆ t – соответственно пространственное расстояние и промежуток времени между событиями.

Квантовая механика привела к новым неожиданным выводам: описание квантовых объектов является вероятностным; поведение этих объектов неоднозначно. Кроме того, выяснено, что некоторые параметры квантовых систем являются взаимодополнительными и описываются так называемыми соотношениями неопределенностей, имеющими вид ∆ а ∆ b ≥ h. Здесь символ ∆ указывает на неопределенность тех величин, при которых он стоит. Из соотношений неопределенностей следует, что в принципе невозможно одновременно измерить взаимодополнительные параметры абсолютно точно. Квантовые объекты в силу их вероятностной природы не наделены "точными", скрытыми от экспериментатора свойствами.

Итак, объекты, описываемые квантовой физикой, по-разному реагируют как на различные системы отсчета (в том числе приборы), так и на одну и ту же систему отсчета.

Видимо, есть все основания считать, что взаимодополнительные свойства квантовых объектов выражают их объективную природу, они не создаются по прихоти экспериментаторов. Экспериментатор волен подготовить условия эксперимента, но при данных объективных условиях он не в состоянии влиять на результаты измерений. Частицы ведут себя таким образом, что их поведение описывается вполне определенными уравнениями вероятностного типа.

Но существует ли частица сама по себе, до процесса измерения? Очевидно, существует. Аппарат квантовой физики позволяет получить информацию о частице как до, так и в процессе измерения, когда она, взаимодействуя с макроприбором, в итоге перестает существовать.

Физические объекты, предоставленные сами себе, относительны онтически, т.е.их свойства, описываемые физическими теориями, различного рода соотношениями относительности, объективны и ни в малейшей степени не зависят от желаний и прихотей человека. Обсуждаемая ситуация осложняется тем, что наряду с оптической относительностью приходится также учитывать онтологическую относительность наших знаний, возможность их фальсификации. На всех сведениях о квантовых объектах, в том числе о их самостоятельном существовании, лежит печать используемого знания, онтологии, учения о сущем (онтическом). Изменчивость научных знаний характеризует деятельность исследователей, но не определенность, например, природных объектов. Солнце светило и тогда, когда на планете Земля не было философов и ученых. Мы знаем это благодаря науке.

В квантовой физике принцип дополнительности разработан весьма детально, он глубоко нетривиален. За ее пределами, а также в самой физике, биологии, гуманитаристике он приобретает более тривиальный вид. В силе остается требование считать данные экспериментов взаимодополнительными (они теперь не описываются соотношениями неопределенностей).

Что касается относительности к средствам наблюдения, то она характерна для всех экспериментальных наук. В зависимости от этих средств по-разному ведут себя микроорганизмы (рассматриваемые, например, в электронный микроскоп), млекопитающие (изучаемые в лабораторных условиях или же в заповеднике), люди (чутко реагирующие на окружающую обстановку).

Варьируя в тех или иных пределах условия эксперимента, исследователь стремится за счет получаемых данных представить единство всей той системы знаний, которая его интересует. Экспериментальные данные – это всего лишь калитка в большой сад, где плодоносят научные гипотезы, описываемые уравнениями.

Интересные возможности экспериментирования связаны с моделированием. Во многих случаях целесообразно замещать изучаемые объекты моделями. М. Вартофский изображает модельное отношение следующим образом: M(S, x, у), "т.е. субъект S рассматривает х как модель у " [11,с.34]. Модель – это, по определению, то, что замещает нечто (в нашем случае изучаемый объект), т.е. репрезентирует его [11.c.11]. Модель может быть любой природы; важно, однако, чтобы с ней можно было экспериментировать. Особое значение приобрело в этой связи компьютерное моделирование. Результаты, полученные в результате экспериментирования с моделью, переносятся затем на изучаемый объект как таковой. Моделирование как экспериментальный метод сродни индукции – с известным риском научной ошибки знание из одной области переносится в другую.