1.3: Науковий метод

Інтро

У попередньому розділі ми встановили, що всі синтетичні пропозиції є помилковими. Ми обговорили три основні причини — три проблеми — які пояснюють, чому не може бути абсолютно певних синтетичних пропозицій. Але оскільки за визначенням всі емпіричні теорії містять синтетичні пропозиції, жодна емпірична теорія не може бути доведена поза всякими розумними сумнівами. Однак, незважаючи на те, що всі емпіричні теорії помилкові, ми, здається, вважаємо, що деякі емпіричні теорії кращі за інші. Наприклад, сьогодні ми не думаємо, що фізика Аристотеля така ж хороша, як фізика Ньютона, так само, як ми не думаємо, що сама по собі ньютонівська фізика така ж хороша, як наша сучасна фізика. Ми не вчимо Аристотелівської фізики як найкращого доступного опису фізичних процесів; якщо ми навчимо це, ми робимо це з історичного інтересу, але не як прийнятої фізичної теорії. Ми представляємо загальну відносність і квантову фізику як найкращі доступні описи фізичних процесів. Виникає питання:

Якщо жодна емпірична теорія не є абсолютно вірною, то чому ми вважаємо, що наші теперішні теорії краще, ніж теорії минулого?

Іншими словами:

Як ми вирішуємо, які теорії повинні стати прийнятими?

Це центральне питання цієї глави. Але перш ніж приступити до самого питання, нам потрібно уточнити, що ми маємо на увазі під прийняттям.

Прийняття, використання та переслідування

Спільнота може зайняти принаймні три різні епістемічні позиції щодо теорії - прийняття, використання та переслідування. Кажуть, що теорія приймається, якщо її сприймати як найкращий доступний опис свого об'єкта. На відміну від цього, теорія, як кажуть, використовується, якщо вона сприймається як адекватний інструмент для практичного застосування. Нарешті, кажуть, що теорія переслідується, якщо вона вважається гідною подальшого розвитку. Ось відповідні визначення:

Давайте докладніше розглянемо кожну з цих позицій окремо.

Коли ми говоримо, що теорія приймається спільнотою, ми маємо на увазі те, що спільнота вважає теорію найкращим доступним описом будь-яких об'єктів, які вона намагається описати. Різні науки мають справу з різними типами об'єктів. Досліджуваний об'єкт може бути природним (наприклад, фізичними, хімічними або біологічними процесами), соціальним (наприклад, демографічними, політичними або економічними процесами) або формальним (наприклад, математичні або логічні відносини). Для кожного з цих об'єктів ми можемо, в принципі, мати теорію, яку ми приймаємо як надання найкращого доступного опису цього об'єкта. Саме в цьому сенсі ми сьогодні приймаємо стандартну модель фізики частинок як найкращу доступну класифікацію субатомних частинок. Точно так само ми приймаємо сучасний еволюційний синтез як найкраще доступне опис процесу біологічної еволюції. За визначенням, наукова мозаїка спільноти складається з усіх теорій, прийнятих цією спільнотою.

Важливо, що прийняти теорію не обов'язково означає вважати її абсолютно вірною. Так, історично існувало багато громад, які вважали теорії, які вони прийняли, як абсолютно правдиві, але це аж ніяк не потрібно. Будь-яка спільнота фаллібілістів, включаючи наше сучасне наукове співтовариство, лише сприймає теорії як найкращі на ринку, а не як безпомилково правдиві.

Тепер прийняття не слід плутати з використанням. Теорія вважається корисною, коли ми знаходимо практичне застосування теорії. Теорія може бути використана в фізичній інженерії, наприклад, будівництво мостів, космічних кораблів або планшетів. Теорія також може бути використана в соціальній інженерії, наприклад, для інженера перемоги певної політичної партії на виборах або для забезпечення стабільного доходу власнику малого бізнесу. У будь-якому випадку використовувана теорія може, а може і не бути прийнята спільнотою як найкращий доступний опис свого об'єкта. Можна прийняти одну теорію, але використовувати іншу неприйняту теорію на практиці. Сучасний стан класичної фізики є найкращою ілюстрацією цього моменту. Хоча класична фізика більше не вважається найкращим доступним описом свого об'єкта, все ще використовується в явній більшості технологічних застосувань. Наприклад, коли стоїть завдання побудувати міст, ми, швидше за все, будемо використовувати рівняння класичної фізики, а не загальної теорії відносності, оскільки вони набагато простіші. Звичайно, можна, щоб одна і та ж теорія була прийнята і використана, але одна не тягне за собою іншу. Не обов'язково вірити, що теорія є найкращим доступним описом свого об'єкта, щоб знайти його корисним.

Нарешті, прийняття та використання не слід плутати з переслідуванням. Ми говоримо, що теорія переслідується, якщо ми бачимо якусь обіцянку в її просуванні та роботі над її розробкою. Ми часто переслідуємо ідеї, які далеко не є прийнятними чи корисними, оскільки віримо, що вони можуть колись стати такими. У науці це відбувається постійно. Наприклад, жодна сучасна фізична теорія не пояснює всі частинки і фундаментальні сили природи. Фізики намагаються зробити це, розробляючи різні теорії суперструн, які пояснюють фундаментальні сили та частинки як коливання струн набагато менші, ніж субатомні частинки. Однак зрозуміло, що жодна з цих переслідуваних теорій в даний час не прийнята. Вчені переслідують ці теорії з надією, що вони можуть одного разу стати прийнятими. Важливо, що переслідувана теорія не обов'язково приймається або корисна. Вірно і навпаки: ми можемо прийняти теорію як найкращий доступний опис її об'єкта, не зобов'язуючись продовжувати цю теорію.

Кожна з цих трьох позицій також має своє заперечення. Протилежність використанню - це невикористання або невикористання: коли ми не думаємо, що теорія має велику користь у певному застосуванні, ми говоримо, що вона марна в цьому відношенні, і в результаті вона залишається невикористаною. Протилежністю переслідування є зневага: коли ніхто не працює над розробкою теорії, ми говоримо, що вона нехтується. Протилежністю прийняття є неприйняття: коли ми не думаємо, що теорія є найкращим доступним описом свого об'єкта, ми говоримо, що теорія не прийнята. Важливо, що ми не повинні плутати неприйняття з відхиленням, бо для того, щоб бути відкинутим, теорія повинна бути попередньо прийнята в мозаїці. Навпаки, теорія може залишатися неприйнятою, ніколи не приймаючись в першу чергу. Візьмемо, наприклад, M-теорію (версія теорії струн): вона в даний час неприйнята, але не можна сказати, що вона була відхилена, оскільки вона ніколи не приймалася для початку. Теорія флогістона, з іншого боку, колись прийнята хімічна теорія, була відкинута більше двох століть тому і в даний час не прийнята. Ось три позиції з відповідними запереченнями:

Якщо коротко, то можна прийняти одну теорію, використовувати іншу теорію на практиці і, в той же час, переслідувати якусь іншу перспективну теорію. Майте на увазі, що ці позиції не є взаємовиключними: одну і ту ж теорію можна переслідувати, використовувати і приймати одночасно. Наприклад, можна продовжувати вже прийняту теорію, намагаючись застосувати її до раніше незрозумілих явищ. Таким чином, теорія Ньютона про всесвітнє тяжіння вже була прийнята, коли астрономи продовжували її переслідувати і успішно передбачали існування Урана від аномалій на орбітах інших планет. Також можна використовувати і переслідувати ту ж теорію, не приймаючи її, а також використовувати і приймати теорію, не переслідуючи її. Можлива будь-яка комбінація цих трьох позицій.

Хоча дуже цікаво простежити переходи як у використовуваних, так і в переслідуваних теоріях, питання про те, як і чому вчені прийшли прийняти свої теорії, здається найбільш інтригуючим. Частково це пов'язано з тим, що коли ми набуваємо нову корисну теорію, ми часто також продовжуємо використовувати наші попередні теорії; можна використовувати ряд несумісних теорій навіть в рамках одного і того ж практичного застосування. Наприклад, можна використовувати як Птолемеївську, так і коперніканську астрономію для обчислення позицій різних планет за певний час. Те ж саме стосується і переслідування: вчені зазвичай переслідують багато різних конкуруючих теорій одночасно. Будь-яка галузь науки рясніє прикладами цього явища. Прийняття, однак, інше; оскільки ми приймаємо лише найкращі доступні теорії. Дві несумісні теорії можна одночасно використовувати, переслідувати, але не приймати; одночасно можна прийняти лише одне з конкуруючих описів. Наприклад, неможливо повірити, що Земля одночасно плоска і сферична. Важливо, що лише прийняті теорії становлять наукову мозаїку спільноти. Таким чином, центральне питання цієї глави полягає в тому, як вчені вирішують, які теорії є найкращими доступними описами світу, тобто які теорії повинні бути прийняті.

Метод

Отже, як ми вирішуємо, чи є теорія прийнятною чи ні? Як ми можемо сказати, що це найкраще серед безлічі конкуруючих теорій? Щоб відповісти на це питання, ми повинні побачити, як наукові спільноти оцінюють теорії.

Припустимо, ми візьмемо пару конкуруючих емпіричних теорій, які намагаються описати один і той же об'єкт. Припустимо, що одна з цих теорій в даний час прийнята як найкращий опис свого об'єкта, а інша теорія розглядається як теорія претендентів, яка потенційно може замінити прийняту теорію як найкращий доступний опис. Тепер, що потрібно, щоб теорія претендентів стала прийнятою і замінила раніше прийняту теорію в мозаїці? Оскільки ми маємо справу з емпіричними теоріями, швидше за все, нам знадобляться деякі докази, тобто деякі результати спостережень та експериментів, які допоможуть нам вирішити, чи справді теорія претендентів краща за теорію, яку ми зараз приймаємо. Але одних доказів не вистачить. Нам також знадобиться якийсь набір правил оцінки теорії, деякі критерії, яким повинна задовольняти нова теорія, щоб стати прийнятою. Іншими словами, нам знадобиться якийсь метод теорії оцінки. Метод визначається як сукупність вимог (критеріїв, правил, стандартів тощо) для працевлаштування в теорії оцінювання (оцінка, оцінка, порівняння тощо):

Ось кілька прикладів методів:

Теорія прийнятна, якщо вона простіша за своїх конкурентів.

Теорія прийнятна, якщо вона вирішує більше проблем, ніж її конкуренти.

Теорія прийнятна, якщо, з огляду на наявні докази, вона є найбільш імовірною серед конкурентів.

Теорія прийнятна, якщо вона пояснює все, що пояснюється раніше прийнятою теорією, а також підтвердила нові прогнози.

Майте на увазі, що це лише приклади того, які критерії можуть бути; на цьому етапі ми не розглядали, які методи насправді використовують вчені при оцінці теорій. Перш ніж ми перейдемо до пояснення критеріїв, які вчені фактично використовують у оцінці теорії, нам потрібно зробити два важливих уточнення.

По-перше, важливо не плутати методи з методологіями. Визначаємо методологію як сукупність відкрито прописаних правил теорії оцінювання:

Більшість громад мають деяке уявлення про те, як саме вони вважають, що прийнятна теорія повинна виглядати. Багато громад відкрито заявляють про свої вимоги щодо нових теорій у своїй галузі. Це те, що ми називаємо методологією; ці методології, як правило, прямо викладені в підручниках, енциклопедіях та настановах з досліджень. Але повинно бути очевидним, що правила, відкриті прописані спільнотою, можуть збігатися або не збігатися з правилами, які насправді використовує ця спільнота в теорії оцінки.

Щоб оцінити різницю між ними, давайте розглянемо простий приклад: як ми вибираємо наші улюблені книги? Деякі книги нам явно подобаються краще за інших. Це показує, що ми маємо певні очікування щодо того, якою має бути чудова книга. Іншими словами, у нас є неявний метод оцінки книги. Тепер спробуємо пояснити наші очікування; спробуємо записати, якою має бути гідна книга. Ці відкрито викладені критерії були б нашою методологією оцінки книг. Цілком можливо, що до цієї вправи у нас навіть не було відкрито викладеної методики оцінки книг. Можливо також, що наші відверто заявлені вимоги відрізняються від наших реальних очікувань. Зрештою, пояснити, чому ми обираємо те, що обираємо, є непростим завданням - будь то книги, продукти або життя партнерів. Тим не менш, це, здається, не заважає нам ранжирувати деякі книги вище, ніж інші. Це говорить нам про те, що неявні очікування (методи) існують незалежно від того, чи маємо ми якесь уявлення про те, що ці очікування, чи ми коли-небудь намагалися чітко заявити про ці очікування.

Це схоже на те, що має місце в науці. Як зазначив Стівен Вайнберг, «більшість вчених мають дуже мало уявлення про те, що таке науковий метод, так само, як більшість велосипедистів мають дуже мало уявлення про те, як велосипеди залишаються стоячими». Таким чином, якщо ми хочемо дізнатися, як вчені вибирають свої теорії, ми повинні слідувати порадам Альберта Ейнштейна і дивитися на те, що роблять вчені (тобто їх метод), а не те, що вони кажуть, що вони роблять (тобто їх методологію). Це підтверджується історією науки, яка дає безліч прикладів, коли правила методології, відкрито передбаченої спільнотою, сильно відрізнялися від фактичних очікувань цієї спільноти, тобто від методу, який вони використовують для оцінки теорій. Наприклад, емпірично-індуктивістська методологія кінця 18 ^{століття} передбачала, що теорія повинна просто узагальнювати результати експериментів і спостережень, не постулюючи жодних неспостережуваних сутностей. Однак історичним фактом є те, що практично всі прийняті теорії того часу суттєво залежали від постуляції неспостережуваних сутностей. Наприклад, теорія рідини електрики стверджувала, що електричні явища обумовлені наявністю або відсутністю електричної рідини, яка відштовхує себе, але притягує речовину. Аналогічно, теорія преформації постулювала, що чоловіча сперма містить гомункули, повністю сформовані крихітні люди, які збільшуються в розмірах у людей після депонування в утробі матері. Нарешті, сама теорія Ньютона передбачала існування таких неспостережуваних, як абсолютний простір, абсолютний час і сила тяжіння. Це говорить про те, що фактичні очікування спільноти того часу значно відрізнялися від методологічної дикти, прямо викладеної в їхніх підручниках та енциклопедіях.

Таким чином, метод і методологію плутати не варто. Майте на увазі різницю між ними особливо важливо при реконструкції стану мозаїки певної спільноти в певний час. Щоб знайти методології спільноти, ми зазвичай вивчаємо їх підручники, енциклопедії та рекомендації щодо досліджень. Методи, з іншого боку, набагато невловиміші, оскільки вони зазвичай не знаходяться на поверхні, а витягуються істориками, які аналізують низку переходів у мозаїці та намагаються пояснити фактичні очікування громади. Зараз, реконструюючи стан даної мозаїки, важливо вміти ідентифікувати методології, які були прописані громадою. Тим не менш, ще важливіше вміти витягувати фактичні очікування громади, тобто їх методи теоретичного оцінювання. Дійсно, саме методи, а не методології, які виконують фактичну роботу теорії оцінки. Для того, щоб переконати спільноту, що певна теорія є прийнятною, ми повинні переконатися, що теорія відповідає їх фактичним очікуванням, незалежно від того, чи відповідає вона їх відкрито проголошеним методологічним правилам.

По-друге, важливо не плутати методи з методиками дослідження. У науковій практиці метод має два споріднених, але різних значення. Так, метод часто використовується для позначення правил теорії оцінки, саме так, як ми його використовуємо в цьому підручнику. Але метод також часто використовується для позначення різних методів дослідження, тобто сукупності процедур для генерації ідей, побудови теорій або виконання експериментів, як у розділі Матеріали та методи типової наукової роботи. Ці два жодним чином не однакові, і ми будемо тримати їх окремо:

Одна справа запитати, як ми генеруємо (будуємо або вигадуємо) наші теорії; зовсім інша справа запитати, як ми їх оцінюємо (оцінюємо або оцінюємо). Припустимо, ми намагаємося придумати відповідь на відкрите питання і вирішуємо сісти з колегами і провести мозковий штурм, щоб генерувати деякі можливі відповіді. Мозковий штурм є прикладом методики дослідження, оскільки він має на меті генерувати якомога більше цікавих ідей. Важливо, що результат мозкового штурму може бути прийнятним або не може бути прийнятним. Швидше за все, деякі результати мозкового штурму сесії будуть вважатися гідними переслідування окремою особою або дослідницькою групою, з набагато подальшою роботою, необхідною, перш ніж прийняття громади стане проблемою. Чи стане прийнята теорія, яка є результатом цього, чи ні, буде вирішуватися відповідним методом оцінки теорії.

Відокремлення методів від методів дослідження іноді може бути складним завданням навіть для професіоналів. Існує корисне правило для розрізнення між ними. Методи дослідження зазвичай містять певні кроки або заходи, які, як вважають, сприяють дослідженню. Ось типовий приклад методики дослідження:

Крок 1: Поставте питання.

Крок 2: Запишіть ідеї.

Крок 3: Обговоріть.

Ця методика дослідження підказує нам, що робити і в якому порядку. Методи, з іншого боку, не говорять нам, що робити, але завжди говорять нам, яким умовам повинна задовольняти теорія, щоб бути прийнятною. Ось чому методи зазвичай починаються з «теорія прийнятна, якщо...». Ось типовий приклад:

Теорія про ефективність препарату є прийнятною, якщо ефект препарату був показаний у рандомізованому контрольованому дослідженні.

Отже, якщо ми хочемо перевірити, чи є щось методом чи технікою дослідження, загальне правило: якщо це можна сформулювати як «теорія прийнятна, якщо...», то це метод; інакше це метод дослідження. В якості швидкого вправи розглянемо наступний приклад:

Крок 1: Задайте питання.

Крок 2: Проведіть фонові дослідження.

Крок 3: Запропонуйте гіпотезу.

Крок 4: Спроектуйте і проведіть експеримент.

Крок 5: Запишіть спостереження та аналізуйте дані.

Крок 6: Оцініть гіпотезу.

У більшості літератури цей шестиступінчастий процес називається «науковим методом». Але чи дійсно це звучить як метод, як ми визначили його тут? Щоб використовувати наше емпіричне правило, ця формулювання не говорить нам про те, як слід оцінювати теорію, а, скоріше, окреслює набір кроків дослідження. Іншими словами, це говорить нам, як продовжувати наші наукові дослідження, але це не говорить нам точно, як слід оцінювати плоди цього дослідження. Отже, ми не називаємо це методом, ми називаємо його технікою дослідження.

Тепер, на якому з двох, методів чи методів дослідження, ми збираємось зосередитись? Хоча може бути цікаво дізнатися, як вчені певного періоду генерували свої ідеї, для цілей нашої дискусії важливо, як ці ідеї оцінювалися спільнотою і чи були вони прийняті в результаті цієї оцінки. Це відображає загальне ставлення вчених, які насправді не дбають про конкретні обставини створення теорії; що вони дбають про те, чи насправді теорія містить воду, тобто чи є вона найкращим доступним описом її об'єкта. Таким чином, це мало різниці, звідки саме походить певна теорія: я, можливо, бачив її у своїх мріях; Я міг би використати евристичну техніку високого класу, щоб створити її; Я міг би мати контакт з інопланетянами, які розповіли мені про це; Я міг би навіть вкрасти його у колеги. Виникнення теорії може бути цікавою темою при вивченні інтелектуальної біографії автора теорії. Крім того, походження може стати актуальним, коли воно відіграє певну роль у критеріях методу, використовуваного в той час. Якщо, наприклад, з'ясовується, що за інших рівних умов спільнота віддає перевагу теоріям, створеним членами однієї національності, етнічної приналежності, релігії тощо, то походження теорій стає частиною методу цієї спільноти. У будь-якому випадку важливим є критерії, які використовуються для вирішення того, чи є теорія прийнятною чи ні. Таким чином, ми будемо зосереджуватися не на дослідницьких методиках, а на методах оцінювання теорії.

Експлікація методу науки

Тепер, коли ми встановили, що теорії оцінюються методом, ми можемо розглянути, якими є ці очікування, правила чи критерії. Тобто яким конкретним критеріям повинна задовольняти теорія, щоб стати прийнятою? Якби існував фіксований набір критеріїв, які вчені всіх часів і місць використовували для оцінки своїх теорій, то ми мали б хороший аргумент, що переходи від однієї прийнятої теорії до іншої не випадкові, а раціональні. Якби ми могли лише показати, що існує незмінний метод оцінювання теорії, то всі зміни в будь-якій мозаїці регулювалися б цим фіксованим, трансісторичним методом науки. У цьому гіпотетичному сценарії процес наукових змін виглядав би так:

Природно, ця затишна картина мала б сенс лише в тому випадку, якщо дійсно існував фіксований науковий метод. Але чи є таке? Іншими словами:

Чи існує незмінний (фіксований, трансісторичний) метод науки?

Протягом більшої частини історії знань загалом вважалося, що хоча наукові теорії змінюються з часом, критерії, які використовують вчені при оцінці конкуруючих теорій, залишаються якимось чином фіксованими. Ще з часів Аристотеля, якщо не раніше, філософи намагалися відкрито сформулювати вимоги цього фіксованого методу науки. Протягом століть було зроблено безліч спроб розкопати цей невловимий науковий метод. Ці спроби можна згрупувати в кілька традицій з дуже різноманітними формулюваннями наукового методу. Ось дуже короткі підсумки деяких найбільш помітних спроб:

Індуктивіст-емпірик: теорія прийнятна, якщо вона заснована індуктивно на досвіді.

C onventionalist-simplicist: теорія прийнятна, якщо вона пояснює найбільшу кількість явищ найпростішим способом.

П. ragmatist: теорія прийнятна, якщо вона вирішує найбільшу кількість проблем.

Н іпотетико-дедуктивіст: теорія прийнятна, якщо її прогнози підтверджуються в експериментах і спостереженнях.

Зауважте, що цей короткий контур навіть не подряпає поверхню нескінченно багатого світу дискусій про науковий метод. Це просто мається на увазі як загальний ескіз.

Тепер припустимо заради аргументу, що існує таке поняття, як фіксований (незмінний, трансісторичний) метод науки. Як би ми це виписали? Які наші реальні очікування щодо нових наукових теорій і як ми можемо їх експлуатувати?

Найкращий спосіб пояснити наші очікування - це вивчення переходів у нашій мозаїці протягом певного періоду часу. Зосереджуючись на змінами в теоріях, які відбулися з початку 1700-х років, здається, виникають два види комунальних очікувань. Хоча в деяких випадках ми, здається, очікуємо, що нова теорія зробила успішні прогнози нових (досі неспостережуваних) явищ, в інших випадках ми, здається, цілком раді прийняти теорію, навіть якщо вона не робить жодних нових прогнозів, які були підтверджені в експериментах та спостереженнях.

Історично було багато випадків, коли теорія приймалася лише після того, як були підтверджені деякі її прогнози досі неспостережуваних явищ. Наприклад, французьке співтовариство натурфілософів прийняло ньютонівську фізику близько 1740 року лише після підтвердження одного з її нових прогнозів — передбачення, що Земля трохи сплюснута до полюсів, тобто сплюснутий сфероїд. Передбачення теорії про те, що Земля є сплюснутим сфероїдом, суперечило прийнятому тоді погляду на Землю як пролатний сфероїд, тобто як сфероїд, який трохи витягнутий до полюсів. Передбачення облато-сфероїдної Землі було підтверджено кількома експедиціями, організованими Французькою академією наук в кінці 1730-х років. Важливо відзначити, що теорія Ньютона стала прийнята у Франції лише після цих підтверджень.

Аналогічно, хвильова теорія Френеля про світло стала прийнята близько 1820 року, одразу після підтвердження одного з її нових прогнозів — передбачення яскравої плями в центрі тіні кругового диска. Відповідно до раніше прийнятої корпускулярної теорії світла, світло - це ланцюг крихітних частинок, які рухаються по прямих лініях. Як і будь-які інші частинки, очікувалося, що легкі частинки будуть рухатися по прямих лініях, якщо на них не вплине перешкода. Зокрема, з корпускулярної теорії світла випливало, що тінь кругового диска повинна бути рівномірно темною.

Картина, запропонована хвильовою теорією світла Френеля, була дуже іншою. Згідно з хвильовою теорією, світло - це хвиля, яка поширюється в загальновизнаному середовищі, званому ефіром, подібним до поширення водних хвиль в результаті падіння каменю. Ця теорія також припускала, що так само, як і водні хвилі, світлові хвилі повинні бути в змозі дифракціюватися, нахилятися за перешкодами і заважати один одному. Саме завдяки цій здатності світлових хвиль дифракціюватися і втручатися теорія зробила прогноз, що в центрі тіні кругового диска має бути яскрава пляма - дивовижне нове пророкування, яке ніколи раніше не спостерігалося.

Передбачення було підтверджено в 1819 році, і хвильова теорія світла стала прийнятою.

Історія науки рясніє прикладами, коли теорія стала прийнята лише після того, як деякі її нові передбачення підтвердилися експериментами і спостереженнями. Інші приклади цього явища включають прийняття загальної теорії відносності Ейнштейна близько 1920 року, теорії дрейфу материків наприкінці 1960-х років, теорії електрослабкого уніфікації Вайнбергом, Саламом і Глашоу в середині 1970-х років, а також прийняття існування бозона Хіггса в 2014 році.

Тим не менш, ретельне вивчення історії науки виявляє багато інших переходів, де теорія стала прийнята, не маючи жодних підтверджених нових прогнозів. Було багато випадків, коли все, що спільнота, здавалося, піклувалася про те, чи вдалося оцінюваній теорії пояснити існуючі дані спостережень та експериментальних даних з бажаним рівнем точності та точності.

Прийняття місячної теорії Майєра в 1760-х роках є приємним прикладом цього. Можна з упевненістю сказати, що прогнозування траєкторії Місяця з тією ж точністю і точністю, що і траєкторії інших небесних тіл, було складним завданням ще з моменту створення астрономії. В результаті протягом багатьох років було переслідувано велику кількість місячних теорій. Тільки ^18-е століття породило кілька видатних місячних теорій, у тому числі Ісаака Ньютона, Леонхарда Ейлера, Алексіса Клеро, Жана д'Аламберта та Тобіаса Майєра. Коли теорія Майєра стала прийнятою, це було саме тому, що вона виявилася досить точною, щоб визначити положення Місяця до п'яти секунд дуги. Важливо відзначити, що теорія стала прийнятою, не маючи жодних підтверджених романових прогнозів.

Прийняття зворотного квадратного закону Кулона електростатики через кілька десятиліть демонструє ту саму закономірність. Шарль-Огюстен де Кулон сформулював свій знаменитий закон електростатичної сили в 1785 році. У законі зазначено:

Сила тяжіння/відштовхування між двома точковими зарядами пропорційна добутку величини кожного заряду і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

Ось математична формулювання закону:

Згідно із законом, протилежні звинувачення притягують, в той час як подібні звинувачення відштовхують один одного. Сила цього тяжіння/відштовхування (F) більша, коли заряди (q ₁ і q ₂) більші і менші, коли відстань (r) більше. Примітно, що закон Кулона був прийнятий на початку 1800-х років, оскільки він відповідав наявним даними. Спільнота того часу, схоже, не дбала про те, що теорія не надавала жодних підтверджених прогнозів нових, досі неспостережуваних явищ.

В історії науки було багато випадків, коли теорія приймалася за відсутності будь-яких підтверджених нових прогнозів, тобто випадків, коли достатньо лише точності та точності прогнозів. Іншими яскравими прикладами цього явища є прийняття трьох законів феноменологічної термодинаміки в 1850-х роках, закон Кларка про зменшення віддачі в економіці близько 1900 року та квантової механіки до 1930 року. Тепер, що це говорить нам про наші очікування? Зокрема, ми чи не вимагаємо теорії, щоб підтвердити нові прогнози, щоб вважати її прийнятною?

Кілька поколінь філософів обговорювали роль нових прогнозів у прийнятті теорії. Серед багатьох інших Вільям Уевелл, Карл Поппер та Імре Лакатос стверджували, що підтверджені нові прогнози відіграють незамінну роль у оцінці теорії. Серед їхніх опонентів, які стверджували, що підтверджені нові прогнози не відіграють особливої ролі в оцінці теорії, були Джон Стюарт Мілл, Мілтон Кейнс та Ларрі Лаудан.

Ретельне вивчення історичних епізодів свідчить про те, що вчені очікують підтверджених нових прогнозів, але лише за дуже особливих обставин. Ми очікуємо, що теорія буде робити успішні прогнози досі неспостережуваних явищ лише тоді, коли теорія намагається змінити нашу прийняту онтологію. Тепер, що таке онтологія? Грубо кажучи, онтологія - це сукупність поглядів на типи сутностей і взаємодій, які населяють світ. Наприклад, наша прийнята онтологія сьогодні включає наше переконання, що існують кварки, лептони та бозони, що існує більше ста хімічних елементів, що існують мільйони видів тощо Хоча більшість емпіричних теорій передбачають онтологію, не кожна емпірична теорія вимагає заміна раніше прийнятої онтології. Дуже часто нова теорія не вводить нових сутностей або нових відносин, тобто не пропонує альтернативну онтологію, а поділяє онтологію раніше прийнятої теорії. Іноді, однак, нова теорія приходить з іншою онтологією - з різними припущеннями про те, які сутності та відносини населяють світ. Важливо, що наші очікування щодо нових теорій вирішальним чином залежать від того, чи намагається теорія внести модифікацію в нашу прийняту онтологію.

Ми, здається, очікуємо підтверджених нових прогнозів кожного разу, коли теорія намагається змінити нашу прийняту онтологію, тобто якщо вона намагається переконати нас прийняти існування нової сутності, нової взаємодії, нового процесу, нової частинки, нової хвилі, нової сили, нової речовини тощо Наприклад, ньютонівська фізика позиціонувала існування абсолютного простору, абсолютного часу та сили тяжіння, що діють на відстані - все це не було частиною прийнятої тоді онтології; таким чином, очікувалося, що у нього з'являться деякі підтверджені нові прогнози. Так само хвильова теорія Френеля про світло намагалася ввести ідею світлових хвиль в нашу онтологію; також очікувалося, що вона зробить успішні прогнози нових явищ. Те ж саме стосується загальної відносності Ейнштейна, яка постулювала існування вигнутого просторово-часового континууму; така смілива гіпотеза може бути прийнята лише в тому випадку, якщо хоча б деякі нові прогнози теорії були експериментально або спостережливо підтверджені. Зверніть увагу, що саме підтвердження не обов'язково повинно бути зроблено в одному вирішальному експерименті або спостереженні, а може, скоріше, прийняти ряд експериментів і спостережень, які сукупно підтверджують прогноз. Наприклад, в дев'ятнадцятому столітті клітинна теорія Шляйдена-Шванна висловила онтологічну новизну — ідею про те, що живі клітини є фундаментальною одиницею будови у всіх організмах. Таким чином, очікувалося, що теорія буде експериментально підтверджена. Однак це було прийнято тому, що клітинна структура була виявлена під мікроскопом у зростаючому каталозі живих видів, а не в результаті одного єдиного вирішального спостереження.

На відміну від цього, коли мова йде про теорії, які не намагаються змінити нашу прийняту онтологію, ми, здається, набагато поблажливіші. Якщо теорія не намагається змінити наші погляди на складові світу, ми зазвичай не вимагаємо жодних підтверджених нових прогнозів - ми, як правило, готові вважати теорію прийнятною, якщо вона забезпечує більш точний і точний опис вже відомих явищ. Розглянемо, наприклад, місячну теорію Майєра. Не очікувалося, що він надасть будь-які підтверджені нові прогнози, оскільки він не намагався змінити нашу прийняту онтологію. Це була спроба пояснити і передбачити траєкторію Місяця, спираючись виключно на елементи прийнятої ньютонівської онтології, такі як маса, сила, прискорення, відстань і т.д. отже, спільнота часу просто очікувала теорія бути більш точною і точною в своїх прогнозах місячного руху, ніж раніше прийнята місячна теорія. Так само закон Кулона не намагався змінити прийняту тоді онтологію точкових зарядів та електричних сил. Це була лише спроба кількісно оцінити вже відомий зв'язок (тяжіння/відштовхування) між відомими сутностями (точкові заряди). Природно, громада не вимагала теорії передбачити будь-які раніше небачені явища. Те ж саме стосується будь-якої іншої теорії, яка лише надає новий опис явища за допомогою відомих відносин та сутностей.

Підсумовуючи наші очікування, якщо теорія повністю спирається на нині прийняту онтологію, не очікується, що вона надасть жодних підтверджених нових прогнозів - достатньо лише точності та точності її прогнозів; інакше, якщо теорія намагається переконати нас, що існує якийсь новий тип частинок, речовина, взаємодія, процес, сила і т.д., вона повинна забезпечувати підтверджені нові прогнози. Як одного разу сказав Карл Саган: «надзвичайні претензії вимагають надзвичайних доказів». Зрештою, якщо теорія стверджує існування суперструн, єдиний спосіб переконати спільноту - це підтвердити деякі нові прогнози, які випливають з теорії. Ось короткий виклад наших очікувань у блок-схемі:

Це, по суті, суть гіпотетико-дедуктивного методу, який ми, здається, використовуємо в даний час:

Оскільки це експлікація неявних очікувань наукових спільнот, ми повинні пам'ятати, що це може бути правильним або не може бути правильним. Це наша історична гіпотеза, що вимоги гіпотетико-дедуктивного методу фактично застосовуються у фізичних науках з початку 1700-х років.

Фіксований метод?

Припустимо заради аргументу, що ця історична гіпотеза вірна. Виникає питання: чи є це фіксованим методом науки? Чи так, що в усі історичні періоди та у всіх галузях дослідження нові теорії завжди повинні були задовольняти вимогам цього методу, щоб стати прийнятими? У більш загальному плані, чи можемо ми стверджувати, що наші очікування щодо нових теорій не змінилися з часів античності? Коротше кажучи:

Чи існує незмінний (фіксований, трансісторичний) метод науки?

Аналіз історичних епізодів показує, що гіпотетико-дедуктивний метод не завжди використовувався при оцінці теорії. У кращому випадку ми можемо показати, що метод використовується в більшості фізичних наук приблизно з 1700 року. Якби ми повернулися до часів аристотелівсько-середньовічної науки, ми помітили б, що очікування цієї громади мало спільного з вимогами гіпотетико-дедуктивного методу. Отже, якими були їхні очікування?

Хоча пояснення точних очікувань громади ніколи не є легким завданням, ми можемо обґрунтовано стверджувати, що в аристотелівсько-середньовічному світогляді теорія/пропозиція була прийнятною, якщо вона зрозуміла природу речі через інтуїцію, вивчену досвідом, або якщо вона випливала дедуктивно з пропозицій, які здавалося інтуїтивно правдою:

Тепер, як можна «навчити чужій інтуїції досвідченим шляхом»? Основна ідея тут проста: чим більше часу витрачається на вивчення певного явища, тим краще позиціонується розкрити природу цього явища. Вважається, що бджоляр, який провів все життя навколо бджіл, може сказати нам, яка природа бджіл. Так само досвідчений арборист розвине інтуїцію щодо природи різних дерев — інтуїцію, яку навчив її досвід. Нарешті, природничий філософ, який ретельно розглянув різні типи речей, найкраще підходить для того, щоб знати, що ці речі мають спільне; наприклад, вона може інтуїтивно зрозуміти, що все складається з чотирьох елементів (земля, вода, повітря, вогонь) і що ці елементи прагнуть до своїх природних положень - важкі елементи прагнуть до центру Всесвіту, а легкі елементи прагнуть до периферії. В арістотелійсько-середньовічній науці ці очікування стосувалися будь-якої галузі навчання: теорія була б прийнятною, якби вона виявилася інтуїтивно вірною тим, хто навчався досвідченим, тобто експертам.

В аристотелівсько-середньовічному світогляді основні інтуїції про природу речей вважалися б аксіомами їх науки. Після того, як природа досліджуваної речі була зрозуміла інтуїтивно експертом, ми перейдемо до відстеження логічних наслідків (тобто теорем) наших основних інтуїцій. Наприклад, коли розуміється, що важкі елементи прагнуть до центру Всесвіту, ми можемо вивести теорему про те, що Земля, яка є переважно поєднанням елементів землі та води, розташована в центрі Всесвіту. В результаті ми маємо аксіоматично-дедуктивну систему, де аксіоми інтуїтивно захоплюються експертами і теореми логічно виводяться з цих аксіом.

Важливо відзначити, що метод аристотелівсько-середньовічної спільноти не мав нічого спільного з підтвердженими новими прогнозами; громада очікувала базових інтуїцій, виховуваних досвідом і відрахувань від цих інтуїцій. Таким чином, намагатися переконати, що співтовариство шляхом звернення до підтверджених романів передбачення буде дурним дорученням.

Знаменитий випадок Галілея - чудова ілюстрація аристотелівсько-середньовічного методу в дії. Якби ми повернулися до 1600 року, ми б виявили, що прийнята думка про геоцентризм Птолемеїв: вважалося, що Земля знаходиться в центрі Всесвіту, і всі планети, Місяць і Сонце, як вважають, обертаються навколо Землі. З Землі спостережуваний рух планет може здатися досить дивним на тлі відносно рівномірного руху зірок. Хоча зірки, здається, завжди рухаються в одному напрямку і з однаковою швидкістю, виділений спостерігач помітить, що планети, здається, подорожують з різною швидкістю, а іноді рухаються в зворотному напрямку - те, що називається ретроградним рухом.

Це звивисті по небу насправді те, що принесло їм назву планети: нагадаємо, що грецьке слово planētēs означає мандрівник. Для Птолемея все небесні світила оберталися навколо Землі круговими шляхами, які називалися дарами. Щоб врахувати легко помітний ретроградний рух планет, Птолемей припустив, що планети рухаються по додатковій, меншій круговій орбіті вздовж їх деференту, званого епіциклом. Такі комбінації епіциклів і далеків допомогли відтворити точні рухи кожної планети.

Насправді теорія виявилася надзвичайно успішною в своїх прогнозах майбутніх положень планет.

Оскільки в цій теорії Венера обертається навколо Землі, вважалося, що спостерігач на Землі ніколи не зможе побачити Венеру повністю освітленою; ми могли б, в кращому випадку, побачити її напівосвітленою:

У той час було переслідувано кілька альтернативних космологічних теорій, включаючи геліоцентричну теорію Коперника, яку відстоював Галілей. У геліоцентричній теорії Коперника Венера та інші планети обертаються навколо Сонця, і, таким чином, спостерігач на Землі повинен мати можливість бачити повний набір фаз Венери:

Це було одне з романів передбачення коперницької теорії. Тільки до винаходу телескопа стало можливим його випробувати. У 1610 році Галілей хвацько випробував це передбачення і підтвердив, що ми можемо побачити повний набір фаз Венери. Якби тільки спільнота того часу дбала про підтверджені нові прогнози, то коперніканська теорія стала б прийнятою. На жаль для Галілея, спільнота того часу не дбала про підтверджені нові прогнози, оскільки вони очікували, що нові теорії будуть загальночутливими, тобто здаватися інтуїтивно вірними експертам. Але ідея про те, що Земля знаходиться де завгодно, але в центрі Всесвіту, була нічим не звичайним. У той час ідея обертання Землі навколо Сонця і його добового обертання навколо власної осі виявилася однаково неінтуїтивною. Це не тільки було проти наших повсякденних спостережень, які, здавалося, припускали, що Земля є статичною, але й суперечило законам прийнятої тоді аристотелівської натурфілософії, яка спричинила за собою те, що, оскільки Земля складається з елементів, землі та води, вона не могла б. обертаються або обертаються. Тому не дивно, що Галілей не зміг переконати громаду свого часу. Важливо відзначити, що його невдача не мала нічого спільного з передбачуваним догматизмом і впертістю університетського освіченого аристотелівського духовенства того часу, а з тим, що очікування громади не мали нічого спільного зі спостережливими підтвердженнями нових прогнозів. Це ніби Галілей намагався перемогти всіх в шахах, коли інші грали в шашки.

Коперніканської теорії знадобилося майже інше століття, щоб стати прийнятою. Але як це стало прийнятим? Коротка відповідь полягає в тому, що вона була включена в більш загальну систему світу, яка нарешті зуміла виправдати очікування громади. Автором цієї системи був Рене Декарт, погляди якого ми неодноразово переглянемо, зокрема в главі 8. Декарт розробив систему світу з метою задоволення вимог аристотелівсько-середньовічної спільноти. Найбільш повна експозиція цієї нової системи була представлена в його Principia Philosopiae (Принципи філософії), вперше опублікованому в 1644 році. Декарт чітко зрозумів, що якщо його теорія досягне успіху, вона повинна вразити експертів як інтуїтивно правдиву. Але, каже Декарт, якщо це інтуїтивна істина, яку ми слідуємо, чи не було б розумніше почати зі стирання всього, що ми думаємо, що знаємо, а потім перейти до прийняття лише тих теорій, які встановлені поза всякими розумними сумнівами? Це саме те, що Декарт відправився досягти.

Серед багатьох інших тем Декарт також намагався розкрити атрибути матерії, тобто ті якості матеріальних об'єктів, які є незамінними. Візьміть будь-який матеріальний об'єкт: скелю, рослину, тварину, людське тіло — що завгодно. Питання: якими якостями обов'язково повинен володіти будь-який матеріальний об'єкт? Матеріальний об'єкт може мати певний колір, звук, смак, запах і форму. З цих звичайних підозрюваних, які дійсно незамінні? Наприклад, чи можемо ми придумати матеріальну річ, яка не має кольору? Так, каже Декарт, це можливо: ми можемо придумати щось матеріальне, але прозоре, наприклад, повітря. Тому колір не є обов'язковою властивістю матеріальних предметів. Але як щодо звуку: чи можемо ми уявити матеріальний об'єкт, який не видає жодного звуку? Зрозуміло, що ми можемо це зробити. Тому, на думку Декарта, звук не є незамінним. Те ж саме стосується смаку: є багато предметів, які не мають ніякого смаку. Більше того, є деякі продукти, які повинні мати смак, але, здається, їх немає (я дивлюся на вас, американські абрикоси)! Таким чином, смак не є обов'язковою якістю матерії. А як щодо запаху? Зрозуміло, що не все пахне в нашому світі, тому запах - це ще одна незамінна якість. Це лише залишає нам форму. Декарт стверджує, що ми не можемо уявити матеріальний об'єкт, який не займає деякого простору. Матеріальна річ може мати чітко визначену форму, як це стосується більшості твердих предметів навколо нас, або вона може мати досить нечітку форму, як у випадку з водою, вогнем або повітрям. Але в будь-якому випадку всі матеріальні об'єкти обов'язково займають деякий простір, тобто всі вони просторово витягнуті. Дійсно, чи можемо ми уявити матеріальний об'єкт, який не займає жодного простору, навіть дуже хвилинного простору? Це неможливо, каже Декарт; якщо ви зіткнетеся з матеріальним об'єктом, який не займає жодного простору, то це не так багато матеріального об'єкта, чи не так? Нагадаємо, що сумнозвісний магазин сиру з ескізу Монті Пайтона, в якому не було сиру: це не було багато сирного магазину, чи не так? Так само, щоб річ була матеріальною, на думку Декарта, вона повинна бути просторово розширена, тобто вона повинна займати деякий простір. Це підводить Декарта до формулювання одного з його основоположних принципів — ідеї про те, що єдиним атрибутом матерії є розширення:

Ще раз за атрибутом Декарт означає незамінну якість.

Як тільки ми приймаємо цей принцип, логічно слідує ряд помітних висновків. Одним з таких висновків є думка про те, що матеріальні об'єкти повинні складатися з бітів взаємодіючої речовини, кожен з яких просторово розширений. Дійсно, каже Декарт, якщо всі матеріальні об'єкти можуть займати деякий простір, то все у Всесвіті складається з менших шматочків матерії, які також займають певний простір і взаємодіють один з одним. Але як два біти речовини можуть впливати один на одного, якщо все, що вони можуть зробити, це займати простір? Розглянемо два більярдних кулі. Як може один більярдний куля можливо вплинути на інший більярдний куля? Їх фактичний контакт, здається, є єдиним способом, яким вони можуть взаємодіяти. За словами Декарта, саме так і відбувається з усіма взаємодіями між матеріальними об'єктами; оскільки всі вони є просторово розширеними бітами, вони можуть впливати один на одного лише торкаючись і штовхаючи. Це вимагає фактичного контакту; для Декарта не може бути такого поняття, як дія на відстані.

Хоча ці висновки можуть здатися тривіальними, вони є наріжними каменями механістичного декартового світогляду, який ми вивчимо в главі 8.

Що важливо, Декарт хотів переконати своїх арістотелівських однолітків, що ці висновки - не що інше, як інтуїтивні істини, так само, як хотів би сам Аристотель. Хіба це не інтуїтивно, каже Декарт, що єдиним атрибутом матерії є розширення? Це здоровий глузд! Отже, якщо нас чекають загальнігучні, інтуїтивно справжні аксіоми, ми маємо їх. По суті, Декарт стверджував, що його теорія задовольняє аристотелівсько-середньовічні вимоги краще, ніж сама теорія Аристотеля!

Різниця між стратегією Декарта та стратегією Галілея очевидна. Там, де Галілей намагався переконати громаду, цитуючи результати своїх спостережень, Декарт знав, що єдиний спосіб переконати аристотелів - це задовольнити їхні очікування. Отже, не повинно стати несподіванкою, що саме теорія Декарта стала прийнята на континенті близько 1700 року. Ключовим моментом є те, що він був прийнятий не тому, що він надавав підтверджені нові прогнози, а тому, що він виявився інтуїтивно вірним спільноті того часу. Що нам потрібно оцінити, це те, що метод того часу сильно відрізнявся від гіпотетико-дедуктивного методу, який ми використовуємо в даний час.

Резюме

Відповісти на центральне питання цієї глави: сьогодні прийнято, що не існує фіксованого (незмінного, трансісторичного) методу науки. Історичний запис показує, що, вивчаючи світ, ми переходимо не тільки від однієї теорії до іншої, але і, що важливо, від одного методу оцінки теорії до іншого. Іншими словами, ми сьогодні відкидаємо ідею статичного методу і приймаємо тезу динамічного методу, таким чином:

Протягом більшої частини історії пізнання теза статичного методу сприймалася як належне. Хоча Аристотель, Ньютон, Кант і Поппер ніколи не погодилися б щодо вимог методу, всі вони погодяться, що існує один набір вимог, яким повинна відповідати будь-яка прийнятна теорія. Перехід до дисертації динамічного методу відбувся приблизно в 1980 році і був здебільшого зумовлений новаторською роботою Томаса Куна і Пола Фейерабенда, а також ряду істориків науки, які показали, що методи оцінювання теорії часто змінюються, коли ми дізнаємося нові речі про світ. У наш час прийнято вважати, що не існує такого поняття, як фіксований метод науки; методи змінюються.

Цей перехід серйозно змінив наші погляди на процес наукових змін. Приблизно до 1980 року передбачалося, що процес наукових змін стосується лише теорій, тоді як методи вважалися зовнішніми для процесу, ніби вони керують процесом зміни теорії ззовні:

Наш нинішній погляд інший, бо ми більше не думаємо, що методи є зовнішніми для процесу наукових змін. По суті, вони є частиною процесу наукових змін:

Але якщо ми розуміємо, що методи є частиною процесу наукових змін, нам слід переосмислити наше поняття наукової мозаїки. Спочатку ми визначили його як сукупність всіх прийнятих теорій. Тепер поняття наукової мозаїки також має включати в себе всі методи, що застосовуються спільнотою в певний час:

Зауважте, що так само, як ми приймаємо кілька теорій одночасно, можна використовувати кілька методів в одній мозаїці. Наприклад, наш метод тестування на наркотики, швидше за все, буде відрізнятися від нашого методу оцінки ефективності хірургічних методів. Точно так само конкретний метод оцінки гіпотез щодо субатомних частинок не повинен збігатися з методом оцінки гіпотез, що стосуються існування різних біологічних видів. Коротше кажучи, спільнота може мати різні очікування щодо гіпотез, які стосуються різних областей.

Таким чином, ми приходимо до того, що, мабуть, є найбільш складним питанням у сучасній філософії науки. Якщо немає фіксованих методів оцінки теорії, чи означає це, що процес наукових змін нераціональний? Іншими словами, чому в наш час ми використовуємо гіпотетико-дедуктивний метод, а не, скажімо, метод Аристотелів-середньовіччя? Вибір методів довільний або існує певний механізм, який керує процесом переходів від одного використовуваного методу до іншого? Якщо виявиться, що вибір методів є випадковим — якщо хтось може вільно обирати власний метод теорії оцінки — то як можна аргументовано стверджувати, що наша сучасна наука краща за науку Аристотеля, Декарта чи Ньютона? Якби ми визнали, що немає механізму, що керує переходами від одного методу до іншого, то не було б можливості розумно стверджувати, що один метод кращий за інший, і ми б закінчилися тим, що філософи називають релятивізмом. Отже, чи існує механізм, який керує процесом змін теорій і методів однаково? Ми вирішимо це питання в наступному розділі.