Почему эксперимент является критерием правильности физической теории?

7 ответов на вопрос “Почему эксперимент является критерием правильности физической теории?”

  1. _dr_alex_ Ответить

    Разобран предмет столь частых споров – что же является критерием, по которому мы определяем “хорошую”, “верную” теорию в науке.
    “Каков же источник нашего убеждения в окончательной правильности теории? Почему мы уверены, что никакие малые изменения уже не смогут улучшить теорию? Здесь можно прежде всего обратиться к историческим доводам и указать на то, что даже старейшая из завершенных теорий, ньютоновская механика, никогда не подвергалась улучшению путем малых изменений.”
    Этот первый аргумент рассматривается нечасто и обычно критикуется. Мало ли, что там было в истории, разве это доказательство… Тут важно подчеркнуть, что данный ученый делится не методологическим, а личным опытом работы в науке. Его заявление лучше воспринимать как эмпирическое обобщение – физики и, шире, естественники определяют правильность теории по ее устойчивости к малым изменениям – говоря резко, отсутствию усовершенствований. Это несколько контринтуитивно, но верно.
    “Второй, пожалуй еще более сильный аргумент в пользу окончательности завершенной теории – ее компактность и многократное экспериментальное подтверждение. Из относительно немногочисленных и простых основополагающих допущений получается бесконечное множество регшений…”
    Тут важно заметить, что примерно это положение дел характеризуется часто как “всеобщая теория всего”… Но все же этот пункт обычно понимается. Апелляция к простоте теории и подтвержденности сейчас весьма популярна. Особенно много глупостей обычно говорится про эксперименты – практика критерий истины и другие ничего не значащие формулы людей, которые обычно сами в науке не работали, но зато точно знают, как она устроена. Гейзенберг тоньше: “Видеть тут строгое доказательство теории, конечно, нельзя…” и дальше вспоминает о Поппере. И тут же возражает Попперу:
    “Правда, согласно Вайцзеккеру, здесь следует возразить, что в каждый эксперимент, по видимости противоречащий теории, входят предпосылки, считающиеся заведомо данными, тогда как реальность может оказаться иной, так что фактически таким экспериментом фальсифицируется не теория, а одна из ее предпосылок.”
    Иными словами: высказывается положение, что теории и факты опровергаются и подкрепляются картиной мира в целом. Любые изолированные противоречия могут быть верными, а могут быть ошибочными – последняя апелляция всегда идет к плохо формализуемому целому.
    “Решение о правильности теории оказывается, таким образом, длительным историческим процессом, за которым стоит не доказательность цепочки математических выводов, а убедительность исторического факта”
    Чрезвычайно важное положение. Сейчас обыденное мнение состоит в том, что истинные доказательства бывают в физике и математике, а история – вообще не наука, там нет ни фактов, ни доказательств. здесь же физик-математик возводит истинность физического знания к истории, прямо противопоставляя математическим обоснованиям.
    “Завершенная теория так или иначе ведь никогда не является точным отображением природы в соответствующей области, она есть некоторая идеализация опыта, осуществляемая с помощью понятийных оснований теории и обеспечивающая определенный успех”.
    В таких словах говорится о столь подном редукционизме и всеобщей модельности познания. Крайне характерно, что вместо этих слов используется – идеализация. Но в целом это, конечно, перефразировка эйнштейновского “только теория реашет, что можно наблюдать”.
    Дальше Гейзенберг возварщается к словам о компактности теории – и критерии стройности и красоты теории как доказательства ее истинности. “Однако не следует переоценивать влияние экстетического критерия. Ибо в сущестующих завершенных теориях, если присмотреться, просты лишь понятийные основания, но не математическая структура” Далее примеры – ньютоновская механика, статистическая термодинамика, квантовая механика. “Компактность завершенной теории, таким образом, относится больше к ее логическому и понятийному, чем к формально-математическому аспекту”. Это также очень важное признание: не верифицируемая и демонстрируемая простота и стройность математической структуры теории, а идейная и понятийная, зависящая от “взгляда смотрящего” красота считается Гейзенбергом решающей.
    Теперь Гейзенберг опять говорит о связной картине мира, разворачивая это положение уже из тезиса об экспериментальной проверке. “Эмпирический коррелят компактности — внутренняя связь многих экспериментов, т.е. факт, что отклонение опыта от теории в одном эксперименте неизбежно повлечет за собой такое же отклонение во многих других экспериментах”.
    И дальше он говорит еще об одном критерии, крайне важном – и совершенно неформализуемом: “В самом деле, почему получается так, что правильная завершенная теория уже в первый момент своего возникновения, прежде всего в глазах ее создателя, обладает огромной убедительной силой задолго до того, как ее понятийные. а тем более математические основы получают всестороннее признание, и задолго до того. как появляется возможность говорить о ее подтверждении большим числом экспериментов?”
    “Решающей предпосылкой тут, по-видимому, является то, что физики, упорно занимаясь соответствующей областью опыта, очень ясно ощущают, что, по-первых, отдельные феномены внутри этой области знаний тесно связаны между собой и не могут быть остмыслены в отрыве друг от друга, но что, во-вторых, именно их взаимосвязь не поддается истолкованию в рамках прежних понятий. Попытки осуществить такое истолкование снова и снова приводили этих физиков то к допущениям, содержащим внутренние противроречия, то к совершенно необозримому числу внутренних разграничений между отдельными конкретными случаями, то к непроглядному лему полуэмпирических формул, один вид которых показывает, что они не могут быть верны.”
    Вот. Это – апелляция к профессионализму. Очень часто можно в разговорах встретить положение: я в этой области не профессионал, но я умею ловить логических блох и меня не проведешью… Это – обычная речь человека заблуждающегося. Именно ощущения профессионала, который знает, как редка истина и как согласовываются стада фактов в верной теории, может являться критерием – а умение ловить логических блох относится только к предрассудкам внушенных идей. Истина редка и дискретна – это не болото, а твердая почва, и определить ее может тот, кто знает эти места… случайный путник обманется, прельстившись видом удобной кочечки.
    “Когда в таких условиях среди интенсивных поисков новых понятийных или формальных решений вдруг всплывет верный проект завершенной теории, то он с самого начала обладает огромной убедительной силой уже потому, что его нельзя сразу опровергнуть. Исследователь, основательно занимающийся соответствующей областью опыта, имеет, пожалуй, оправданное убеждение, что он в состоянии с порога опровергнуть ложный проект окончательной теории… Ведь подвергаемые анализу понятийные системы образуют некое дискретное, заведомо не нерерывное множество… Ложные проекты завершенной теории какого-либо крупного комплекса физических явлений, пожалуй, не всегда удастся опровергнуть за три с половиной минуты, но их несостоятельность все же очень быстро увидит человек, по-настоящему знакомый с соответствующей областью”
    Тут делается важная оговорка. Опять же, множество спорщиков исповедуют демократические идеалы – хоть я, мол, и не профессинал, но любой профи обязан мне в течение немногих реплик объяснить все свои положения – иначе я буду считать его болтунишкой.
    Нет. Это не критерий, по которому может отличить ложь от истины любой встречный. И, как прекрасно известно, многие споры профессионалов длятся десятилетиями. Это – лишь указания на то, от чего уж точно не стоит отмахиваться.
    Существует множество вещей, о которых с уверенностью можно сказать: это – истина, а это – ложь. Ложным является высказывание, что Земля, какой мы ее видим, существует около 6000 лет, причем годы считаются так, как мы привыкли их считать. Человек, у которого это записано как “истина”, должен пересмотреть свою картину мира – нехорошо придерживаться лжи, никакие цели этого не оправдывают. При этом вполне можно придерживаться того, что в Священном Писании нет ни слова лжи. Это – вполне нормальное положение. Если кто-то считает, что человек не является родственником обезьяны – это ложь. Другое дело, как понимать это родство. Если кто-то считает, что эволюция происходит путем случайного подбора генов, которые однозначно определяют строение организма – это ложь. Другое дело, что изучение роли генов в развитии чрезвычайно плодотворно. Впрочем, перечислять все ходовые виды лжи можно бесконечно. Гораздо важнее обратить внимание на то, что такой профессионал, как Гейзенберг, смог высказать о критериях истины.

  2. SCORPIO84 Ответить

    Вопрос: «Какие критерии дают право заключить, что дальнейшие частичные усовершенствования физических теорий уже невозможны, т. е. что они в известном смысле окончательны?
    «Прежде чем пытаться ответить на данный вопрос, следует ещё раз кратко пояснить понятие завершённой теории.
    Под завершённой теорией мы понимаем систему аксиом, определений и законов, с помощью которых становится возможным правильно и непротиворечиво описать, т. е. представить в математической форме, большой круг феноменов. Слово «непротиворечиво» относится здесь к математической связности и замкнутости выстраиваемого из основных допущений формализма, слово «правильно» – к эмпирии; оно означает, что прогнозы, вытекающие из математического формализма, должны подтверждаться экспериментами. В этом смысле ньютоновская механика, например, – прототип завершённой теории.
    Другие, более поздние примеры: статистическая теория теплоты – прежде всего в том виде, какой ей придал Гиббс, – специальная теория относительности (включая электродинамику) и, наконец, квантовая и волновая механика, особенно её математическая аксиоматизация, осуществлённая Нейманом.
    Каждая из этих теорий обладает ограниченной областью применения, в существенных чертах своих очерченной уже понятийной структурой теории. Вне этой области теория неспособна отражать явления, потому что её понятия уже не охватывают происходящих там природных процессов.
    Каков же источник нашего убеждения в окончательной правильности теории? Почему мы уверены, что никакие малые изменения уже не смогут улучшить теорию? Здесь можно, прежде всего, обратиться к историческим доводам и указать на то, что даже старейшая из завершенных теорий, ньютоновская механика, никогда не подвергалась усовершенствованию путём малых изменений.
    Там, где можно без оговорок применять понятия «масса», «сила», «ускорение», до сих пор без всяких ограничений действует закон «масса х ускорение = сила». Если мы слышим возражение, что квантовую механику можно считать усовершенствованием ньютоновской механики, то следует заявить, что речь тут идёт не о второстепенном усовершенствовании, но о радикальной перестройке понятийных оснований. Поведение электрона в атоме, например, невозможно понять с помощью мыслительного инструментария ньютоновской механики, здесь необходим совершенно иной понятийный аппарат квантовой механики.
    Второй, пожалуй ещё более сильный, аргумент в пользу окончательности завершенной теории – её компактность и многократное экспериментальное подтверждение. Из относительно немногочисленных и простых основополагающих допущений получается бесконечное множество решений, среди которых выбирается какое-то одно в зависимости от внешних условий изучаемого природного процесса. До сих пор теория подтверждалась экспериментами в каждом отдельном случае, причём было проведено уже очень много экспериментов. Видеть тут строгое доказательство теории, конечно, нельзя: ведь в каком-то будущем эксперименте всегда может обнаружиться противоречие с теорией. Этим обстоятельством Поппер надеется даже обосновать своё утверждение, что теория поддаётся лишь фальсификации, но никогда не верификации; правда, согласно Вейцзеккеру, здесь следует возразить, что в каждый эксперимент, по видимости противоречащий теории, входят предпосылки, считающиеся заведомо данными, тогда как реальность может оказаться иной, так что фактически таким экспериментом фальсифицируется не теория, а одна из её предпосылок. Решение о правильности теории оказывается, таким образом, длительным историческим процессом, за которым стоит не доказательность цепочки математических выводов, а убедительность исторического факта. Завершённая теория так или иначе ведь никогда не является точным отображением природы в соответствующей области, она есть некая идеализация опыта, осуществляемая с помощью понятийных оснований теории и обеспечивающая определенный успех.
    Вышеупомянутая компактность теории и осуществляемая с её помощью идеализация действительности могут быть истолкованы в том смысле, что убедительная сила завершенной теории, в конечном счёте, определяется её простотой и красотой. Однако не следует переоценивать влияние эстетического критерия. Ибо в существующих завершенных теориях, если присмотреться, просты лишь понятийные основания, но не математическая структура. Ньютоновская механика, например, имеет форму системы связанных нелинейных дифференциальных уравнений, далеко не простых по своей математической структуре; вспомним хотя бы сложнейшую проблему нескольких тел в астрономии. В центре статистической термодинамики Гиббса стоит понятие канонического распределения, для формализации которого может быть использовано простое математическое поведение показательной функции; но за её пределами о математической простоте нет и речи. Уж скорее в квантовой теории мы ещё как-то можем говорить о простой математической структуре, потому что здесь в основе лежит всё здание хорошо разработанного учения о линейных преобразованиях.
    Однако и в квантовой механике проблемы, связанные с дельта-функцией Дирака, указывают пределы математической простоты. Компактность завершённой теории, таким образом, относится больше к её логическому и понятийному, чем к формально-математическому аспекту. Недаром в истории возникновения завершённых теорий прояснение физического смысла понятий, как правило, предшествовало полному пониманию математической структуры.
    Эмпирический коррелят компактности – внутренняя связь многих экспериментов, т. е. факт, что отклонение опыта от теории в одном эксперименте неизбежно повлечет за собой такое же отклонение во многих других экспериментах.
    Понимание этого, между прочим, пришло лишь в Новое время; для античной или средневековой мысли между падением яблока с дерева и, скажем, движением Луны вокруг Земли не существовало никакой связи. Ньютон впервые отдал себе отчёт в том, что яблоко ведь можно и подбросить, т. е. что между падением в броском не может существовать принципиальной разницы, что яблоко можно заменить и более тяжёлыми телами и что в конечном счете Луну тоже можно рассматривать в качестве подброшенного тела. Космический корабль нашего времени есть, так сказать, практически реализованное промежуточное звено между яблоком и Луной. Если, таким образом, внутренние связи между многими явлениями, получившие выражение в завершённой теории, подтверждаются в бесчисленных экспериментах, то мы уже не вправе сомневаться в том, что их формулировка «окончательно верна», однако с тем вышеупомянутым ограничением, что речь идёт об идеализации, опирающейся на определённую понятийную систему».
    Вернер Гейзенберг, Критерии правильности замкнутой теории в физике / Шаги за горизонт, М., «Прогресс», 1987 г., с. 184-187.

  3. FreeJump Ответить

    Научная гипотеза всегда выдвигается для решения конкретной проблемы, чтобы объяснить полученные экспериментальные данные или устранить разногласия между теоретическими и экспериментальными результатами, полученными в ходе проверки ранее выдвинутых гипотез. Например, немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой теории, М. Планк, разрабатывая квантовую гипотезу, опирался как на выводы, полученные в рамках классической теории излучения, так и на отрицательные результаты проверки предыдущих гипотез.
    Слова русского учёного Д. И. Менделеева подтверждают важность научных гипотез в процессе научного познания: «Они (гипотезы. — Авт.) науке и особенно её изучению необходимы. Они дают стройность и простоту, каких без их допущения достичь трудно. Вся история наук это показывает. А потому можно смело сказать: лучше держаться такой гипотезы, которая может оказаться со временем неверною, чем никакой. Гипотезы облегчают и делают правильною научную работу — отыскание истины, как плуг земледельца облегчает выращивание полезных растений».
    Физические величины и их измерение. Для того чтобы понять и описать эксперименты, учёные вводят целый ряд физических величин, таких, как скорость, сила, давление, температура, электрический заряд и многие другие. Каждой величине надо дать точное определение, ввести её наименование в определённой системе единиц, указать, как эту величину можно измерить, как провести необходимый для такого измерения опыт.
    Чаще всего в определениях физических величин просто уточняют и придают количественную форму тому, что непосредственно воспринимается нашими органами чувств. Так вводят понятия силы, температуры и т. д. Есть, конечно, величины, которые не воспринимаются непосредственно нашими органами чувств (например, электрический заряд). Но они выражаются через другие величины, на которые органы чувств человека реагируют. Так, электрический заряд определяется по силам взаимодействия между заряженными телами.
    Для измерения физической величины необходим эталон, стандарт, т. е. некоторое средство измерения, позволяющее хранить единицу, передавать и повторять её размер. Эталоны, такие, например, как эталоны метра, килограмма и многих других величин, хранятся в Международном бюро мер и весов в Севре (Франция). Точные копии эталона разосланы в разные лаборатории мира.
    А существует ли вообще точное значение физической величины? Мы знаем, что любое тело состоит из атомов. При увеличении точности измерения мы приходим к необходимости измерения объектов очень малых размеров, таких, как атомы и молекулы. Одним из существенных выводов квантовой механики был вывод о том, что бессмысленно даже ставить вопрос о точном значении физической величины, причём неопределённость лежит в основе самих законов природы, а не в несовершенстве приборов.
    Теория. Изучая количественные связи между отдельными величинами, можно выявить частные закономерности. На основе таких закономерностей развивают теорию явлений. Теория должна объяснять частные закономерности с общей точки зрения. Теория позволяет не только объяснять уже наблюдавшиеся явления, но и предсказывать новые. Так, например Д. И. Менделеев на основе открытого им периодического закона предсказал существование нескольких химических элементов, которые в то время не были известны, а английский физик Дж. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн.
    Если между теорией и экспериментом появляется несоответствие, то теорию надо изменить, чтобы можно было объяснить все новые полученные данные, т. е. теорию надо усовершенствовать. Практически всякая известная теория является результатом последовательных уточнений.
    Физический закон. Чтобы из наблюдений за физическими явлениями сделать общие выводы, найти причины этих явлений, следует установить количественные зависимости между различными физическими величинами. Проводя физический эксперимент, стремятся проследить зависимость данной величины от характера изменения каждого из условий в отдельности, Например, давление газа зависит от его массы, объёма и температуры. Чтобы исследовать эту зависимость, надо сначала изучить, как влияет на давление изменение объёма, когда температура и масса остаются неизменными. Затем нужно проследить, как давление зависит от температуры при постоянном объёме, и т. д. Таким образом, в процессе исследований учёные получают научные факты.

  4. igrekmsk Ответить

    Лекция
    Методы и модели
    1. Методы
    2. Модели
    Вопрос 1. Методы логистики[1]
    Ме́тод(от др.-греч. Μέθοδος — путь исследования или познания, от μετά- + ὁδός «путь») – систематизированная совокупность шагов, действий, которые нацелены на решение определённой задачи или достижение определённой цели.
    В отличие от области знаний или исследований, является авторским, то есть созданным конкретной персоной или группой персон, научной или практической школой. В силу своей ограниченности рамками действия и результата, методы имеют тенденцию устаревать, преобразовываясь в другие методы, развиваясь в соответствии со временем, достижениями технической и научной мысли, потребностями общества. Совокупность однородных методов принято называть подходом. Развитие методов является естественным следствием развития научной мысли.
    Аналитический метод
    Аналитический метод — это метод исследования, при котором в исследование не привносится какой-либо новой (прежде всего эмпирической) информации
    Состоит в том, что от доказываемых положений переходят к основаниям
    Дедуктивный метод
    Деду́кция (лат. deductio — сокращение, снижение[1]) — метод мышления, следствием которого является логический вывод, в котором частное заключение выводится из общего. Цепь умозаключений (рассуждений), где звенья (высказывания) связаны между собой логическими выводами.
    Началом (посылками) дедукции являются аксиомы или просто гипотезы, имеющие характер общих утверждений («общее»), а концом — следствия из посылок, теоремы («частное»). Если посылки дедукции истинны, то истинны и её следствия. Дедукция — основное средство логического доказательства. Противоположно индукции.
    Пример простейшего дедуктивного умозаключения:
    Все люди смертны.
    Сократ — человек.
    Следовательно, Сократ смертен.
    Диалектический метод
    Диале́ктика (др.-греч. διαλεκτική — искусство спорить, вести рассуждение) — метод аргументации в философии, а также форма и способ рефлексивного теоретического мышления, исследующего противоречия, обнаруживаемые в мыслимом содержании этого мышления[1]. В диалектическом материализме — общая теория развития материального мира и вместе с тем теория и логика познания. Диалектический метод является одним из центральных в европейской и индийской философских традициях. Само слово «диалектика» происходит из древнегреческой философии и стало популярным благодаря «Диалогам» Платона, в которых двое или более участников диалога могли придерживаться различных мнений, но стремились найти истину путём обмена своими мнениями. Начиная с Гегеля, диалектикa противопоставляется метафизике как способу мышления, который рассматривает вещи и явления как неизменные и независимые друг от друга[2].
    Строго говоря, содержание диалектики меняется с прогрессом науки, ибо, в некотором смысле, это содержание есть сама наука, основанная на принципах абстракций. Вот изложение диалектических принципов, первоначально сформулированных Энгельсом (1878), в интерпретации Ж. М. Брома: (Принципы диалектики, 2003): 1. Движение и изменение. 2. Взаимодействие (или взаимозависимость) 3. Противоречие как сила созидания 4. Переход от количества к качеству (цепи и разрывы). 5. Отрицание отрицания : тезис, антитезис и синтез (принцип развития по спирали). Заметим, что Жорж Политцер (1936) совмещает принципы 3 и 5. Это не вызывает неудобства, так как содержание принципов ещё не было определено… Изменение наших научных знаний ведет к постоянному пересмотру содержания этих принципов
    Индуктивный метод
    Инду́кция (лат. inducere — влечь за собой, установить, наведение) — процесс логического вывода на основе перехода от частного положения к общему. Индуктивное умозаключение связывает частные предпосылки с заключением не строго через законы логики, а скорее через некоторые фактические, психологические или математические представления.[1]
    Объективным основанием индуктивного умозаключения является всеобщая связь явлений в природе.
    Различают полную индукцию — метод доказательства, при котором утверждение доказывается для конечного числа частных случаев, исчерпывающих все возможности, и неполную индукцию — наблюдения за отдельными частными случаями наводят на гипотезу, которая, конечно, нуждается в доказательстве. Также для доказательств используется метод математической индукции, который позволяет осуществить полную индукцию для бесконечного счётного множества объектов.
    Интуитивный метод
    Интуи́ция (позднелат. intuitio — «созерцание», от глагола intueor — пристально смотрю) — способность, свойство человека понимать, формировать и проникать в смысл событий, ситуаций, объектов посредством инсайта, озарения, единомоментного подсознательного вывода, основанного на воображении, эмпатии и предшествующем опыте, «чутьё», проницательность.
    Научный метод
    Нау́чный ме́тод — система категорий, ценностей, регулятивных принципов, методов обоснования, образцов и т.д., которыми руководствуется в своей деятельности научное сообщество[1].
    Метод включает в себя способы исследования феноменов, систематизацию, корректировку новых и полученных ранее знаний. Умозаключения и выводы делаются с помощью правил и принципов рассуждения на основе эмпирических (наблюдаемых и измеряемых) данных об объекте[2]. Базой получения данных являются наблюдения и эксперименты. Для объяснения наблюдаемых фактов выдвигаются гипотезы и строятся теории, на основании которых в свою очередь строится модель изучаемого объекта.
    Важной стороной научного метода, его неотъемлемой частью для любой науки, является требование объективности, исключающее субъективное толкование результатов. Не должны приниматься на веру какие-либо утверждения, даже если они исходят от авторитетных учёных. Для обеспечения независимой проверки проводится документирование наблюдений, обеспечивается доступность для других учёных всех исходных данных, методик и результатов исследований. Это позволяет не только получить дополнительное подтверждение путём воспроизведения экспериментов, но и критически оценить степень адекватности (валидности) экспериментов и результатов по отношению к проверяемой теории.
    Обобщённый метод
    Обобще́ние поня́тий — логическая операция, посредством которой в результате исключения видового признака получается другое понятие более широкого объема, но менее конкретного содержания; форма приращения знания путём мысленного перехода от частного к общему в некоторой модели мира, что обычно соответствует и переходу на более высокую ступень абстракции[1]. Результатом логической операции обобщения является гипероним.[2]
    Экспериментальный метод
    и другие
    Экспериме́нт (от лат. experimentum — проба, опыт), также о́пыт, в научном методе — метод исследования некоторого явления в управляемых наблюдателем условиях[источник не указан 916 дней]. Отличается от наблюдения активным взаимодействием с изучаемым объектом. Обычно эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы, установления причинных связей между феноменами. Эксперимент является краеугольным камнем эмпирического подхода к знанию. Критерий Поппера выдвигает возможность постановки эксперимента в качестве главного отличия научной теории от псевдонаучной.
    Особенности:
    исследователь сам вызывает изучаемое явление, а не ждёт, когда оно произойдет;
    может изменять условия протекания изучаемого процесса;
    в эксперименте можно попеременно исключать отдельные условия с целью установить закономерные связи;
    эксперимент позволяет варьировать количественное соотношение условий и осуществлять математическую обработку данных.

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *