Структура эксперимента и его теоретические компоненты

Тезис о теоретической нагруженное™ эксперимента был сформулирован еще в работе П. Дюгема «Физическая теория, ее цель и строение» [2], но особую популярность и актуальность он приобрел в постпозитивистской критике логического позитивизма (см. гл. 5 и 6).

В работе [5] схема (10.1.1) была усложнена за счет включения явного описания приборов, используемых в операциях приготовления и измерения^[1]:

где в описании приборов d_p((T_pi) a;b) и d_rn ((T_mj) аЪ), индексы «р» или «т» обозначают принадлежность прибора соответственно операциям приготовления и измерения; Т_р — «инструментальные теории» (теоретические составляющие приборов), лежащие в основе принципов работы приборов; а — исходный материал; b — конечный продукт соответствующей операции ^[2].

Прибор — это некоторая функциональная единица экспериментальной установки, относящаяся к приготовлению {Р или измерению |М), которая является инвариантом в данном эксперименте и характеризуется связью между входом и выходом. Работа прибора может быть основана на сколь угодно сложных инструментальных теориях, но эти теории «не ироблематизированы», т. е. не являются предметом исследования в данном эксперименте и принимаются за достоверные («непроблематичные», «наблюдательные» по Попперу [4, с. 292—293]). Это связано с тем, что инструментальные теории, лежащие в основе принципов работы приборов, как правило, тщательно верифицируются в других, предшествующих и независимых, экспериментах, прежде чем они используются для создания приборов. Например, уравнения теории Максвелла прошли многократную экспериментальную проверку, прежде чем легли в основу электротехники и электроники, используемых при разработке множества измерительных приборов. Еще один очень важный момент, который, как правило, не принимается во внимание при обсуждении теоретической нагруженное™ эксперимента, состоит в том, что, как было указано в гл. 9, после того как ОРФ сформированы, они и входящие в них понятия уже не меняются (являются контекстно-независимыми). Поэтому использующие их приборные теории имеют очень прочный фундамент, и даже революции в физике на них не сказываются. Эти теории, наряду с техническими теориями, определяют связь между тем, какой сигнал приходит на вход прибора, и тем, какова будет реакция прибора на этот сигнал. Измерение, скажем, свойств взаимодействий нейтральных токов, выполненное при помощи такого прибора, будет, таким образом, нагруженным теорией Максвелла в качестве инструментальной теории Т_ту Аналогичные рассуждения применимы и в отношении этапа приготовления.

Одно из преимуществ схемы (10.2.1) состоит в возможности подробно обсуждать теоретическую нагружениость операций приготовления и измерения. Последнее впервые выявил П. Дюгем [2], когда обсуждал эксперимент по изучению сжимаемости газов. В обсуждавшемся им эксперименте исследуемый газ, расширяясь или сжимаясь, вытеснял из объема большее либо меньшее количество жидкости. Уровень этой жидкости использовался в качестве индикатора объема, занимаемого газом. Дюгем описывает, как экспериментаторы наблюдали перемещение уровня жидкости от одной метки до другой и делали на основании этого перемещения вывод о том, что температура газа изменилась на некоторую величину, так как знали о связи объема газа с температурой, что является примером Т_т) в схеме (10.2.1).

По-видимому, первым, кто стал серьезно обсуждать операции приготовления, является Хакинг. Если через призму схем (10.1.1) и (10.2.1) взглянуть на манипулятивный реализм Хакинга и его представление о «вмешательстве» экспериментатора, то по существу, его «вмешательство» является не чем иным, как приготовлением объекта в определенном состоянии, например электрона с определенной поляризацией или препарата с заданной окраской. Воздействия экспериментатора состоят в приготовлении (путем ускорения, столкновения частиц и т. д.) объекта (системы) в этих состояниях, а затем в наблюдении за результатом происходящего в системе некоторого процесса, сводящегося к измерению определенных физических величин.

Так, в работе [9] описывается эксперимент по изучению нарушения четности в слабых взаимодействиях нейтральных токов при рассеянии электронов на дейтерии, в которых использовалась электронная пушка. Поляризованные электроны для этого эксперимента приготавливались при облучении фотонами кристалла арсенида галлия. Хакинг справедливо отмечает, что инженеры, работавшие над созданием пушки, «…не нуждались в знании теории слабого нейтрального тока для того, чтобы разрабатывать свои образцовые решетки». Однако недостаточно обоснованным выглядит его утверждение о том, что изготовление пушки «было явно не теоретическим процессом». Оно основывается на том, что квантовая теория кристаллов объясняла поляризационный эффект (на котором основывалось получение пучка поляризованных электронов для эксперимента) только качественно, не предсказывая того, какой процент электронов поляризует конкретный кристалл, и эта величина определялась в отдельных измерениях.

Также теория электронной пушки не могла предсказать, какой тип электронной пушки, основанный на кристаллах или термоэмиссионный, сможет произвести больше электронов. Но это не противоречит тому, что принцип действия этих пушек был понятен в терминах соответствующих инструментальных теорий, в противном случае не было бы никакой гарантии, что они внезапно не перестанут работать или не начнут выдавать непредсказуемые результаты. Тот факт, что теории этих приборов не были развиты и требовали отдельных технико-физических исследований, характеризует типичную ситуацию для исследований на переднем крае науки, когда новые приборы приходится создавать параллельно с основными, фундаментальными, исследованиями. Тем не менее, разработка инструментальной теории, хотя бы полуэмпирической, всегда предшествует применению прибора в научном исследовании. Этими инструментальными теориями (d_p(T_p{) в данном случае) и нагружен эксперимент.

В больших современных экспериментах области включенности инструментальных теорий расширяются. Например, К. Карака (К. Karaka) указывает на то, что в таких экспериментах особую роль играет «набор данных». В классических экспериментах он отождествлялся с измерением и не анализировался отдельно. Сегодня, когда на ускорителях накапливают огромное количество данных, процесс набора данных в эксперименте уже не сводится только к считыванию показаний многочисленных приборов. В существенной степени это процесс их отбора, начиная с начального получения данных с детектора и заканчивая сложными экспериментальными процедурами, алгоритмами и логикой управления этими алгоритмами, ибо только та часть данных, которая является потенциально пригодной для проверки определенных теорий, отбирается из числа сигналов, попадающих на выход детектора.

• [1] 2 В западной философии науки эксперимент анализируется, исходя из других схем, в которых явно присутствует наследие логического эмпиризма (см. гл. 5). Несмотря на суровую критику последнего, в них встречается довольно много понятий из лексикона 1930;х гг. В их описаниях эксперимента, например у X. Раддсра [26], фигурируют некорректные, с нашей точки зрения, понятия «взаимодействие объекта с измерительным прибором», «стабильные корреляции между отдельными свойствами объекта и отдельными свойствами установки», «стабильная объект-приборная система». Для проведения эксперимента по Раддсрунеобходимо: 1) приготовить объект (О) и прибор (/7); 2) осуществить взаимодействие междуО и II; 3) реализовать корреляцию между О и II; 4) снять показания II, которые предоставятзнание об О; 5) корреляции должны быть стабильными и воспроизводимыми.
• [2] Конфигурация в схеме (10.2.1) может усложняться за счет многоступенчатости и наличия нескольких параллельных линий в операциях приготовления и измерения [5].