Процедуры конструктивного обоснования теоретических схем
Конструктивное обоснование обеспечивает привязку теоретических схем к опыту, а значит, и связь с опытом физических величин математического аппарата теории. Именно благодаря процедурам конструктивного обоснования в теории появляются правила соответствия.
Проследим особенности процедур конструктивного обоснования и их роль в развитии теории на разбираемом нами историческом примере с планетарной моделью атома.
Известно, что после того, как Нагаока предложил гипотезу планетарного строения атома, в его модели были обнаружены противоречия. В. Вин в 1905 г. показал, что признак электрона «двигаться по орбите вокруг ядра» противоречит другому его фундаментальному признаку «излучать при ускоренном движении». Поскольку движение по замкнутой орбите является ускоренным, электрон должен излучать, терять свою энергию и падать на ядро. Следовательно, атом, если бы он был устроен так, как предполагает планетарная модель, не может быть стабильным.
Этот парадокс являлся довольно типичной иллюстрацией обнаружения в гипотетической модели неконструктивного элемента (в данном случае это было представление об электронной орбите). Правда, вопрос о конструктивности представлений об атомном ядре оставался открытым. Однако модель Нагаока после критики со стороны Вина была забракована, и многие физики некоторое время даже не упоминали о ней при обсуждении проблемы строения атома.
Свою вторую жизнь она обрела после того, как Резерфорд осуществил эксперименты с a-частицами, которые доказывали существование атомного ядра. Характерно, что Резерфорд ещё в 1911 г. ссылался на идеи Нагаока и, судя по всему, он ставил свои опыты, рассчитывая проверить самые различные модели строения атома, в том числе и забракованную планетарную модель. Во всяком случае в своих экспериментах он особым образом размещал регистрирующую аппаратуру, полагая возможным, что a-частицы после их взаимодействия с атомами могут рассеиваться на большие углы. Обнаружив в эксперименте именно этот тип рассеяния, Резерфорд истолковал его как свидетельство существования внутри атома положительно заряженного ядра.
Теперь уже стало возможным ввести конструктивно те признаки атомного ядра, которые были постулированы планетарной моделью.
Ядро было определено как центр потенциальных отталкивающих сил, способный рассеивать тяжёлые, положительно заряженные частицы на большие углы. Характерно, что это определение можно найти даже в современных учебниках по физике. Нетрудно обнаружить, что оно представляет собой сжатое описание мысленного эксперимента по рассеиванию тяжёлых частиц на атоме, который, в свою очередь, выступает идеализацией реальных экспериментов Резерфорда. Признаки конструкта «атомное ядро», введённые гипотетически, «сверху» по отношению к опыту, теперь были получены «снизу», как идеализация реальных экспериментов в атомной области. Тем самым гипотетический объект «атомное ядро» получил конструктивное обоснование и ему можно было придать онтологический статус.
Доказательство существования ядра привело к восстановлению в правах планетарной модели, хотя все парадоксы неустойчивого атома, обнаруженные Вином, ещё не были разрешены. Но теперь проблема была конкретизирована. Было чётко определено слабое звено модели – представление об электронной орбите. Этот абстрактный объект, введённый на этапе формирования гипотезы, не имел коррелята ни в одном из экспериментов в атомной области.
Показательно, что стремление локализовать, а затем и элиминировать неконструктивный элемент – «электронную орбиту», опираясь на анализ специфики атомных экспериментов, было главным импульсом, который целенаправлял перестройку модели Резерфорда в квантово-механическую модель атома.
Таким образом, обнаружение неконструктивных элементов не только выявляет неадекватность представления структуры отражаемого объекта в гипотетической модели, но и указывает на конкретные пути перестройки модели.
В классической физике процедуры конструктивного обоснования осуществлялись интуитивно. Их не эксплицировали в качестве методологического требования. Лишь переход к современной физике сопровождался выявлением в рамках методологической рефлексии ряда их существенных аспектов. Последнее, на мой взгляд, нашло своё выражение (хотя и не полностью адекватное) в рациональных моментах принципа наблюдаемости, который был важным методологическим регулятивом при построении теории относительности и квантовой механики. Эвристическое содержание данного принципа может быть интерпретировано как требование конструктивного введения абстрактных объектов в теоретические модели.
Конструктивное обоснование гипотезы приводит к постепенной перестройке первоначальных вариантов теоретической схемы до тех пор, пока она не будет адаптирована к соответствующему эмпирическому материалу. Перестроенная и обоснованная опытом теоретическая схема затем вновь сопоставляется с картиной мира, что приводит к уточнению и развитию последней. Например, после обоснования Резерфордом представлений о ядерном строении атома такие представления вошли в физическую картину мира, породив новый круг исследовательских задач – строение ядра, особенности «материи ядра» и т. д.
Таким образом, генерация нового теоретического знания осуществляется в результате познавательного цикла, который заключается в движении исследовательской мысли от оснований науки, и в первую очередь от обоснованных опытом представлений картины мира, к гипотетическим вариантам теоретических схем. Эти схемы затем адаптируются к тому эмпирическому материалу, на объяснение которого они претендуют. Теоретические схемы в процессе такой адаптации перестраиваются, насыщаются новым содержанием и затем вновь сопоставляются с картиной мира, оказывая на неё активное обратное воздействие. Развитие научных понятий и представлений осуществляется благодаря многократному повторению описанного цикла. В этом процессе происходит взаимодействие «логики открытия» и «логики оправдания гипотезы», которые выступают как взаимосвязанные аспекты развития теории.