Структура научных революций

Конечно, наука (или некоторое  другое предприятие, возможно, менее  эффективное) при каких-то условиях может развиваться таким полностью  кумулятивным образом. Многие люди придерживались убеждения, что дело обстоит именно так, а большинство всё ещё, вероятно, допускает, что простое накопление знания по крайней мере является идеалом, который, несомненно, осуществился бы в историческом развитии, если бы только оно так часто не искажалось человеческой субъективностью. Есть важные основания  верить в это.

В Х разделе мы покажем, насколько тесно точка зрения на науку как кумулятивный процесс  переплетается с господствующей эпистемологией, рассматривающей знание как конструкцию, которую разум  возводит непосредственно на необработанных чувственных данных. А в XI разделе  мы рассмотрим сильную поддержку, оказываемую  этой же историографической схеме средствами эффективной преподавательской  деятельности. Тем не менее, несмотря на значительное правдоподобие такого идеального представления, есть большие  основания для сомнения — может  ли это представление служить  образом науки. После того как  допарадигмальный период закончился, ассимиляция всех новых теорий и  почти всех новых видов явлений  фактически требовала разрушения исходной парадигмы и вызывала последующий  конфликт между конкурирующими школами  научного мышления. Кумулятивное накопление непредвиденных новшеств в науке  оказывается почти не существующим исключением в закономерном ходе её развития. Тот, кто серьёзно рассматривает исторические факты, должен иметь в виду, что наука не стремится к идеалу, который подсказывается нашим представлением о кумулятивности развития. Возможно, что это характерно не для науки, а для какого-либо другого вида деятельности.

Однако если мы и дальше не будем отклоняться от упрямых  фактов, то тогда при повторной  проверке области, которую мы уже  охватили, можно предположить, что  кумулятивное приобретение новшеств не только фактически случается редко, но в принципе невозможно. Нормальное исследование, являющееся кумулятивным, обязано своим успехом умению учёных постоянно отбирать проблемы, которые могут быть разрешены  благодаря концептуальной и технической  связи с уже существующими  проблемами. (Вот почему чрезмерная заинтересованность в прикладных проблемах  безотносительно к их связи с  существующим знанием и техникой может так легко задержать  научное развитие.) Если человек  стремится решать проблемы, поставленные существующим уровнем развития науки  и техники, то это значит, что он не просто озирается по сторонам.

Он знает, чего хочет достичь, соответственно этому он создаёт  инструменты и направляет своё мышление. Непредсказуемые новшества, новые  открытия могут возникать только в той мере, в какой его предсказания, касающиеся как возможностей его  инструментов, так и природы, оказываются  ошибочными. Часто важность сделанного открытия будет пропорциональна  степени и силе аномалии, которая  предвещала открытие. Таким образом, должен, очевидно, возникнуть конфликт между парадигмой, которая обнаруживает аномалию, и парадигмой, которая  позднее делает аномалию закономерностью. Примеры открытий, связанные с  разрушением парадигмы и рассмотренные  в IV разделе, не представляют собой  простых исторических случайностей. Наоборот, никакого другого эффективного пути к научному открытию нет.

Та же самая аргументация используется даже более очевидно в  вопросе создания новых теорий. В  принципе есть только три типа явлений, которые может охватывать вновь  созданная теория. Первый состоит  из явлений, хорошо объяснимых уже с  точки зрения существующих парадигм; эти явления редко представляют собой причину или отправную  точку для создания теории. Когда  они всё же порождают теорию —  как было с тремя известными предвидениями, рассмотренными в конце VII раздела, — то результат редко оказывается  приемлемым, потому что природа не даёт никакого основания для того, чтобы предпочитать новую теорию старой. Второй вид явлений представлен теми, природа которых указана существующими парадигмами, но их детали могут быть поняты только при дальнейшей разработке теории. Это явления, исследованию которых учёный отдаёт много времени, но его исследования в этом случае нацелены на разработку существующей парадигмы, а не на создание новой. Только когда эти попытки в разработке парадигмы потерпят неудачу, учёные переходят к изучению третьего типа явлений, к осознанным аномалиям, характерной чертой которых является упорное сопротивление объяснению их существующими парадигмами. Только этот тип явлений и даёт основание для возникновения новой теории. Парадигмы определяют для всех явлений, исключая аномалии, соответствующее место в теоретических построениях исследовательской области учёного.

Но если возникновение  новых теорий вызывается необходимостью разрешения аномалий по отношению к  существующим теориям в их связи  с природой, тогда успешная новая  теория должна допускать предсказания, которые отличаются от предсказаний, выводимых из предшествующих теорий. Такого отличия могло бы и не быть, если бы обе теории были логически  совместимы. В процессе своей ассимиляции  вторая теория должна заменить первую. Даже теория, подобная теории сохранения энергии, которая сегодня кажется  логической суперструктурой, соотносящейся  с природой только через независимо установленные теории, исторически  развивалась через разрушение парадигмы. Более того, она возникла из кризиса, существенным ингредиентом которого была несовместимость между динамикой  Ньютона и некоторыми позднее  сформулированными следствиями  флогистонной теории теплоты. Только после  того, как флогистонная теория была отброшена, теория сохранения энергии  смогла стать частью науки[98 - S. P. Thompson. Life of William Thomson Baron Kelvin of Largs. London, 1910, I, p. 266—281.]. И только тогда, когда эта теория стала частью науки и оставалась таковой в течение некоторого времени, она смогла предстать как теория логически более высокого уровня, которая не противоречит другим теориям, ей предшествовавшим. Очень трудно усмотреть, как могли бы возникнуть новые теории без этих деструктивных изменений в убеждениях, касающихся природы. Хотя логическое включение одной теории в другую остаётся допустимым вариантом в отношении между следующими друг за другом научными теориями, с точки зрения исторического исследования это неправдоподобно.

Столетие назад, я думаю, можно было бы на этом и остановиться в рассмотрении вопроса о необходимости  революций. Но в настоящее время, к сожалению, этого делать нельзя, потому что невозможно отстоять развитую выше точку зрения на предмет, если принять наиболее распространённую сегодня интерпретацию природы  и функций научной теории. Эта  интерпретация, тесно связанная  с ранним логическим позитивизмом и  не отброшенная полностью его  последователями, обычно ограничивает уровень и значение принятой теории так, чтобы последняя не имела  возможности вступать в противоречие с предшествующей теорией, которая  давала предписания относительно тех  же самых явлений природы. Наиболее известным и ярким примером, связанным  со столь ограниченным пониманием научной  теории, является анализ отношения  между современной динамикой  Эйнштейна и старыми уравнениями  динамики, которые вытекали из «Начал»  Ньютона. С точки зрения настоящей  работы эти две теории совершенно несовместимы в том же смысле, в  каком была показана несовместимость  астрономии Коперника и Птолемея: теория Эйнштейна может быть принята  только в случае признания того, что теория Ньютона ошибочна. Но сегодня приверженцы этой точки  зрения остаются в меньшинстве[99 - См., например, заметки П. П. Винера в: «Philosophy of Science», XXV, 1958, p. 298.]. Поэтому мы должны рассмотреть наиболее распространённые возражения против неё.

Суть этих возражений может  быть сведена к следующему. Релятивистская динамика не может показать, что  динамика Ньютона ошибочна, ибо динамика Ньютона всё ещё успешно используется большинством инженеров и, в некоторых  приложениях, многими физиками. Кроме  того, правильность этого использования  старой теории может быть показана той самой теорией, которая в  других приложениях заменила её. Теория Эйнштейна может быть использована для того, чтобы показать, что  предсказания, получаемые с помощью  уравнений Ньютона, должны быть настолько  надёжными, насколько позволяют  наши измерительные средства во всех приложениях, которые удовлетворяют  небольшому числу ограничительных  условий.

Например, если теория Ньютона  обеспечивает хорошее приближённое решение, то относительные скорости рассматриваемых тел должны быть несравненно меньше, чем скорость света. В соответствии с этими  условиями и некоторыми другими  теория Ньютона представляется следствием из теории Эйнштейна, её частным случаем.

Однако, продолжают рассуждать сторонники этой точки зрения, ни одна теория никак не может противоречить  ни одному из своих частных случаев. Если эйнштейновская наука показывает ошибочность динамики Ньютона, то это  только потому, что некоторые ньютонианцы  были столь опрометчивы, что заявляли, будто теория Ньютона даёт совершенно точные результаты и применима к  очень большим относительным  скоростям. Так как они не смогли представить что-либо в защиту таких  заявлений, то, делая их, они совершали  измену требованиям науки. В той  мере, в какой теория Ньютона была всегда подлинно научной теорией, опирающейся  па обоснованные данные, она всё  ещё остаётся таковой. Эйнштейн мог  показать ошибочность только экстравагантных  теоретических претензий — претензий, которые никогда не были собственно элементами науки. Очищенная от этих чисто человеческих экстравагантностей, ньютоновская теория никогда не могла  быть оспорена и не будет оспариваться в дальнейшем.

Подобной аргументации вполне достаточно, чтобы сделать любую  теорию, когда-либо используемую значительной группой компетентных учёных, невосприимчивой  против любых нападок. Например, подвергшаяся злословию теория флогистона внесла упорядоченность в большой ряд  физических и химических явлений. Она  объяснила, почему тела горят (потому, что они богаты флогистоном) и  почему металлы имеют намного  больше общих друг с другом свойств, нежели их руды (металлы полностью  состоят из различных элементарных земель, соединённых с флогистоном, а поскольку флогистон содержится во всех металлах, постольку он создаёт  общность свойств). Кроме того, теория флогистона объяснила ряд реакций  получения кислоты при окислении  веществ, подобных углероду и сере. Она также объяснила уменьшение объёма, когда окисление происходило  в ограниченном объёме воздуха, —  флогистон высвобождался при  нагревании, которое «портит» упругость  воздуха, абсорбирующего флогистон, точно  так же, как огонь «портит» упругость  стальной пружины[100 - J. В. Conant. Overthrow of the Phlogiston Theory. Cambridge, 1950, p. 13—16; J. R. Partington. A Short History of Chemistry, 2d ed. London, 1951, p. 85—88. Наиболее полное и система­тическое изложение теории флогистона представлено в: H. Metzger. Newton, Stahl, Boerhaave et la doctrine chimique. Paris, 1930. Part II.]. Если бы перечисленные факты были единственными явлениями, которыми теоретики флогистона ограничивали свою теорию, то последняя никогда не могла быть подвергнута сомнению. Подобное обоснование подойдёт и для любой другой теории, которая когда-либо успешно применялась к какому-нибудь ряду явлений вообще.

Но, чтобы сохранять теории таким образом, нужно ограничить область их применения теми явлениями  и такой точностью наблюдения, с которой уже имеющиеся эксперименты имеют дело[101 - Сравните выводы, полученные с помощью совершенно иного типа анализа: R. В. Braithwaite. Scientific Explanation. Cambridge, 1953, p. 50—87, особенно стр. 76.]. Если возникает  искушение сделать ещё дальше хотя бы один шаг (а его вряд ли можно  избежать, коль скоро первый шаг  уже сделан), то такое ограничение  запрещает учёному говорить в  «научном» плане о любых явлениях, ещё не наблюдавшихся. Даже в современных  формах ограничение не позволяет  учёному в своём исследовании полагаться на теорию, когда это  исследование раскрывает новую область  или стремится достигнуть степени  точности, беспрецедентной для предшествующего  применения теории. Такие запреты  логически исключить невозможно. Но в результате их принятия должно быть прекращено исследование, двигающее  науку дальше.

В сущности, этот вопрос до настоящего времени был тавтологичен. Без  предписаний парадигмы не может  быть никакой нормальной науки. Больше того, предписание должно простираться на такие области и уровни точности, для которых нет полного прецедента. Если это не так, то парадигма не сможет предложить ни одной головоломки, которая до сих пор не была решена. Кроме того, не только нормальная наука  зависит от предписаний, исходящих  от парадигмы. Если теория ограничивает учёного только существующими приложениями, тогда не может быть никаких неожиданностей, аномалий или кризисов. Однако они  являются вехами, которые указывают  путь к экстраординарной науке. Если позитивистские ограничения, накладываемые  на правомерные приложения теории, рассматривать буквально, то механизм, который подсказывает научному сообществу, какие проблемы могут привести к  фундаментальным изменениям, должен прекратить действие. А если это  случится, сообщество неминуемо вернётся к состоянию, во многом сходному с  допарадигмальным, когда все его  члены будут заниматься наукой, но совокупный результат их усилий едва ли будет иметь сходство с наукой вообще. Стоит ли удивляться тому, что  значительные научные успехи достигаются  лишь ценой принятия предписания, которое  отнюдь не является непогрешимым?

Ещё более важно то, что  в аргументации позитивистов есть логический пробел, который немедленно возвращает нас к вопросу о природе  революционного изменения в науке. Можно ли в самом деле динамику Ньютона вывести из релятивистской динамики? На что похоже такое выведение? Представим ряд предложений E^1^, E^2^, ..., E^n^ которые воплощают в себе законы теории относительности. Эти предложения содержат переменные и параметры, отображающие пространственные координаты, время, массу покоя и т. д. Из них с помощью аппарата логики и математики дедуцируется ещё один ряд предложений, включая некоторые предложения, которые могут быть проверены наблюдением. Чтобы доказать адекватность ньютоновской механики как частного случая, мы должны присоединить к предложениям E^i^дополнительные предложения типа (v/c)^2^<<1, ограничив тем самым область переменных и параметров. Этот расширенный ряд предложений преобразуется затем так, чтобы получить новую серию N^1^, N^2^, ..., N^m^, которые тождественны по форме с ньютоновскими законами движения, законом тяготения и т. д. Очевидно, что ньютоновская динамика выводится из динамики Эйнштейна при соблюдении нескольких ограничивающих условий.

Тем не менее такое выведение  представляет собой передержку, по крайней мере в следующем. Хотя предложения N^i ^являются специальным случаем  законов релятивистской механики, всё  же они не являются законами Ньютона. Или по крайней мере они не являются таковыми, если не интерпретируются заново способом, который стал возможным  после работ Эйнштейна. Переменные и параметры, которые в серии  предложений E^i^, представляющей теорию Эйнштейна, обозначают пространственные координаты, время, массу и т. д., все  также содержатся в N^i^, но они всё-таки представляют эйнштейновское пространство, массу и время. Однако физическое содержание эйнштейновских понятий  никоим образом не тождественно со значением ньютоновских понятий, хотя и называются они одинаково. (Ньютоновская масса сохраняется, эйнштейновская может превращаться в энергию. Только при низких относительных скоростях  обе величины могут быть измерены одним и тем же способом, но даже тогда они не могут быть представлены одинаково.) Если мы не изменим определения  переменных в N^i^, то предложения, которые  мы вывели, не являются ньютоновскими. Если мы изменим их, то мы не сможем, строго говоря, сказать, что вывели законы Ньютона, по крайней мере в  любом общепринятом в настоящее  время смысле понятия выведения. Конечно, приведённая выше аргументация объясняет, почему законы Ньютона казались пригодными для работы. Она объясняет, допустим, поведение водителя автомашины, который поступал так, как если бы он находился в ньютоновском мире. Аргументация аналогичного типа использовалась для того, чтобы обосновать преподавание геоцентрической астрономии топографам. Но аргументация не доказывает того, на что она была нацелена. Иными словами, она не доказывает, что законы Ньютона являются предельным случаем эйнштейновских. Ибо при переходе к пределу изменяются не только формы законов. Одновременно мы должны изменить фундаментальные структурные элементы, из которых состоит универсум и которые к нему применяются.