Позиционирование идей
Позиционирование научных идей / инноваций
Построение научных теорийПостроение научных концепций. теорий, моделей
Оценки научных теорийОценки научных теорий
X
Успех научной теории по Дэвиду Лейзеру
«Результативность той или иной мутации определяется вкладом нового гена или совокупности генов в успех воспроизводства их носителей внутри данной биологической популяции. Иными словами, эта результативность определяется долгосрочными перспективами на выживание.
А что служит эквивалентным критерием успеха для научной теории? По-видимому, успех теории определяется в основном тремя тесно связанными факторами: её количественной точностью, областью применимости и так называемой степенью избыточной определённости.
Естественно, что первоначально восприятие теории может в гораздо большей степени зависеть от других факторов: моды, идеологии или общего уровня развития общества, однако это «короткодействующие» факторы. Впрочем, «короткий срок» может быть не столь уж коротким. Созданная Аристархом модель Солнечной системы оставалась назамеченной астрономами на протяжении семнадцати веков, а объяснение природы Млечного Пути, предложенное Кантом, не привлекало внимания учёных почти два столетия.
Областью применимости теории называют совокупность явлений, относительно которых данная теория позволяет делать предсказания. […]
Последний из ранее упомянутых факторов, от которых зависит успех теории, - избыточная определённость.
Каждая теория включает в себя какое-то число свободных параметров, часть из которых описывает начальные условия, а остальные - свойства рассматриваемой системы. Например, свободные параметры ньютоновской модели Солнечной системы - это массы Солнца, планет и их спутников, а также координаты и скорости каждого из этих тел в некоторый произвольный момент времени. Значения свободных параметров определяются из наблюдений, причем число независимых наблюдений, например измерений координат на небесной сфере, должно быть равно числу определяемых параметров. Если число возможных независимых измерений превышает число свободных параметров в теории, то говорят, что теория обладает избыточной определённостью. Особо следует подчеркнуть качественный аспект этого обстоятельства.
Теория Ньютона, в частности, обладает избыточной определённостью не только потому, что позволяет с большой точностью предсказывать движение планет на основе наблюдений, выполненных в данный момент времени. […] мы увидим, что эта теория без каких-либо дополнительных предложений даёт возможность качественно объяснить совсем другие явления, а именно: приливы в океанах, прецессию равноденствия, кольца Сатурна.
(Хотя компактность и простота теории связаны со степенью её избыточной определённости, эта связь довольно неоднозначна. Как мы увидим в дальнейшем, теория гравитации Эйнштейна обладает гораздо большей избыточной определённостью, чем теория Ньютона, тем не менее её нельзя назвать более простой и уж, конечно, нельзя сказать, что она обеспечивает более экономное истолкование астрономических наблюдений.)
Все три фактора, определяющие успех научной теории - точность, область применимости и степень избыточной определённости, - тесно связаны между собой.
Успешное развитие физической теории, определённое Галилеем, Ньютоном и Эйнштейном, касалось и каждого из этих факторов. Теория Галилея применима к движению свободно падающих тел и снарядов вблизи поверхности Земли. Точность её предсказаний ограничивалась тем, что в ней не учитывались сопротивление воздуха, кривизна земной поверхности и зависимость ускорения свободного падения от высоты. Теория Ньютона не только сняла эти ограничения, но и позволила описать гораздо более широкий круг явлений - от падения яблока до движения астрономических систем, в сотни триллионов раз более массивных, чем Солнце. Но теория Ньютона основывается на очень простых математических законах, которые вследствие этого обладают высокой степенью избыточной определённости по отношению к описываемым явлениям.
Теория Эйнштейна имеет гораздо большую степень избыточной определённости, чем теория Ньютона, поскольку объединяет в одно целое три независимых понятия последней: инертную массу, гравитационную массу и энергию. Эксперимент и наблюдения показывают, что общая теория относительности также существенно точнее и в количественном отношении. И наконец, область применимости теории Эйнштейна гораздо обширнее, чем ньютоновской. Закон всемирного тяготения Ньютона применим ко всем самогравитирующим системам - от планет и их спутников до скоплений галактик, - однако в отличие от теории Эйнштейна этот закон неприменим к описанию Вселенной в целом.
До сих пор мы проводили аналогию между развитием науки и биологической эволюцией, подчеркивая общие закономерности. Отметим теперь существенное отличие этих процессов. Биологическая эволюция представляет собой множество разветвляющихся направлений развития, как и наука в период её развития и становления. Однако последствия этих процессов различны. Начав с простейших форм жизни, возникших при весьма специфических условиях, эволюция создала громадное количество экологических ниш, заполнив их мириадами различных видов. Начав со столь же простых вещей - использования Фалесом (VI в. до н. э.) свойств подобных треугольников для определения расстояния до корабля в море и разработки пифагорейцами арифметических законов музыкальной гармонии, - наука сплела сложнейшую паутину объяснения невероятно широкого круга явлений - от элементарных «кирпичиков» материи до Вселенной в целом, включая и феномен жизни. По мере развития непрерывно возрастало и число отраслей знания. Однако различные теории, доказавшие свою жизнеспособность, оказались связанными между собой не только общими истоками, но и структурно и функционально, как различные органы в едином организме. Сейчас уже невозможно провести резкую грань между биологией и химией, химией и физикой или между физикой и космологией. И чем шире становится область применения отдельных теорий, чем выше точность их предсказаний, тем теснее и глубже становятся эти связи. Теория Ньютона выявила истинное место статики Архимеда и теории движения Галилея как фрагментов механической картины мира. В специальной теории относительности Эйнштейн объединил пространство и время в единый четырёхмерный пространственно-временной континуум (Строго говоря, понятие четырёхмерного пространства-времени сформулировал Герман Минковский, Прим. И.Л. Викентьева).
В общей теории относительности масса-энергия оказалась связанной со свойствами пространства-времени.
Совокупность существующих теорий можно для наглядности изобразить в виде расширяющейся сферической оболочки, окружённой со всех сторон океаном знаний. По мере того как число фундаментальных принципов уменьшается, а сами принципы наполняются все более глубоким содержанием, внутренняя граница сферической оболочки сжимается - возможно, к ядру, содержащему научную «истину в последней инстанции». Существует ли такое ядро - «изначальный принцип» Платона - в действительности? Это неизвестно; однако вера в его существование, несомненно, стимулирует теоретические поиски учёных со времен Пифагора и до наших дней».
Дэвид Лейзер, Создавая картину Вселенной, М., «Мир», 1988 г., с. 33-37.