Выпуск 15. Объяснительная и предсказательная сила науки
В прошлом выпуске я пообещал, что расскажу о том, как правильно (и как неправильно) проверять научные гипотезы и теории. Однако этот материал тесно связан с пониманием объяснительной и предсказательной силы науки. Сначала я хотел реализовать все эти вопросы в одном выпуске, но по ходу дела решил, что лучше будет разбить их на две части. Поэтому пока что поговорим про объяснительную и предсказательную силу, но уж в следующем выпуске уже точно будем рассматривать систему научных доказательств. Напомню, что данный выпуск является частью серии под общим названием «Научное знание» и очень желательно изучать их последовательно, если, конечно, хотите понимать материал полностью. Итак, предисловие закончено, переходим к сущности сегодняшней темы.
Любая гипотеза или теория (далее буду писать «гипотеза/теория», потому что почти всё, сказанное далее, применимо как к гипотезам, так и к теориям) всегда объясняет какие-то известные факты, это и есть объяснительная сила. Но также на основе гипотезы/теории всегда можно сделать какие-то прогнозы – это, соответственно, предсказательная сила. Для чего делаются прогнозы? Например, для проверки. Спросите у физика: как проверить гипотезу/теорию? Он ответит: экспериментально. Но что такое эксперимент? Тут надо отметить, что есть разные виды экспериментов, нас сейчас интересует в первую очередь т.н. «решающий» эксперимент, он же «критический», т.е. проверочный для гипотезы/теории. Его можно условно разложить на две фазы:
1) прогноз, сделанный на основе той гипотезы/теории, которую надо проверить (т.е. если сначала мы на основе проверяемой гипотезы/теории чётко формулируем, какого результата следует ожидать от нашего эксперимента – что это, если не прогноз?);
2) экспериментальная проверка прогноза.
В середине 19 века французский физик Леон Фуко́ провёл эксперимент: в своём доме к потолку подвала он подвесил на двухметровой проволоке тяжелый латунный шар и качнул его, получив маятник. К тому времени уже было установлено, что маятники сохраняют плоскость колебаний вне зависимости от изменения положения в пространстве того, к чему они прикреплены. Другими словами, если привязать маятник к потолку избушки на курьих ножках, качнуть его строго с севера на юг, а потом попросить избушку повернуться на 90 градусов, то маятник продолжит качаться всё так же в плоскости «север-юг» (при условии, конечно, что способ крепления нити минимально повлияет на направление колебаний). Фуко посчитал, что таким способом можно продемонстрировать вращение Земли вокруг своей оси: Земля вместе с его домом будет вращаться, а плоскость качания маятника сохранится (в глазах наблюдателя эта плоскость будет постоянно, хоть и очень медленно, отклоняться от изначальной). Наблюдения исследователя полностью подтвердили его предположение.
Изображение маятника Фуко. Фото из свободных источников
Позже этот эксперимент был повторён как самим Фуко, так и многими другими, а такое использование маятника для демонстрации суточного вращения Земли получило название «маятник Фуко» (кстати, самый большой в мире маятник Фуко (98 м) провисел в Ленинграде в Исаакиевском соборе с 1931 по 1986 гг.). Кроме того, Фуко определил, что скорость изменения плоскости колебаний маятника зависит от географической широты. В 2000-х гг. этот опыт был проведён на антарктической полярной станции и, как предсказывал сам Фуко, период полного вращения плоскости колебаний там был минимальным – 24 часа (в Париже, например, он занимал около 32 часов).
Маятник Фуко в Исаакиевском соборе. Фото из свободных источников
Рассмотрим с точки зрения нашей темы, что сделал Леон Фуко. На основе теории о вращении Земли вокруг своей оси он разработал эксперимент, сначала спрогнозировав его результаты, а затем подтвердив их на практике. Вот это и есть пример использования предсказательной силы науки для доказательства теории. Кстати, и ещё один прогноз Фуко на эту тему – о скорости «поворота» плоскости маятника в зависимости от широты – тоже подтвердился, хотя и не им самим.
Что я хочу сказать этим примером? Только то, что любой эксперимент содержит в себе прогноз (подчеркну, что мы сейчас говорим только о «решающих» или «критических» экспериментах).
В то же время далеко не каждую научную задачу можно решить с помощью эксперимента. Если вы физик, занимающийся вопросами механики или электричества – то да, конечно, экспериментируйте сколько угодно. А что, если вы, допустим, историк и у вас есть гипотеза… ну, к примеру, об авторстве какой-нибудь летописи? И каким экспериментом можно проверить вашу гипотезу? Правильно: никаким.
Но практически любую гипотезу/теорию можно проверить просто прогнозированием (если она вообще проверяема в принципе). Т.е. на основе выявленных закономерностей можно сделать прогноз, а лучше несколько, и проверить, насколько они сбудутся. Причём проверять необязательно экспериментально, эксперимент – это лишь частный случай проверки с помощью прогнозов. В общем, когда говорят, что лучшим видом проверки является эксперимент – это не совсем правильно. Лучший вид проверки – это проверка с использованием предсказательной силы, в том числе это может быть и эксперимент.
Сформулируем 4 основных принципа, касающихся использования объяснительной силы для проверки гипотезы/теории:
1. Одной лишь объяснительной силы недостаточно для подтверждения или проверки гипотезы/теории, всегда должна быть задействована также и предсказательная сила. Часто горе-исследователи просто подгоняют известные факты под свои любимые гипотезы/теории (т.е. используют только их объяснительную силу) и не понимают при этом, что эти же самые факты можно при желании объяснить и ещё добрым десятком гипотез, причём без всяких натяжек - это абсолютно нормальное явление, мы об этом говорили в предыдущих выпусках. Так что само по себе объяснение фактов ещё ничего не доказывает, а для выявления истины нужно использовать такое мощное оружие, как научные прогнозы.
Кстати, а не может ли получиться так, что две или более конкурирующие гипотезы/теории получат доказательства с точки зрения как объяснительной так и предсказательной силы? Да, такое вполне может быть, хотя, по-видимому, это явление будет временным и всё равно в конечном итоге возобладает что-то одно. Но какое-то (может даже продолжительное) время в науке вполне могут сосуществовать несколько теорий, удовлетворительно объясняющих одни и те же факты, и даже подтвердившиеся прогнозами. А иногда получается так, что теории, изначально противопоставляемые друг другу, удовлетворительно объясняют положение дел только в совокупности (классический пример – корпускулярно-волновая теория света, сформировавшаяся из противопоставляемых друг другу корпускулярной и волновой теорий).
2. Есть определённые требования к научным прогнозам. Такой прогноз должен быть:
а) проверяемым,
б) конкретным (недвусмысленным),
в) его результат НЕ должен быть очевиден.
В общем-то любому здравомыслящему человеку эти пункты понятны, но для любителей софизмов, казуистики и всяких псевдологических построений поясню подробнее.
Если вы проанализируете, например, астрологические прогнозы, то увидите, что в них нет конкретности: все предсказания являются двусмысленными, расплывчатыми (чтобы астрологу всегда можно было оправдаться, когда его предсказания не сбудутся). Доводилось мне также видеть, как один человек сделал «доказательный» (по его мнению) прогноз с религиозной точки зрения. Он сказал примерно так: «Солнцем управляет бог, по воле бога Солнце ежедневно всходит на востоке и уходит на западе. Доказательства? Вы сами можете в этом убедиться, увидев завтра очередной восход и закат». На первый взгляд – вроде бы тоже прогноз, да только если присмотреться... Во-первых, его результат известен заранее, так что это никакой не прогноз, а подгон уже известных фактов под концепцию. Во-вторых – проверяемость такого «прогноза» ничего не доказывает: проверить-то наличие завтра восхода и заката можно, а вот проверить их связь с божественной волей – нет.
3. Гипотеза или теория, не имеющая предсказательной силы, не является научной. Предсказательная сила позволяет не только выявить правильную гипотезу/теорию из нескольких конкурирующих, но и является проверкой на научность (о научности и правильности – см. выпуск №3). Говоря проще, если гипотеза/теория не имеет предсказательной силы (т.е. если с её помощью невозможно сделать вообще никаких проверяемых прогнозов) – это явный признак её ненаучности. (Кстати, «правило наоборот» здесь не действует: само по себе наличие предсказательной силы ещё не делает автоматически гипотезу/теорию научной.)
А вот объяснительная сила есть всегда: любая научная и псевдонаучная гипотеза или теория, любая религиозная или философская система – все они призваны объяснить какие-то известные факты, т.е можно сказать, что все они изначально возникают на основе объяснительной силы. С предсказательной же силой всё сложнее. Предсказательная сила появляется тогда, когда, во-первых, выявляются какие-то закономерности (они-то и являются основой для прогнозирования), во-вторых – когда есть возможность проверки. Если чего-то вышеперечисленного нет – это уже в любом случае не наука.
4. Неудобные результаты проверки не должны игнорироваться исследователем. Это касается как несбывшихся прогнозов, так и просто фактов, которые не укладываются в гипотезу/теорию. При этом несоответствие отдельных фактов ещё не является поводом для отказа от гипотезы/теории, но, возможно, будет причиной для её корректировки. Отказываться от гипотезы/теории надо тогда, когда выявлены явные и существенные несоответствия её основам.
Итак, в данном выпуске мы рассмотрели объяснительную и предсказательную силу науки. Частично мы также затронули и способы проверки гипотез и теорий, но более подробно поговорим об этом в следующем выпуске.