Struktura rewolucji relatywistycznej i kwantowej w fizyceTekst

0
Recenzje
Oznacz jako przeczytane
Czcionka:Mniejsze АаWiększe Aa

Rozdział 1
OBRAZ ŚWIATA MECHANIKI KLASYCZNEJ

1.1. UWAGI WSTĘPNE: Wspólnoty naukowe

Zacznijmy od bardzo ogólnych uwag na temat natury poznania ludzkiego. Człowiek przychodzi na świat wyposażony w organy, dzięki którym może spostrzegać i może myśleć, ale te potencjalne zdolności zostają uaktywnione, dopiero gdy zostanie on poddany procesowi socjalizacji pierwotnej. Kluczową w tym rolę odgrywa opanowanie języka wytworzonego przez wspólnotę, w jakiej dorasta, a także przyswojenie sobie podstawowych poglądów właściwych dla owej wspólnoty. Splecione to jest z wdrażaniem we właściwe dla wspólnoty sposoby życia. Bez tej tresury, która wyposaża umysł w zestaw apriorycznych form i kategorii – znajdujących wyraz w używanych słowach i w sposobach łączenia słów w zdania – człowiek ani nie spostrzega, ani nie myśli.

Aby zostać naukowcem, jednostka musi wejść w bliskie i długotrwałe kontakty z członkami wspólnoty naukowej. Każdy z bohaterów prowadzonych w tej książce opowieści w szkole, a potem na uniwersytecie, został poddany procesowi socjalizacji wtórnej – i przyswoił sobie obowiązujący w danym czasie system fizyki. Fleck pisał w związku z tym:

Niemożliwy jest naprawdę izolowany badacz […]. Izolowany badacz bez uprzedzeń i tradycji, bez działających na niego sił społeczeństwa myślowego i bez wpływu ewolucji tego społeczeństwa byłby ślepy i bezmyślny. Myślenie jest czynnością zbiorową […]. Produktem jego jest pewien obraz, widoczny tylko dla tego, kto w tej czynności społecznej bierze udział, lub myśl jasna również tylko dla członków kolektywu. Co myślimy i jak widzimy zależy od kolektywu myślowego, do którego należymy (Fleck 1935b).

Gdy styl myślenia jest skomplikowany, a jego opanowanie i stosowanie trudne, wyodrębnia się, jak pisał Fleck, krąg ezoteryczny, którego członkowie na tematy fachowe mogą rozmawiać tylko we własnym gronie i tylko do członków tego kręgu adresują swoje fachowe publikacje. To grono otacza zwykle znacznie liczniejszy krąg egzoteryczny ludzi, którzy na rozmaite sposoby korzystają z dokonań profesjonalistów lub interesują się nimi. Większość naukowców przeszła też socjalizację wtórną w rozmaitych wspólnotach, np. religijnych czy hobbystycznych. Jednostka może należeć do różnych wspólnot – zwłaszcza do ich kręgów egzoterycznych – i opanować w związku z tym różne style myślenia, a niejako przełączać się między nimi wraz ze zmianami otoczenia, w jakim się znalazła.

W naukowych kręgach ezoterycznych Fleck odróżniał awangardę (eksperymentatorów i teoretyków uważanych za wybitnych), grupę zasadniczą (badaczy dobrze znających swój fach i prowadzących rzetelne badania) i maruderów. Podkreślał stabilizującą rolę grupy zasadniczej, która selekcjonuje, modyfikuje i systematyzuje dokonania „geniuszy”, a wreszcie wytwarza podręczniki.

We wspólnocie badaczy – w odróżnieniu od wspólnot religijnych, politycznych i podobnych – wszyscy, jako badacze, są równi wśród równych. Wstęp do wspólnot naukowych jest (a przynajmniej powinien być) otwarty dla każdego, kto jest w stanie prowadzić owocne badania. Obowiązuje zasada intersubiektywnej sprawdzalności. W związku z nią badacz ma tak opisać swoje eksperymenty, by inni – zwykle dysponujący mniej lub bardziej odmiennym zasobem wiedzy szczegółowej i doświadczeń praktycznych – byli w stanie je powtórzyć. Ma też tak przedstawić przebieg dociekań teoretycznych, aby inni fachowcy mogli ocenić ich poprawność, a także wykorzystać we własnych pracach.

Badacze, jako badacze, są obywatelami świata, a nie swoich małych ojczyzn. Prawie każdy należy do jakiegoś narodu, wielu wyznaje taką czy inną religię, popiera jakiś system polityczny itd. Ale przypadki, gdy uczucia religijne czy nacjonalistyczne wpływają na treść poglądów roszczących sobie prawo do miana naukowych – tak jak to było w przypadku „niemieckiej fizyki” Philippa Lenarda (1936) i Johannesa Starka – należy traktować jako patologię. Nieustanne kontakty zawodowe nie tylko wzbogacają i aktualizują obraz świata w umysłach jednostek, ale pobudzają je do pracy. Gdyby uczeni nie pragnęli środowiskowego uznania i nie otrzymywali go, to wkładaliby w badania nieporównanie mniej wysiłku.

Liberalno-demokratyczny jest stosunek naukowców do społecznego otoczenia nauki. Choć z uwagi na złożoność zagadnień niemożliwy jest dialog naukowca z laikiem na tematy fachowe, to najznakomitsi bohaterowie poniższych opowieści – Maxwell, Lorentz, Poincaré, Einstein, Planck, Bohr, Heisenberg i inni – pisali książki popularnonaukowe, starając się zapoznać jak najszersze kręgi z aktualnym stanem wiedzy naukowej choćby na poziomie jakościowym. Poszerza to kręgi egzoteryczne i podnosi ich jakość, a także zachęca zdolną młodzież do podjęcia prób wejścia do kręgów ezoterycznych.

W wypowiedziach naukowców częste – i najwyraźniej szczere – są deklaracje, że chcą służyć społeczeństwu w rozumieniu utylitarystycznym: czynić życie ogółu ludzi zdrowszym, bezpieczniejszym, zasobniejszym, ciekawszym itd. Szczególnie silne więzi łączą naukowców z wytwórcami, a wsparcie ze strony wytwórców (i żołnierzy) tworzy materialne podstawy dalszego istnienia nauki. Nauka najlepiej rozwija się – o czym świadczy historia ludzkości ostatnich trzech stuleci – w systemach liberalnej demokracji. Chyba nie przypadkiem Philosophiae naturalis principia mathematica Newtona (1687) i Drugi traktat o rządzie Johna Locke’a (1690) ukazały się niemal jednocześnie. Ten związek myślenia naukowego z wytwórczością z jednej, a stosunkami społecznymi z drugiej strony nie został dotąd rzetelnie ustalony – nie stanowi jednak tematu rozważań prowadzonych poniżej.

1.2. UWAGI WSTĘPNE: Wdrażanie w naukowe style myślowe

Jak już powiedziano, abyśmy nie byli ślepi i bezmyślni, nasze umysły muszą zostać przez innych ludzi – w trakcie kontaktów osobistych lub lektury książek – napełnione apriorycznym systemem form zmysłowościpojęć intelektu.

W procesie socjalizacji zarówno pierwotnej, jak i wtórnej uwrażliwia się nas na pewne bodźce zmysłowe, których zestaw jest charakterystyczny dla wspólnoty, w jakiej wzrastamy. Kluczową w tym rolę odgrywa wdrażanie do nazywania pewnego rodzaju rzeczy czy zdarzeń. Do tego, kto przeszedł taką (jak powiadał Wittgenstein) tresurę, świat przemawia słowami – słowa w pewnych sytuacjach mu się narzucają, a dzieje się to poza zasięgiem świadomej kontroli. Natomiast rzeczy czy zdarzenia, których nie nauczono nas nazywać, czasem ignorujemy, a czasem usiłujemy wtłoczyć w znany nam system form zmysłowości. Dwaj ludzie wychowani w różnych wspólnotach, patrząc z tego samego miejsca w tym samym kierunku (jak podkreślał Kuhn), czasem zobaczą coś innego, a czasem jeden pozostanie obojętny na to, co drugiego zainteresuje. Fleck pisał:

Chodzimy po świecie i nie widzimy wcale punktów, kresek, kątów, świateł czy cieni, z których byśmy mieli przez syntezę lub wnioskowanie układać „co to jest”, lecz widzimy od razu dom, pomnik na placu, oddział żołnierzy, wystawę z książkami, gromadę dzieci, panią z pieskiem: same gotowe postacie. […] Patrzymy oczami własnymi, ale widzimy oczami kolektywu, postaciami, których sens i zakres dopuszczalnych transpozycji stworzył kolektyw (Fleck 1947, § II).

„Widzieć” znaczy to: odtwarzać w odpowiednim momencie obraz, wytworzony przez społeczność myślową, do której się należy (Fleck 1935b).

Podobnie ujmował to „trzeci” Wittgenstein:

Ta forma, którą widzę – chciałbym powiedzieć – nie jest po prostu jakąś formą, lecz jedną ze znanych mi form; jest ona formą z góry wyróżnioną. Jedną z form, których obraz był we mnie już wcześniej; i tylko dlatego, że odpowiada takiemu obrazowi, jest formą dobrze mi znaną. (Noszę ze sobą niejako katalog takich form i te właśnie przedmioty, które są w nim odwzorowane, są dobrze znane) (Wittgenstein 1967, § 209).

A zastanawiając się nad tym, że „to samo” można niekiedy widzieć na różne sposoby, zapisał:

Czy rzeczywiście widzę za każdym razem co innego, czy może interpretuję tylko rozmaicie to, co widzę? Powiedziałbym raczej to pierwsze. Ale dlaczego? – Interpretacja jest myśleniem, pewnym działaniem; widzenie zaś jest stanem (Wittgenstein 1953, § XI.248).

W trakcie socjalizacji pierwotnej nikt nie przedstawia dziecku listy słów do nauczenia, nie tłumaczy mu zasad gramatyki, nie wyjaśnia sposobów, w jakie słowa wiążą się z życiem i ze światem. Dorośli dostarczają mu natomiast bardzo licznych przykładów, zachęcają do naśladowania, chwalą, gdy dziecko mówi tak, jak oni by mówili w danej sytuacji, a gdy mówi inaczej, poprawiają je i podsuwają kolejny wzorzec. Tak ukształtowani ludzie intuicyjnie odróżniają wypowiedzi poprawne od niepoprawnych – choć nie potrafią jasno powiedzieć, na jakiej podstawie tak czynią. Opanowujemy umiejętności, nie znając zasad ich funkcjonowania. (Gramatycy, badając językowe praktyki, odkrywają reguły, i liczne od nich wyjątki, rządzące danym językiem potocznym, z istnienia których sami rodzimi użytkownicy nie zdają sobie sprawy – o ile nie uczono ich gramatyki w szkole).

Taką samą naturę ma proces socjalizacji wtórnej, po przejściu którego jednostka staje się naukowcem. Uczeń obserwuje eksperymenty demonstrowane przez nauczycieli, wysłuchując przy tym opisów tego, co się dzieje. Zaczyna się od najprostszych wzorcowych przykładów, takich jak – na lekcji fizyki – staczanie się kulki z równi pochyłej czy ruch wahadła w postaci niewielkiego ciężarka zawieszonego na lekkiej i prawie nierozciągliwej nici. Potem uczeń część eksperymentów przeprowadza, według otrzymanych instrukcji, samodzielnie – a nauczyciele oceniają poprawność stosowanych procedur i sposobu opracowania wyników. Jednocześnie uczeń jest zapoznawany z teoretycznymi wyjaśnieniami przebiegu eksperymentów. Nauczyciele rozwiązują wzorcowe zadania, znów od najprostszych zaczynając, a uczeń próbuje rozwiązać kolejne przez analogię z tamtymi. Ten, kto pozna i zrozumie udane zastosowania panujących w danym czasie teorii, łącznie – w pewnej dziedzinie – z najnowszymi, zyskuje szanse na zostanie badaczem.

 

W naukach społecznych eksperymentowanie odgrywa rolę raczej marginalną (choć wiele eksperymentują np. behawioryści). Tam kluczową rolę odgrywają opisy pewnych wzorcowych sytuacji, zachowań ludzi w takich to a takich okolicznościach. Uczniowie są zapoznawani z tymi opisami, po czym oczekuje się od nich, że sami dokonają analogicznego opisu sytuacji pod pewnymi względami analogicznych. Prowadzone w tej książce rozważania nie będą dotyczyły procedur badawczych stosowanych w naukach społecznych, a tym bardziej w humanistyce. Czy, po odpowiednich modyfikacjach, uzyskane tu wyniki pozwolą lepiej zrozumieć zmiany dokonujące się w psychologii, socjologii bądź kulturoznawstwie, nie da się rozstrzygnąć bez przeprowadzenia systematycznych badań – których ja przeprowadzić bym nie potrafił.

Kształcenie przyszłych naukowców opiera się na podręcznikach, zarówno przedstawiających aktualny stan wiedzy w danej dyscyplinie (lub poddyscyplinie), jak i zawierających zadania do samodzielnego rozwiązania. Objaśniane jest to wszystko w trakcie wykładów, a pomoc w rozwiązywaniu zadań student/ka otrzymuje na ćwiczeniach. Dochodzą do tego zajęcia w pracowniach czy laboratoriach. Ci, którzy pomyślnie przejdą przez taki proces edukacji, zaczynają – zwykle w okresie pracy nad doktoratem – czytać artykuły w czasopismach fachowych, dzięki czemu zyskują rozeznanie w prowadzonych aktualnie badaniach, a także wzorce do naśladowania w trakcie badań własnych.

W całym tym procesie kształcenia przyszłych badaczy – analogicznie do procesu wdrażania w używanie języka rodzimego – nie wyjaśnia się, czym jest nauka, jak się ją uprawia, jaka jest natura twierdzeń naukowych (które są analityczne, które syntetyczne a posteriori, a które być może syntetyczne a priori), jakie są kryteria akceptacji hipotez lub teorii itd. Nie mówi się więc o kwestiach, na których skupia się uwaga filozofów nauki. Tak wykształceni naukowcy intuicyjnie odróżniają dobrą pracę badawczą od złej, choć zwykle nie potrafią w sposób jasny i wyczerpujący powiedzieć, na czym dobra praca badawcza polega. A potem kształcą swoich następców tak, jak ich niegdyś kształcono.

Ma to ważne konsekwencje. Skoro opanowany język kształtuje sposób, w jaki postrzegamy świat i w jaki o świecie myślimy, to rodzimi użytkownicy niemal nie zauważają jego istnienia. Traktują język, w którym wyrośli, jako coś najbardziej naturalnego i oczywistego, a nie jako coś społecznie skonstruowanego, co mogłoby być inne. Podobnie młodzi naukowcy, którzy przeszli proces naukowej edukacji – profesjonalnej tresury – postrzegają potem świat i myślą o świecie w bardzo szczególny sposób. A tego sposobu nie traktują jako apriorycznej – i prowizorycznej – podstawy badań, ale uważają go za zwierciadlany obraz świata. Zwykle mówią: „W atomach elektrony krążą wokół jąder”, a nie: „W modelu atomu takim a takim elektrony krążą wokół jąder”.

Jednostka nie ma nigdy, lub prawie nigdy, świadomości kolektywnego stylu myślenia, który prawie zawsze wywiera bezwzględny przymus na jej myślenie i wbrew któremu niczego nie można pomyśleć (Fleck 1935a, II.4).

Pomyślmy o badaniach chemicznych. Lavoisier w swoim laboratorium przeprowadza eksperymenty z substancjami i konkluduje, że przy spalaniu zachodzi to a to. Nie mówi, że innym razem mogłoby zdarzyć się coś innego. Trzyma się określonego obrazu świata, którego naturalnie nie wynalazł, lecz nauczył się go jako dziecko. Mówię obraz świata, a nie hipoteza, stanowi on bowiem oczywistą podstawę jego badań i jako taki nie jest też wysłowiony (Wittgenstein 1969, § 167).

1.3. UWAGI WSTĘPNE: Fizyczne obrazy świata i związane z nimi programy badawcze

Przejdźmy do stylów myślowych, jakie spotykamy w najbardziej podstawowej z nauk przyrodniczych, w fizyce (a do pewnego stopnia w chemii czy w biologii). Oparte są one na przekonaniu, że choć wszystko nieustannie podlega zmianom, to dzieje się to zgodnie z niezmiennymi prawami, w ramach których jedne rzeczy czy procesy wytwarzają inne rzeczy lub procesy. Prawa to formuły określające niezmienne związki między wartościami zmiennych w tych prawach występujących. Te zmienne określają, z czego – zgodnie z daną teorią – zbudowany jest świat. Prawa stosuje się, szukając takich teoretycznych opisów zjawisk, aby w tych opisach prawa były spełnione (w takim sensie, w jakim funkcja matematyczna spełnia równanie różniczkowe). Jeśli obserwacyjne konsekwencje tych opisów zgadzają się z wynikami eksperymentów, to prawa znajdują udane zastosowania.

Udanym zastosowaniem możemy też nazwać podanie pełnego nomologiczno-dedukcyjnego schematu wyjaśniania (Hempel 1965, rozdz. 5). Zgodnie z tym schematem wyjaśnienie wyników doświadczeń opisanych przez zdania O1, O2, …, Oo polega na wykazaniu, że te zdania wynikają z koniunkcji praw przyrody P1, P2, …, Pm i warunków teoretycznych W1, W2, …, Wn opisujących – zwykle ukryte przed eksperymentatorem – własności składników badanych układów, ich stany początkowe itd. Prawa przyrody znamy przed przystąpieniem do dociekań – choć nie wiemy, czy są to wszystkie prawa, jakim podlega badane zjawisko. Część teoretycznych warunków zwykle też znamy na podstawie dotychczasowych udanych zastosowań programu badawczego – choć nie wiemy, jak wiele pozostaje do odgadnięcia. Dlatego każde nowe udane zastosowanie jest też odkryciem – odkryciem nowego prawa lub nieznanego wcześniej warunku teoretycznego.

Rdzeń fizycznego obrazu świata powstaje ze zsumowania wszystkich udanych zastosowań znanych i akceptowanych praw. Między tymi zastosowaniami zachodzą związki zarówno pionowe, jak i poziome. „Pionowymi” nazwę spełnianie tych samych praw. Związki „poziome” polegają na tym, że jeśli dany obiekt lub rodzaj obiektu występuje w różnych zastosowaniach, a nic nie wiadomo o tym, by zmiana okoliczności wpływała na takie czy inne jego własności, to własność ustaloną w jednym zastosowaniu przypisuje mu się w zastosowaniach pozostałych (zob. np. uwagi o sprężystych własnościach skręcanego drutu czy o utracie ładunków przez naelektryzowane kulki w eksperymentach Coulomba wspomnianych w następnym paragrafie).

Naukowy obraz świata ma zawsze oczywiste dla swych użytkowników luki – co przeobraża go w program badawczy. Kieruje on naukowców do badań i badania te ukierunkowuje na wypełnianie uświadamianych luk. O jakie luki chodzi?

Po pierwsze, wszystkie wyniki eksperymentów obarczone są błędami, statystycznymi i systematycznymi. Błędy statystyczne szacuje się, powtarzając pomiary i porównując, w standardowy sposób, ich wyniki. Obowiązkiem naukowca jest ocena błędów systematycznych przez szukanie w ramach obrazu świata wszelkich czynników, które – zgodnie z posiadaną wiedzą – mogły zakłócić przebieg eksperymentu. Jest zawsze możliwe, że pewne zakłócające czynniki są wciąż nieznane. Gdy zostają odkryte, część wyników eksperymentów przeprowadzonych wcześniej zostaje poprawiona lub powtarza się te eksperymenty, izolując układ przed wpływem nowo odkrytych czynników. Po drugie, niemal wszystkie obliczenia, jakich w naukach się dokonuje, są przybliżone. Wciąż się je uściśla, zarówno przechodząc do „coraz dalszych miejsc po przecinku”, jak i uwzględniając coraz więcej czynników, które wpływają na przebieg danego zjawiska, by wprowadzić stosowne poprawki.

Liczne badania eksperymentalne i teoretyczne planuje się przez analogię z udanymi badaniami już przeprowadzonymi. Skoro ustalono np. ciepło właściwe pewnych substancji, to bada się ciepło właściwe wielu innych (na początek tych, z którymi ma się często do czynienia, potem coraz rzadziej spotykanych, a proces ten nie ma naturalnego końca). O takich badaniach Kuhn pisał: „Być może najbardziej uderzającą cechą normalnych problemów badawczych […] jest to, w jak niewielkim stopniu mają one na celu osiągnięcie czegoś zasadniczo nowego, pojęciowo bądź doświadczalnie” (1962, rozdz. IV). Formułował jednak te uwagi jako swoisty zarzut w stosunku do normalnych naukowców, podczas gdy z punktu widzenia założeń leżących u podstaw niniejszej książki inaczej być nie może. By czegoś szukać, trzeba wiedzieć, czego się szuka.

Najważniejsze – i bynajmniej nie trywialne, również w okresie Kuhnowskich badań normalnych – są prace zmierzające do włączenia kolejnych zjawisk do zakresu udanych zastosowań programu badawczego.

Badania naukowe charakteryzują się wielką systematycznością. Hoyningen-Huene (2013) podniósł systematyczność do rangi kryterium naukowości badań: „Wiedza naukowa różni się od innych rodzajów wiedzy, a w szczególności od wiedzy potocznej, przede wszystkim tym, że jest bardziej systematyczna” (2008). Myślę, że trafił w sedno. On jednak używa słowa „nauka” (Wissenschaft) w bardzo szerokim sensie, obejmującym nauki przyrodnicze, społeczne, a także np. literaturoznawstwo, ja natomiast w tej książce piszę tylko o fizyce.

Naukowa systematyczność polega, z mojego punktu widzenia, po pierwsze na tym, aby w każdej dziedzinie zaczynać badania od zjawisk najprostszych – a przynajmniej takich, które wydają się najprostsze. Po drugie na tym, aby przeprowadzać zawsze wiele eksperymentów, w których te same obiekty lub rodzaje obiektów występują w rozmaitych konfiguracjach – co pozwala przypisać im odpowiednie własności teoretyczne, a także uwiarygodnia uzyskane rezultaty. W miarę zdobywania wiedzy w danej dziedzinie przechodzi się, krok po kroku, do badań nad zjawiskami bardziej złożonymi. Nieustannie, o czym już była mowa, uściśla się wszelkie wartości już zmierzone, a do obliczeń wprowadza się, w miarę postępów badań, kolejne poprawki. Jeśli udanie zbadano pewne obiekty czy procesy, podejmuje się podobne badania dotyczące obiektów czy procesów jakoś tamte przypominających. Używam tu samych ogólników, ale sens obecnych uwag stanie się jasny w miarę lektury historycznych partii tej książki.

Chciałbym szczególnie podkreślić jedną funkcję systematyczności, która ma kluczowe znaczenie dla rozwoju wiedzy, a zwykle w tekstach z zakresu metodologii i filozofii nauki jest ignorowana. Powiada się, że np. promienie X czy penicylina zostały odkryte za sprawą szczęśliwego przypadku. Takie opinie są mylące. Po pierwsze, aby dokonać tego rodzaju odkrycia, niezbędny jest umysł należycie przygotowany – który będzie w stanie rozpoznać, że ma do czynienia z czymś, co nie mieści się w ramach zastanego obrazu świata. Po drugie, systematyczność badań przesądza o tym, że w pewnych sytuacjach niedokonanie odkrycia powinno się określić mianem (niefortunnego) przypadku. Jeśli rzucam na oślep kamieniem, to jest mało prawdopodobne, że wpadnie on do znajdującego się nieopodal dołka. Ale piasek niesiony przez wiatr nieubłaganie wypełnia wszystkie zagłębienia, jakie napotka na swej drodze (porównanie to przejąłem od Flecka). Skoro naukowcy przeprowadzają tysiące eksperymentów, badają pod pewnym względem wszystko, czym tylko dysponują i na wszelkie sposoby, jakie znają, to z czasem staje się mało prawdopodobne, by któryś nie dokonał odkrycia, które mogło być dokonane z uwagi na dostępne w danym czasie przyrządy laboratoryjne, posiadaną już wiedzę teoretyczną, a wreszcie problematykę badawczą skupiającą na sobie uwagę dostatecznie wielu uczonych.