13 июля 2013 в 05:44

Наблюдения и Наука

Несколько последних постов позволили сформулироваться точке зрения, но чтобы она не выглядела «взятой с потолка», нужно сделать небольшой экскурс в историю. Пройтись во самым вехам, не сильно углубляясь в детали.

Итак, начнём с древнегреческой науки — с Аристотеля и Птолемея. Устройство мира было достаточно простым и логичным:
  • существует Центр Вселенной, в котором находится Земля,
  • все предметы стремятся занять своё «изначальное место». Для «тяжелых» предметов таким местом является Центр Вселенной, для дыма и ему подобных — это Небо. Как следствие, все предметы потому и падают, что стремятся к Центру.

Не стоит думать, что такая картина мира была чересчур наивна или плохо соответствовала наблюдаемым фактам того времени. Ученые той эпохи прекрасно могли интерпретировать свои наблюдения, и, к примеру — шарообразность Земли им уже была известна. Благодаря множеству фактов — как выглядит лунное затмение, разница в положении Солнца в одно и тоже время в разных городах, наличие горизонта и его изменение с увеличением высоты точки наблюдения и т.п. — всё это не только позволило понять, что Земля — шар, но и весьма точно вычислить её размер.

Планеты, конечно же, были известны тоже. Но как звёзды, которые почему-то двигаются не с вместе с остальным небосводом, а по своим собственным хитрым траекториям. Почему так — было не понятно, но это не помешало построить весьма хорошую модель их движения — все планеты двигаются по окружностям вокруг Земли, при этом одновременно двигаясь по сферам меньшего диаметра. Эта конструкция позволяла давать предсказания положения этих планет с необходимой для потребностей того времени (например, для навигации и астрологии) точностью. Само описание этой модели было дано Птолемеем в его Альмагесте.

Так вот, этих знаний и представлений об окружающем мире хватило практически аж на более, чем на тысячелетие. По большому счёту, ничего такого существенного не происходило в мире, что бы не укладывалось в эту систему знаний. Также заметим, что эта система не противоречит нашему интуитивному представлению об окружающем мире — неподвижная Земля в центре мира, всё вокруг неё вертится.

К сожалению, в средние века, с постепенным накоплением наблюдений, с усовершенствованием методики измерений появились факты, которые почему-то не укладывались в эту систему. Повышение точности измерения координат планет приводило к тому, что планетам «приходилось» двигаться по всё большему количеству окружностей, или иногда сферам приходилось пересекаться. Это само по себе было несколько «неестественно», хотя и не предоставляло большой проблемы. Однако, в какой-то момент, благодаря работе Коперника, (хотя эта идея возникала и раньше) идея перенести Центр мира в Солнце начала получать распространение. Её достоинствами являлись достаточно прагматические вещи — она позволяла, например, более просто рассчитывать координаты планет, чем геоцентрическая модель. Кроме того, планеты начинали двигаться «только вперёд», без этих малопонятных остановок и даже движений в обратную сторону, как это было в системе Птолемея/Аристотеля.

Но одного лишь «практического удобства» для смены парадигмы мало — настоящий переворот в сознании случился десятилетиями позже — уже благодаря уточнённым астрономическим данным, полученным Тихо Браге, и работам Кеплера, который смог дать им интерпретацию. Кеплер заметил, что все эти данные укладываются в модель, в которой Солнце находится в центре, а планеты двигаются по эллиптическим (а не по более «естественным и натуральным» круговым!) орбитам, причём Солнце должно находиться в одном из фокусов эллипса (в фокусе, а не в геометрическом центре эллипса!). Более того, им были подмечены другие закономерности в движениях планет (всё вместе — это три закона Кеплера), которые позволяли рассчитывать их координаты с гораздо более высокой точностью.

Вот на эту часть я хочу обратить отдельное внимание — именно благодаря наблюдениям и появлению новых данных, которые не укладывались в доминирующую на тот момент модель — и появилась новая теория, которая смогла непротиворечиво объяснить эти новые факты. Второй же момент — это то, что окружающий мир (почему-то) оказался совсем не интуитивным или идеальным — планеты не двигаются по окружностям, Земля не располагается в центре, да и сам закон может иметь неочевидную формулировку вида «квадраты периодов обращения планет соотносятся, как кубы больших полуосей их орбит». Всё это неважно, а важно то, что это почему-то работает.

Далее, прошло ещё несколько десятилетий — и, благодаря качественно новому математическому аппарату (то, что сегодня называется «интегральное и дифференциальное исчисление»), Ньютон смог сделать очередной шаг — он смог математически описать, как действует гравитация на тела и вывести все три закона Кеплера как прямые следствия из своего закона гравитации. Даже более того — так как теперь стало ясно, что и планеты притягиваются между собой — это позволило ещё больше минимизировать разницу между наблюдаемыми координатами и расчётными (и, между делом, открыть новую планету!).

Триумф? Величайший триумф. Но не надолго.

Опять же, к сожалению, всё новые знания накапливались в результате наблюдений. В частности, точные измерения времени выхода спутников Юпитера из его тени (а они почему-то иногда выходили не тогда, когда должны были, а с задержкой) — не имели объяснения. Однако, они привели к мысли, что свет проходит расстояния не мгновенно, а с некоторой ограниченной скоростью (хоть и весьма высокой по земным меркам). Это, мягко говоря, странно, непривычно, опять же — контр-интуитивно и непонятно зачем нужно. Само по себе это было бы просто забавным фактом, если бы (сильно) позже не выяснился ещё более дикий по странности факт: скорость света не меняется, даже если мы движемся относительно его источника с какой-то скоростью (например, приближаемся или удаляемся от него)! Это не только входит в противоречие со здравым смыслом (не говоря уже об интуиции), это прямо противоречит ньютоновской механике — которая уже показала свою эффективность и универсальность — что при изучении движения космических тел, что при расчётах, необходимых для постройки моста, двигателя или многоэтажного здания.

Конечно, благодаря работам Лоренца, Пуанкаре и Эйнштейна была построена совершенно новая физика, которая смогла описать эти явления. То есть, если раньше мы думали, что окружающий мир работает по каким-то «странным» ньютоновским законам, которые постулируют нечто такое, что отличается от нашего каждодневного опыта (например, что движущее тело будет двигаться постоянно в том же направлении, а мы-то знаем, что такого не бывает, что все тела останавливаются сами собой), то теперь уже эти законы выглядят как образец стройности, простоты и порядка. Почему же от них пришлось отказаться? По той же самой причине — выводы, сделанные на их основе, входят в противоречие с наблюдаемыми явлениями. И ладно бы, если «странные» явления проявлялись в какой-то одной или ограниченной области физики. Нет, теперь (когда стало ясно, куда надо смотреть, чтобы наблюдать аномалии) практически любой обыденный опыт является, при ближайшем рассмотрении, ложным:
  • постоянство массы? Ложь. Движущиеся относительно нас тела становятся тяжелее.
  • эквивалентность одновременности разных событий? Ложь. События, одновременные в одной системе отчёта, могут не являться такими в других системах.
  • неизменность течения времени? Ложь. Все процессы в движущихся относительно нас телах замедляются.

Такие эффекты ещё не кажутся странными и удивительными? Это значит, вы ещё не рассматривали те явления, которые относятся к микромиру, например:
  • единичный фотон, пролетая сквозь щели, умудряется пролететь сквозь все из них одновременно, заодно проинтерферировав сам с собой. Это отдаёт каким-то шулерством и махинациями, и первая реакция — «не может быть!», но эффект от этого никуда не девается.
  • покоящиеся частицы не имеют «координат» в привычном нам представлении. То есть вообще. Грубой аналогией этому является попытка представить частицу как туман, неравномерно распределённый по всей вселенной — в каких то местах он сильно гуще, в каких-то наоборот. Для такого «тумана» бессмысленно интересоваться его точными координатами, вот и с частицами так же.
  • частицы могут превращаться друг в друга. Или исчезать полностью (столкнём совершенно стабильный электрон с совершенно стабильным позитроном — в результате пропадут оба, породив фотоны). Или возникать «из ничего» (обратный процесс, рождение электрон-позитронных пар в сильном электромагнитном поле) — лишь бы законы сохранения не нарушались.
  • кроме электромагнитных и гравитационных сил, в микромире активно проявляются ещё две — сильное взаимодействие (которое умудряется удерживать положительно заряженные протоны в атомном ядре и не даёт им разлетаться) и слабое, которое отвечает за некоторые виды распада.
  • … и т.д, так как, по сути, любой квантовомеханический эффект идёт в разрез с классической механикой, к которой все привыкли в обычном мире.

К чему это всё я подвожу? К нескольким достаточно банальным мыслям. Во-первых, рассуждая о неких физических явлениях, не надо апеллировать к «здравому смыслу» или к «естественности/неестественности» какой нибудь теории. Как показывает история, законы окружающего мира имеют мало общего с этими человеческими понятиями. Во-вторых, наука — это не такой особый вид лотереи, где разные учёные, лёжа на диване, выдвигают свои мысли о мироустройстве (насколько у кого хватит фантазии), а потом кто-то срывает джек-пот в виде Нобелевской премии. Если хочется поделиться с миром своей новой теорией, нужно быть готовым ответить на некоторые вопросы:
  • чем именно плоха существующая теория (например: не может объяснить такие-то явления, противоречит вот этим фактам, не подтверждается вот таким вот экспериментом, и т.п. Аргумент «а у меня от неё тошнота» не принимается),
  • чем именно лучше новая теория (например: выводы теории точнее согласуются с экспериментом, либо предсказывают какой-то новый эффект, либо позволяют обобщить какие-то разнородные явления в рамках единой модели, и т.п.),
  • как именно теория формулируется. Да, от слова «формула». Нет формул — значит, нет модели, и никакое количество картинок (даже красивых!) эту ситуацию не изменит. И птолемеевская небесная механика, и ньютоновская, и релятивистская, или например электродинамика — все они поддаются переводу на язык формул, почему же ваша теория этого не делает?
Василий Тицкий @qehgt
карма
71,0
рейтинг 0,0
Самое читаемое

Комментарии (47)

  • –48
    Хороший текст, кстати. Но боюсь, что аудитория Хабра, вследствие ее ограниченности, понять его не слишком способна.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • –12
        Скорее комментарий человека, достаточно трезво оценивающего уровень аудитории Хабра после отмены регистрации по инвайтам ;)
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          • +2
            Проще уже никак не получалось. Даже формул нет.
        • +2
          Я что-то пропустил? Выход из ридонли (и, соответственно, возможность писать комментарии) только по инвайтам все еще.
          • –7
            Ну во-первых я о аудитории вообще, а не только о тех, кто считает проявлением своей позиции анонимно поставить минус комментарию, автор которого не восхищен их талантом и скрытой гениальностью, и имеет наглость не хвалить и не восхищаться ими.
            Во-вторых — плюсы в карму, позволяющие писать и ставить «минусы», уже довольно давно продаются и покупаются. Или вы никогда не видели мемберов, с нулевым числом комментариев и постов, но с +20-30 в карме?
            • +6
              Я всегда считал, что такие люди просто скрыли все свои посты. Или действительно куплено? о_О
              • +1
                С тех пор, как посты на Хабре стали бизнесом (я не только про корпоративные посты) — «нет ничего невозможного».
                • +1
                  Ну, собственно, вы правы. Беглое гугление «хабр купить инвайт» и «хабр накрутка кармы» находит и предложения о продаже инвайтов, и о накрутке рейтинга и кармы.

                  И цены-то нормальные — от $70 за инвайт, 3.5$ за + к карме
                  • 0
                    Я именно потому и не приводил никаких «пруфлинков», потому что мне это все активно не нравится, и я бы не хотел, чтобы скрипткидди, которые не осилили погуглить, помчались себе накручивать карму одним щелчком по ссылке.
    • +2
      Комментарий-самоубийца :)
      В любом случае, я думаю, на хабре хотя бы в количественном выражении людей, способных понять текст, достаточно много, чтобы писать такие топики.
      • –2
        Это был комментарий, когда оценка поста была — 4 минуса и мой один плюс.
        И я рад, что многих спровоцировал все же прочитать и «из вредности» поплюсовать текст (ну все же мы знаем маленькие хитрости оперирования хабрастадом ;)
  • +2
    «Здесь я хочу указать на другое в равной степени удивительное явление — непостижимую неэффективность философии.»
    Стивен Вайнберг

    Но если говорить строго, начиная с Ньютона у вас большие пробелы в излагаемом материале.
    • +3
      Так это же не «краткая история физики», а просто попытка показать, что физические законы часто противоречат интуитивному представлению об окружающем мире. Причём с этим столкнулись не в XX веке, а сталкивались на всём протяжении её развития.
      • +8
        Так я и не говорил об истории физики. НО, если делается какой-то вывод и тем более на его основе дается практическая рекомендации, то его предпосылки должны быть обсосаны и рассмотрены с максимальной тщательностью. Вы же выкинули сильно важный кусок и как итог получили искаженную картину. К примеру еще Кассини в 1675 году предположил конечность скорость света, а в 1676 году уже было получено подтверждение этому, до «Математических начал натуральной философии» Ньютона еще 10 лет! А до начала XX века и того больше.

        И к работе Максвелла скорость света была уже как-то известно. Собственно равенство скорости света и скорости распространения электоромагнитных волн натолкнуло на мысль, что это де суть одно и тоже. Революции вызвал совершенно иной факт — независимость этой скорости от выбора системы отсчета, что входило в противоречие с принципом относительности Галилея. Уже сам принцип далек от обыденного? Почему? На этот вопрос можно найти ответ сравнивая труды Галилея, Ньютона и Аристотеля.

        А если мы копнем еще глубже и посмотрим на то, как обрабатывались результаты экспериментов и наблюдений… То не все так просто, вывод у вас в целом правильный, но вот рекомендация в целом неверна.
        • +2
          «Наблюдения за спутниками Юпитера» — это и есть Кассини.
          • 0
            Етить-колотить, тогда почему стоят в обратном хронологическом порядке?
            • 0
              Они не в обратном. Сначала рассказывалось про одно явление, потом — про другое.
              • +1
                Триумф? Величайший триумф. Но не надолго.

                Опять же, к сожалению

                М?
    • 0
      там материала настолько много, что… Да, собственно, между Ньютоном и Эйнштейном пролегают 4 тома по 500 страниц только общей физики.
      А так всё сказано верно, вдаваться в подробности нужды нет.
  • –1
    Эмм, а критерий фальсифицируемости где?
    • +1
      К слову сказать, принцип фальсифицируемости, выдвинутый Поппером, на самом деле по сути не сильно отличается от прицнипа верифицируемости позитивистов. Нахождение подтверждений и опровержений неразрывно связанные процессы. Стоит их рассматривать вместе, по отдельности они не особо состоятельны.
      • 0
        Так тут ни того, ни другого.
        • 0
          Полностью с Вами согласен, просто, как я и написал, к слову пришлось=)
          • +2
            Забавно, что «критерий фальсифицируемости Поппера» сам не проходит проверки этим же критерием :)
      • 0
        Исторически Поппер выдвинул принцип верифицируемости как раз в полемике в позитивистским принципом верифицируемости, показав его недостаточность.
        • +2
          Это понятно, он как никак постпозитивистом был. Данный исторический факт не меняет того, что ему также присущи недостатки. Проблема как раз в том, что он прицнип верифицируемости раскритиковал и отбросил. Сейчас у меня нет под рукой материала, где данная мысль изложена в более-менее краткой форме, но если Вам интересно, я могу поискать и скинуть его Вам, либо привести соответсвующие доводы.
          • 0
            Хм. Может быть я ошибаюсь, но мне казалось, что с тех пор верифицируемость с фальсифицируемостью ходят парой и дополняют одна другую. Лично мне разумной кажется именно комбинация этих двух принципов.
            • +1
              Было бы правильно сейчас, конечно, обратиться к трудам самого Поппера, но, наверное, в нашей беседе мы можем обойтись пока более простыми средствами. Так же, чтобы облегчить себе задачу, я просто укажу, что на этот вопрос не существует единого мнения. Ваша точка зрения встречается в статье про самого Поппера
              Представители логического позитивизма в качестве критерия демаркации науки и не-науки выдвинули принцип верификации. Поппер показал необходимость, но недостаточность этого принципа, и предложил в качестве дополнительного критерия демаркации метод фальсифицируемости: только та теория научна, которая может быть принципиально опровергнута опытом.

              А в статье уже про фальсификационизм Поппера несколько другая точка зрения
              На основании этой «асимметричности» провозглашена замена «принципа верификации» (то есть положительно осуществляемой проверки, иначе говоря, подтверждения), провозглашаемого логическими эмпиристами, принципом «фальсификации» (то есть столь же реально осуществляемого опровержения)

              Все мы знаем, что википедия не самый надежный источник знаний, но, например, данное высказывание
              Научное познание и философия науки опираются на две фундаментальные идеи: идею о том, что наука способна дать и даёт нам истину, и идею о том, что наука избавляет нас от заблуждений и предрассудков. Поппер отбросил первую из этих идей и положил в основу своей методологии вторую[3].

              уже идет с ссылкой на источник.
              ↑ 1 2 Введение в философию: Учеб. пособие для вузов / Авт. колл.: Фролов И. Т. и др. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Республика, 2003. — 623 с. ISBN 5-250-01868-8

              Мое виденье данного вопроса опирается на знания полученные в ходе курса лекций нашего преподавателя профессора Аль-Ани Намир Махди, д.ф.н, его точка зрения совпадает с высказанной мной ранее. Его бы я с радостью и процитировал, но, к сожалению, доступ к его материалам появится у меня в лучшем случае ближе к концу недели.
  • 0
    На данную тематику ещё советую почитать Брайана Грина. Как пример, его «Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности». Он там как раз рассматривает подобные открытия/теории, которые, казалось бы, противоречат здравом смыслу.
    • 0
      Ну а если что-то посерьезнее научпопа, но в пределах понимания простых смертных — www.ozon.ru/context/detail/id/4573997/
  • +5
    Не нравится мне это всё… Пойду-ка выпью излучения.
  • +6
    Добавлю ссылки, которые могут быть не безынтересны тем кто интересуется основами науки и рациональным мышлением:

    1) lesswrong.ru — это сайт с переводами статей Елизера Юдковского (американский специалист по искусственному интеллекту, исследующий проблемы технологической сингулярности) посвященных рациональному мышлению и преодолению когнитивным искажений.

    2) Гарри Поттер и Методы Рационального Мышления — а это перевод фанфика по Гарри Поттеру, написанному Юдковским же, для популяризации и донесения до широких масс методов рационального мышления. Очень рекомендую. Я даже не знаю что там лучше — наглядные примеры рационального мышления и применения научного метода, или же сюжет.

    Собственно основные мысли, современные научные методы и так далее, сейчас Юдковский излагает именно в своем фанфике.
  • 0
    Проблема иногда в том, что учёные, бывает, говорят, что с теориями у них всё отличненько, и ничего менять и не надо, так, мол, уточним пару-тройку коэффициентов, откроем ещё пару-тройку частиц, остальное достроим по аналогии — и полная картина мира у нас в кармане.
    • 0
      Вы называете это проблемой, то есть это плохо, но что же в этом плохого не очень понятно. Если новая эволюционно полученная теория теперь описывает случаи, которые не описывала старые, то в чем проблема?
      • 0
        Почему если проблема, то плохо?
        • 0
          Потому, что когда нет проблем, тогда хорошо=). А если серьезно, в чем тогда по Вашему был посыл комментария? Имеется ввиду отношение автора комментария именно к такому поведению ученых.
          • 0
            От решения проблемы можно получить удовольствие.А если она плохо — то удовольствия нет.
    • 0
      И почему это проблема?
      • 0
        Наверно потому, что так уже было, и окончилось научной революцией в начале-середине 20 века, после которой в очередной раз оказалось, что все совсем не так!!!
        • 0
          Тут дело в том, что при этой революции классическую мезанику Ньютона никто не расстреливал, а просто очертились границы её применимости. Ну и насчет очередного раза, общепринятыми являются всего два переломных момента в науке.
  • –1
    Отсюда следует еще один вывод — на всех этапах развития науки, знание всегда было неполным и формировало в головах тех, кто его касался, некий научный миф. Сейчас ситуация точно та же что и при древних греках, только наш научный миф позволяет ракеты запускать, а грекам приходилось довольствоваться только рычагами да насосами. Но насколько мы близки к пониманию сути явлений, нас окружающих, этого видимо никто не знает. И тут встает вопрос, насколько картина мира рационально мыслящего материалиста вернее, чем картина мира религиозного и мистически настроенного человека? Я хоть сам и атеист, но этот вопрос частенько себе задаю.
    • +1
      насколько картина мира рационально мыслящего материалиста вернее, чем картина мира религиозного и мистически настроенного человека?

      Вы хоть вроде и не религиозны, но занимаетесь абсолютно ненаучной и нелогичной постановкой вопроса: у вас в вопросе отсутствует определение понятия «вернее», как и единицы измерения. А это уже просто балаболство, очередное ля-ля-ля и философия на песке, и получается, что вопрос сам по себе откровенная глупость, поскольку не имеет под собой никакого фундамента.
  • 0
    Позвольте несколько дополнить ваши выводы.

    Еще, кажется, Фейнман говорил, что понять — это значит привыкнуть и научиться пользоваться.
    Если все собеседники обладают достаточными знаниями и опытом в обсуждаемых областях науки, то апелляция к «здравом смыслу» и «естественности» — вполне нормальное явление. Потому что для этих собеседников прохождение одного электрона сквозь два отверстия с последующим интерферированием с самим собой — естественно. А, скажем, создание черной дыры внутри Большого адронного коллайдера — чушь, противоречащая здравому смыслу.

    Чтобы новая теория получила общественное признание в качестве теории, а не почила на кладбище гипотез, она обязательно должна предсказать ранее неизвестные явления. В противном случае весьма непонятно, зачем консервативному научному обществу эта теория нужна.
  • 0
    [..] без этих малопонятных остановок и даже движений в обратную сторону, как это было в системе Птолемея/Аристотеля [..]

    Сам же чуть выше говорил — «по окружностям вокруг Земли, при этом одновременно двигаясь по сферам меньшего диаметра», так, что — не было никаких «малопонятных остановок и движений в обратную сторону» для древних — все было логично ;-))

Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.