Философские основания физики




страница1/19
Дата17.06.2016
Размер4.01 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Философские основания физики

Карнап Р. Философские основания физики.

Введение в философию науки.- М.: Прогресс, 1971.-390с.- С.33-381.

Нумерация в начале страницы.

Rudolf Carnap

PHILOSOPHICAL

FOUNDATIONS

OF PHYSICS

AN INTRODUCTION TO THE PHILOSOPHY OF SCIENCE

Edited by Martin Gardner

Basic Books, Inc.

Publishers New York, London

Рудольф Карнап

ФИЛОСОФСКИЕ

ОСНОВАНИЯ

ФИЗИКИ

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА



Эта книга возникла из семинарских занятий, которые я много раз проводил, меняя их содержание и форму. Семинар носил название «Философские основания физики» или «Понятия, теории и методы физических наук».

Хотя его содержание часто менялось, общая философская установка оставалась постоянной. В курсе особое внимание уделялось скорее анализу понятий, утверждений и теорий науки, чем метафизическим спекуляциям.

Мысль об опубликовании основного содержания моих семинарских бесед (скорее неформальных) была высказана Мартином Гарднером, который посещал мой курс в Чикагском университете в 1946 году. В 1958 году он спросил меня, существует ли машинописный текст семинарских бесед или может ли он быть подготовлен. В таком случае он предлагал отредактировать его для издания. Я никогда не имел машинописного текста своих лекций и семинарских бесед и не хотел тратить время на их написание. Но случилось так, что именно этот курс был объявлен на следующий семестр, на конец 1958 года, в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Предполагалось, что мои беседы и дискуссии будут записаны на магнитофон. Сознавая огромную дистанцию между устным словом и формулировками, подходящими для публикации, я сначала довольно скептически отнесся к этому плану. Но друзья убедили меня сделать это, потому что большая часть моих взглядов

34


по проблемам философии науки не была опубликована в печати. Решающую поддержку оказала моя жена, которая добровольно записала на магнитофон целый семестровый курс и расшифровала его. Она оказала мне неоценимую помощь также при завершении работы над книгой. Этой книгой я многим обязан ей, но ей не пришлось увидеть ее опубликованной: она не дожила до этого дня.

Исправленный вариант машинописного текста был послан Мартину Гарднеру, который взялся за трудную задачу редактирования, выполнив ее с большим искусством и чувством. Он не только улучшил стиль книги, но нашел пути для того, чтобы облегчить читателю ее чтение посредством переделки и улучшения некоторых разделов, приведения новых примеров. Главы книги по несколько раз пересылались от меня к редактору и обратно. Время от времени я делал обширные изменения и добавления или предлагал сделать их Гарднеру. Хотя семинар предназначался для аспирантов по философии, знакомых с символической логикой и обладавших некоторыми познаниями по математике и физике в объеме колледжа, мы решили сделать книгу доступной для широкого круга читателей. Поэтому число логических, математических и физических формул было значительно сокращено, а оставшиеся формулы там, где это казалось желательным, были подробно объяснены.

В этой книге не делается попытки дать систематическое изложение всех важных проблем в области философских оснований физики. В моих семинарах — а следовательно, и в книге — я предпочел ограничиться небольшим числом фундаментальных проблем (которые указываются в заголовках шести частей книги) и обсудить их более подробно, чем поверхностно обсуждать множество других вопросов. Большинство тем, излагаемых в настоящей книге (за исключением части III о геометрии и главы 30 о квантовой физике), относятся ко всем областям науки, включая биологию, психологию и социальные науки.

Прежде всего я должен поблагодарить моего верного и способного сотрудника Мартина Гарднера. Я очень признателен ему за превосходную редакцию, а также за его неизменное терпение, когда я долго задерживал некоторые главы или требовал еще больших изменений.

35

Я также хочу поблагодарить моих друзей Герберта Фейгля и Карла Гемпеля за те ценные идеи, которыми они делились со мной в беседах на протяжении ряда лет, и в особенности за их полезные замечания по отдельным частям рукописи. Абнеру Шимони я обязан за щедрую помощь по вопросам квантовой механики. Кроме того, я хочу выразить благодарность многим моим друзьям и коллегам за их стимулирующее влияние, а моим студентам, посещавшим семинар, за то, что они своими вопросами и замечаниями способствовали обсуждению ряда проблем этой книги.



Я признателен издательству Йельского университета за любезное разрешение использовать обширные цитаты из книги Рицлера «Физика и реальность» (1940).

Рудольф КАРНАП,

Февраль 1966 г. Калифорнийский университет,

Лос-Анджелес

Часть I

ЗАКОНЫ, ОБЪЯСНЕНИЯ И ВЕРОЯТНОСТЬ

39

Глава 1


ЗНАЧЕНИЕ ЗАКОНОВ:

ОБЪЯСНЕНИЕ И ПРЕДСКАЗАНИЕ

Наблюдения, делаемые нами в повседневной жизни, так же как более систематические наблюдения в науке, обнаруживают в мире определенную повторяемость или регулярность. За днем всегда следует ночь; времена года повторяются в том же самом порядке; огонь всегда ощущается как горячий; предметы падают, когда мы их роняем, и т. д. Законы науки представляют не что иное, как утверждения, выражающие эти регулярности настолько точно, насколько это возможно.

Если некоторая регулярность наблюдается во все времена и во всех местах» без исключения, тогда она выступает в форме универсального закона. Пример из повседневной жизни: «Всякий лед — холодный». Это суждение утверждает, что любой кусок льда — в любом месте во вселенной, в любое время, в прошлом, настоящем и будущем — является (был или будет) холодным. Не все законы науки являются универсальными. Вместо того чтобы утверждать, что регулярность встречается во всех случаях, некоторые законы утверждают, что она встречается только в определенном проценте случаев. Если этот процент указывается или если каким-либо иным образом делается количественное утверждение насчет отношения одного события к другому, то такое утверждение называют «статистическим законом». Например, «зрелые яблоки — обычно красные» или «приблизительно половина детей, рождающихся в каждом году, — мальчики». Оба типа законов — универсальные и статистические — необходимы в науке. Универсальные законы логически проще, и поэтому сначала мы рассмо-

40

трим именно их. В первой части этого обсуждения под «законами» обычно будут пониматься универсальные законы.



Универсальные законы выражаются в логической форме, которая в формальной логике называется «универсальным условным утверждением». (В этой книге мы будем при случае применять символическую логику, но только в очень элементарной форме.) В качестве примера рассмотрим закон самого простого возможного типа. Он утверждает, что, каковым бы ни было х, если х есть Р, тогда х есть также Q. Это записывается символически так:

(х) (Рх Qx).

Выражение (х) на левой стороне называется «универсальным квантором». Оно говорит нам о том, что утверждение относится скорее ко всем случаям х, чем только к определенному проценту случаев. Рх обозначает, что х есть Р, a Qx, что х есть Q. Символ «» есть связка. Он связывает термин на левой стороне с термином на правой. В русском языке 1 ему соответствует приблизительно выражение «если ..., то ...».

Если х обозначает любое материальное тело, тогда закон утверждает, что для любого материального тела х, если х обладает свойством Р, то он также обладает свойством Q. В физике, например, мы можем сказать: «Для каждого тела х, если это тело нагревается, то оно будет расширяться». Это закон теплового расширения в его простейшей, неколичественной форме. В физике, конечно, пытаются получить количественные законы и характеризуют их так, чтобы не допустить исключений, но если мы забудем о таких тонкостях, то это универсальное условное утверждение будет представлять базисную логическую форму всех универсальных законов. Иногда мы можем сказать, что не только Qx имеет место всякий раз, когда имеет место Рх, но и обратное также верно; всякий раз, когда имеет место Qx, имеет место и Рх. Логики называют это двойным условным утверждением, которое является условным в обоих направлениях. Разумеется, это не противоречит тому факту, что во всех универсальных законах мы имеем дело с уни-

1. В подлиннике здесь и в других подобных случаях, конечно, речь идет об английском языке. — Прим. перев.

41


версальными условными утверждениями, потому что двойное условное утверждение может рассматриваться как конъюнкция двух условных утверждений.

Не все утверждения, высказываемые учеными, имеют такую логическую форму. Ученый может сказать: «Вчера в Бразилии профессор Смит открыл новый вид бабочек». Это утверждение — не утверждение закона. Оно говорит о специфическом определенном времени и месте; оно устанавливает, что нечто случилось в такое-то время и в таком-то месте.. Поскольку такие утверждения, как это, являются утверждениями об отдельных фактах, они называются «единичными» утверждениями. Конечно, все наше познание возникает из единичных утверждений — частных наблюдений отдельных индивидов. Один из больших и сложных вопросов философии науки — это вопрос о том, как мы в состоянии подняться от таких единичных утверждений к универсальным законам.

Когда утверждения делаются ученым на обычном, словесном языке, а не на более точном языке символической логики, мы должны быть крайне внимательными, чтобы не смешать единичные утверждения с универсальными. Если зоолог пишет в учебнике: «Слон — отличный пловец», то он имеет в виду не определенного слона, которого он наблюдал flf зоологическом саду и который является отличным пловцом. Когда ученый говорит об «(определенном) слоне», то он использует определенный артикль «the» в аристотелевском смысле; этот артикль относится к целому классу слонов. Все европейские языки унаследовали от греческого (а возможно, и от других языков) эту манеру говорить о единичном, когда в действительности имеется в виду класс или тип. Когда греки говорили: «Человек есть разумное животное», то они имели в виду, конечно, всех людей, а не каких-либо особенных. Подобным же образом мы говорим «слон», когда имеем в виду всех слонов, или «туберкулез характеризуется следующими симптомами...», когда имеем в виду не отдельный случай туберкулеза, а все случаи.

Это — несчастье, что наш язык несет в себе эту двусмысленность, потому что она является источником многих недоразумений. Ученые часто обращаются с универсальными утверждениями — или, скорее, с тем, что выражают такие утверждения, — как с «фактами». Они

42

забывают, что слово «факт» первоначально применялось (и мы будем применять его исключительно в этом смысле) к единичным, частным событиям. Если ученого спросят о законе теплового расширения, он может сказать: «О, тепловое расширение! Это один из известных, основных фактов физики». Подобным же образом он может говорить как о факте, что тепло вызывается электрическим током, что магнетизм порождается электричеством, и т. д. Все это иногда рассматривается в качестве «фактов» физики. Чтобы избежать недоразумений, мы предпочитаем не называть такие утверждения «фактами». Факты являются единичными событиями. «Утром в лаборатории я пропустил электрический ток через проволочную катушку с железным сердечником внутри нее и обнаружил, что сердечник стал магнитным». Это, конечно, факт, если я не ошибаюсь каким-либо образом. Однако, если я спокоен, если не слишком темно в комнате и если никто не задумал сыграть со мной шутку, сделав что-то с прибором, тогда я могу установить в качестве фактического наблюдения, что этим утром имела место определенная последовательность событий.



Когда мы будем пользоваться словом «факт», мы будем понимать его в смысле единичного утверждения, чтобы ясно отличить его от утверждений универсальных. Универсальные же утверждения будут называться «законами» и в том случае, когда они столь элементарны, как закон теплового расширения, или даже еще более элементарны, как утверждение: «Все вороны — черные». Я не знаю, является ли это утверждение истинным, но, предполагая его истинным, мы будем называть такое утверждение законом зоологии. Зоологи могут говорить неформально о таких «фактах», как «ворона — черная» или «осьминог имеет восемь конечностей», но в нашей, более точной терминологии все подобные утверждения будут называться «законами».

Позже мы будем различать два вида законов — эмпирические и теоретические. Законы простого вида, о которых я только что упоминал, иногда называют «эмпирическими обобщениями», или «эмпирическими законами». Они являются простыми потому, что говорят о свойствах, таких, как черный цвет или магнитные свойства куска железа, которые можно наблюдать непосредственно, Например, закон теплового расширени

43 .

представляет обобщение, основанное на многих непосредственных наблюдениях тел, которые расширяются при нагревании. В противоположность этому теоретические понятия или понятия о ненаблюдаемых объектах, таких, как элементарные частицы или электромагнитные поля, должны иметь отношение к теоретическим законам. Мы будем обсуждать все эго позже. Я упоминаю об этом здесь потому, что иначе вы можете подумать, что примеры, которые я привожу, не охватывают тот вид законов, который вы, возможно, изучали в теоретической физике.



Резюмируя, можно сказать, что наука начинается с непосредственных наблюдений отдельных фактов. Ничто, кроме этого, не является наблюдаемым. Конечно, регулярность не наблюдается непосредственно. Она обна-руживется только тогда, когда многие наблюдения сравниваются друг с другом. Эти регулярности выражаются с помощью утверждений, называемых «законами».

Какая польза от таких законов? Какой цели они служат в науке и повседневной жизни? На это можно ответить двояко: законы используются для объяснения фактов, уже известных, и предсказания фактов, еще неизвестных.

Рассмотрим сначала, как законы науки используются для объяснения. Никакое объяснение, то есть ничто заслуживающее почетного титула «объяснение», не может быть дано без обращения по крайней мере к одному закону. (В простых случаях существует только один закон, но в более сложных случаях может затрагиваться совокупность многих законов.) Важно подчеркнуть этот пункт, потому что философы часто утверждают, что они могут объяснить некоторые факты в истории, природе или человеческой жизни каким-то другим способом. Они обычно делают это путем установления некоторого типа факторов или сил, которые объявляются ответственными за появление события, которое должно быть объяснено.

В повседневной жизни это, конечно, знакомая форма объяснения. Пусть кто-то спрашивает: «Почему моих часов нет в комнате, хотя я их оставил на столе, прежде чем выйти из комнаты?» Вы отвечаете: «Я видел, что Джон вошел в комнату и взял часы». Таково ваше объяснение исчезновения часов. Возможно, оно не будет рассматриваться как достаточное объяснение. Почему

44

Джон взял часы? Намеревался ли он похитить их или же только взял на время? Возможно, что он взял их по ошибке, приняв за собственные. На первый вопрос: «Что случилось с часами?» — отвечают утверждением факта: «Джон взял их». На второй вопрос: «Почему Джон взял их?» — можно ответить с помощью другого факта: «Он взял их на время». Таким образом, кажется, что мы не нуждаемся в законах вообще. Мы требуем объяснения одного факта и приводим второй факт. Требуя объяснения второго факта, мы приводим третий факт. Дальнейшие объяснения могут потребовать приведения других фактов. Почему же тогда необходимо обращаться к законам, чтобы дать адекватное объяснение факта?



Ответ на этот вопрос заключается в том, что объяснения с помощью фактов в действительности являются замаскированными объяснениями с помощью законов. Когда мы их проанализируем более внимательно, мы обнаружим, что они являются сокращенными, неполными утверждениями, молчаливо предполагающими некоторые законы, но законы эти настолько знакомы, что нет необходимости выражать их (явно). В примере с часами первый ответ: «Джон взял их» — не будет рассматриваться как удовлетворительное объяснение, если мы не будем предполагать существование универсального закона: всякий раз, когда кто-то берет часы со стола, они больше не находятся на нем. Второй ответ: «Джон взял их на время» — есть объяснение, потому что мы принимаем как сам собой разумеющийся общий закон: если кто-то берет на время часы, чтобы использовать их где-то, он забирает и уносит их.

Рассмотрим еще один пример. Мы спрашиваем маленького Томми, почему он кричит, и он объясняет это другим фактом: «Джимми ударил меня по носу». Почему мы рассматриваем этот ответ как достаточное объяснение? Потому что мы знаем: удар по носу вызывает боль и, когда ребята чувствуют боль, они кричат. Существуют общие психологические законы. Они настолько хорошо известны, что предполагается, что даже маленький Томми их знает, когда он говорит нам, почему кричит. Если бы мы, скажем, имели дело с марсианским ребенком и очень мало знали о марсианских психологических законах, тогда простое утверждение факта не могло бы рассматриваться как адекватное объяснение поведения ре-

45

бенка. Если бы факты не были связаны друг с другом по крайней мере посредством одного закона, установленного явно или молчаливо подразумеваемого, тогда они не обеспечивали бы объяснения.



Общая схема, которая охватывает все объяснения, символически может быть представлена так:

1) (x)(PxQx);

2) Ра;

3) Qa.


Первое утверждение представляет универсальный закон, который применяется к любому объекту. Второе устанавливает, что частный объект а имеет свойство Р. Эти два утверждения, взятые вместе, позволяют нам логически вывести третье утверждение: объект а имеет свойство Q.

В науке, как и в повседневной жизни, универсальный закон не всегда устанавливается явно. Если вы спросите физика: «Почему этот железный стержень минуту назад точно подходил к аппарату, а теперь не подходит?» — он может ответить так: «Пока вы выходили из комнаты, я нагрел его». Он предполагает, конечно, что вы знаете закон теплового расширения тел; иначе, чтобы быть понятым, он мог бы добавить: «И всякий раз, когда тело нагревается, оно расширяется». Общий закон существен для такого объяснения. Однако, если ученому известно, что вы знаете закон, тогда он может не чувствовать необходимости в том, чтобы формулировать закон. По этой причине объяснения — особенно в повседневной жизни, где законы здравого смысла принимаются как сами собой разумеющиеся, — часто кажутся совершенно отличными от той схемы, которую я дал.

Иногда для объяснений приходится применять законы, которые являются скорее статистическими, чем универсальными. В таких случаях мы должны ограничиваться статистическими объяснениями. Например, мы можем знать, что определенные виды грибов слегка ядовиты и вызывают некоторые болезненные симптомы в 90% случаев, когда их едят. Если врач обнаруживает эти симптомы при исследовании пациента, а пациент информирует его, что он вчера ел грибы подобного сорта, тогда врач будет рассматривать этот факт как

46


объяснение симптомов, хотя рассматриваемый при объяснении закон является статистическим. И это действительно есть объяснение.

Даже тогда, когда статистический закон дает только крайне слабое объяснение, оно все же есть объяснение. Например, закон медицинской статистики может констатировать, что у 5% людей, которые ели определенную пищу, возникнут некоторые болезненные симптомы. Если врач ссылается на это в качестве объяснения состояния пациента, у которого обнаружатся такие симптомы, то пациент может остаться неудовлетворенным таким объяснением. «Почему, — скажет он, — я один из этих 5%?» В некоторых случаях врач окажется в состоянии дать дальнейшие объяснения. Он может проверить пациента на аллергию и обнаружить, что у него имеет место аллергия к данной пище. «Если бы я знал это, — скажет он пациенту, — я бы предостерег вас от такой пищи. Мы знаем, что когда люди, имеющие аллергию к данной пище, едят ее, то у 97% из них возникают симптомы, подобные вашим». Это может удовлетворить пациента как более сильное объяснение. Являются ли они сильными или слабыми, но это — подлинные объяснения. При отсутствии известных нам универсальных законов часто единственно доступным типом являются статистические объяснения.

В только что приведенном примере статистические законы есть наилучшее, что может быть установлено, так как не существует достаточных медицинских знаний, гарантирующих установление универсального закона. Статистические законы в экономике и других областях общественных наук обязаны своим появлением подобному недостатку знания. Наше ограниченное знание психологических законов, основывающихся на физиологических законах, которые в свою очередь могут основываться на. физических законах, приводит к необходимости формулировать законы общественных наук в статистических терминах. В квантовой теории мы встречаемся, однако, со статистическими законами, которые могут не быть результатом незнания. Они могут выражать основную структуру мира. Известный принцип неопределенности Гейзенберга представляет хорошо знакомый пример такого рода. Многие физики считают, что все законы физики в конечном счете основываются на

47


фундаментальных законах, которые по своему характеру являются статистическими. Если бы дело обстояло так, то мы ограничивались бы объяснениями, основывающимися на статистических законах.

Что следует сказать об элементарных законах логики, которые входят во все объяснения? Служат ли они в качестве универсальных законов, на которых основываются научные объяснения? Нет, не служат. Причина этого состоит в том, что они являются законами совершенно другого сорта. Верно, конечно, что законы логики и чистой математики (не физической геометрии, которая представляет собой нечто другое) являются универсальными, но они ничего не говорят нам о мире. Они просто устанавливают отношения, которые имеются между некоторыми понятиями не потому, что мир обладает такой-то структурой, а только потому, что эти понятия определены соответствующим образом.

Вот два примера простых логических законов:

1) Если р и q, то р;

2) если р, то р или q.

Эти утверждения не могут быть опровергнуты, потому что их истинность основывается на значениях входящих в них терминов. Первый закон просто устанавливает, что если мы предполагаем истинность утверждений р и q, то мы должны предположить, что утверждение р истинно. Закон вытекает из способа использования «и» и «если ... , то». Второй закон утверждает, что если мы предполагаем истинность р, то мы должны предположить, что р или q истинно. Словесная формулировка этого закона не совсем ясна, потому что в русском языке слово «или» употребляют как в неисключающем смысле (одно или оба), так и в исключающем смысле (одно, а не оба). Чтобы сделать формулировку закона точной, мы выразим его в символической записи:

p(pVq).

Символ «V» понимается как «или» в неисключающем смысле. Его значение может быть раскрыто более формально, если мы приведем полностью таблицу его истинности. Мы можем сделать это путем перечисления всех возможных комбинаций истинностных значений (истина или ложь) для двух терминов, связанных

48

символом, а затем определения тех комбинаций, которые разрешаются символом и которые не разрешаются. Четыре возможных комбинации значений суть:



р q

1) истинно истинно

2) истинно ложно

3) ложно истинно

4) ложно ложно.

Символ «V» определяется правилом: отношение «p\/q» истинно в первых трех случаях и ложно в четвертом. Символ «», который приблизительно переводится на русский язык как «если ..., то», точно определяется путем указания, что он истинен в первом, третьем и четвертом случаях и ложен во втором. Как только мы поймем определение каждого термина в логическом законе, мы ясно увидим, что истинность такого закона должна устанавливаться способом, который полностью независим от природы мира. Это необходимая истина — истина, которая имеет место, как иногда утверждают философы, во всех возможных мирах.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница