Struktura rewolucji relatywistycznej i kwantowej w fizyce. Wojciech Sady

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ o tym, że – uwzględniając dokładność pomiaru – prędkość „wiatru eteru” przy powierzchni Ziemi jest mniejsza niż 1/6 jej orbitalnej prędkości. Mogło to być, rzecz jasna, wynikiem szczególnego zbiegu okoliczności:

      Powyżej brano pod uwagę tylko orbitalny ruch Ziemi. Jeśli sumuje się on z ruchem Układu Słonecznego, o którym niewiele wiadomo na pewno, to wynik musiałby zostać zmodyfikowany; i możliwe jest, że prędkość wypadkowa w czasie obserwacji była niewielka, choć nie jest to zbyt prawdopodobne. Eksperyment będzie zatem powtarzany co trzy miesiące, dzięki czemu unikniemy wszelkiej niepewności (Michelson, Morley 1887).

      Osiągnięta dokładność była zarazem taka, że – pominąwszy wspomniany zbieg okoliczności – wykluczało to zaproponowaną przez Lorentza syntezę teorii Stokesa i Fresnela.

      Na podstawie powyższych rozważań wydaje się dość pewne, że jeśli między Ziemią a eterem świetlnym zachodzi jakiś względny ruch, to musi on być mały; wystarczająco mały, by obalić wyjaśnienie aberracji podane przez Fresnela. Stokes podał teorię aberracji, która zakłada, że eter przy powierzchni ziemi pozostaje w spoczynku w stosunku do tej ostatniej i ponadto wymaga jedynie, aby prędkość względna miała potencjał; ale Lorentz pokazuje, że te warunki nie dadzą się pogodzić. Lorentz proponuje zatem modyfikację, która łączy pewne idee Stokesa oraz Fresnela i zakłada zarówno istnienie potencjału, jak i współczynnika Fresnela. Gdyby uzasadnione było wyciągnięcie wniosku z niniejszej pracy, że eter jest w spoczynku względem powierzchni ziemi, zdaniem Lorentza nie mógłby istnieć potencjał prędkości, a jego własna teoria również by zawodziła (Michelson, Morley 1887).

      2.6. KOMENTARZ: O rzekomych anomaliach i o tym, że bywają one bezpłodne

      Jeśli opiszemy całą tę historię z punktu widzenia filozofii nauki Kuhna, to stwierdzimy, że m-falowa teoria światła stała, od czasu swego powstania, w obliczu trzech poważnych anomalii. Próbowano je wyjaśnić za pomocą rozmaitych hipotez ad hoc. Wszystkie te hipotezy miały poważne wady, a nikt nie był w stanie ich usunąć. Należałoby zatem oczekiwać, że część badaczy popadła w stan kryzysu. Tymczasem nic takiego nie miało miejsca. Stokes, jeden z bohaterów powyższej opowieści, doskonale zdawał sobie sprawę z trudności, a jednak – ćwierć wieku po ich pojawieniu się – pisał:

      Falowa teoria światła wyjaśnia jednak tak prosto i pięknie najbardziej skomplikowane zjawiska, że w sposób naturalny uważamy aberrację za zjawisko, którego ona nie wyjaśnia, ale które nie jest z nią niezgodne (Stokes 1845).

      W języku Kuhna jest to rada, by odłożyć anomalie do wyjaśnienia w nieokreślonej przyszłości. Po czym minęło jeszcze czterdzieści lat, z anomaliami się nie uporano – a oznak Kuhnowskiego kryzysu wciąż nie było.

      Kuhn mógłby postaw ówczesnych uczonych, niestosujących się do jego ustaleń, bronić: m-falowa teoria światła przez kilkadziesiąt lat dostarczała fizykom łamigłówek, wraz z sugestiami, jak je rozwiązywać – i w zdecydowanej większości przypadków znajdowano udane zastosowania. Skoro teoria stwarzała liczne okazje do sukcesów, to stosowano ją jako podstawę zarówno badań eksperymentalnych, jak i dociekań teoretycznych w odniesieniu do pewnych zjawisk, ignorując przy tym to, że gdzie indziej natrafiała na trudności. Co pewien czas ktoś proponował hipotezę ad hoc, która miała jakąś trudność usunąć, a nikt wówczas nie wiedział i wiedzieć nie mógł, czy zadowalające rozwiązania zostaną znalezione.

      Jeśli odwołać się do historycznych mitów, typowych dla podręczników i prac popularyzatorskich (zob. § 3), to przełom miał nastąpić po ogłoszeniu wyników eksperymentu Michelsona i Morleya z 1887. Wszystkie znane mi podręcznikowe opowieści przemilczają ich eksperyment z 1886, jeśli jednak uwzględnić wyniki obu eksperymentów i umieścić je w historycznym kontekście, to zapanowała wtedy sytuacja patowa: wynik pierwszego potwierdził hipotezę Fresnela, wynik drugiego potwierdził niezgodną z nią hipotezę Stokesa. A jak zareagował na to sam Michelson? Otóż brakiem przesunięcia prążków interferencyjnych w eksperymencie z 1887 specjalnie się nie przejął: badań na ten temat nie kontynuował, a uzyskanych wyników nie potraktował jako anomalii podważających podstawy fizyki klasycznej. Kilkanaście lat później pisał:

      Wszystkie ważniejsze fundamentalne prawa i fakty z zakresu nauk fizycznych zostały odkryte, a są one tak mocno ustalone, że możliwość, by w wyniku nowych odkryć zostały wyparte, jest niezwykle odległa. Niemniej jednak stwierdzono, że istnieją wyraźne wyjątki od większości tych praw, a jest tak w szczególności wtedy, gdy obserwacje sięgają granic, tj. ilekroć sytuacje eksperymentalne pozwalają badać przypadki ekstremalne. Takie badania prawie na pewno prowadzą nie do obalenia prawa, ale do odkrycia innych faktów i praw, których działanie wytwarza pozorne wyjątki (Michelson 1903: 23).

      Inni też nie obwieszczali końca fizyki klasycznej. Nadal próbowano wyjaśnić wyniki wspomnianych powyżej eksperymentów w ramach obrazu świata mechaniki newtonowskiej, zwykle nawiązując do hipotezy Stokesa. W 1898 Planck w liście do Lorentza spekulował, że eter jest ściśliwy i wskutek działania sił grawitacyjnych ulega przy powierzchni Ziemi kondensacji. Theodor Des Coudres i Wilhelm Wien ok. 1900 twierdzili, że ilość eteru, jaką poruszające się ciało unosi ze sobą, jest proporcjonalna do jego masy. Inni przez wiele lat powtarzali eksperyment Michelsona-Morleya z 1887, rozmaicie go modyfikując – i czasem ogłaszali, że dostrzegli przesunięcie prążków interferencyjnych. Tych badań omawiać tu nie będę, tym bardziej że coraz częściej do akcji wkraczali pseudonaukowcy.

      W 1900 podczas odczytu w Royal Institution William Thomson mówił o dwóch chmurach wiszących w ostatniej ćwierci XIX wieku nad teorią dynamiczną, według której ciepło i światło są pewnego rodzaju ruchami.

      Pierwsza powstała wraz z falową teorią światła, a borykali się z nią Fresnel i dr Thomas Young; wiązała się z pytaniem, w jaki sposób Ziemia mogłaby poruszać się przez elastyczne ciało stałe, jakim zasadniczo jest eter świetlny (W. Thomson 1901, § 1).

      Ale w tym tekście brak wzmianek o trzech grupach „anomalii” omawianych w tym rozdziale.

      Choć powyżej użyłem, z uwagi na Kuhnowską tradycję, terminu „anomalia”, nie będę tego czynił poniżej. Jest on mylący, a pojawia się jedynie w historii nauki tworzonej wstecz – gdyby znaleziono klasyczne wyjaśnienia wspomnianych zjawisk, nikt nie nazywałby ich potem anomaliami. Ponieważ ok. 1900 nikt nie wiedział, czy problemy związane z aberracją gwiezdną, poprzecznością fal świetlnych i brakiem wpływu ruchu Ziemi na przebieg szeregu zjawisk optycznych znajdą klasyczne rozwiązanie czy nie, to nikt nie wiedział też, czy ma do czynienia z „anomaliami”, czy z „wielkimi odkryciami”.

      Równie mylące bywa użycie określenia „hipoteza ad hoc”. Popper, Hempel, Kuhn, Lakatos i inni rozumieją przez nie twierdzenia formułowane tylko po to, by ratować teorię w taki czy inny sposób zagrożoną przez wyniki eksperymentów. Nigdy dokładnie tego terminu nie zdefiniowano, nie podano kryteriów pozwalających odróżnić hipotezy ad hoc od tych, które takimi nie są (zob. Hempel 1966, § 3). Powstaje pytanie, czy użycie tego terminu pozwala trafnie opisać to, co robią naukowcy. Gdy Popper pisał w cytowanym już tekście, że praca naukowca polega na wymyślaniu i sprawdzaniu teorii, a empiryści logiczni wyróżniali kontekst uzasadniania jako tę część pracy naukowców, która decyduje o naukowym charakterze całego przedsięwzięcia, to zdawali się sądzić, że faktycznie dużą część czasu zajmuje naukowcom weryfikowanie, potwierdzanie czy falsyfikowanie sformułowanych СКАЧАТЬ