И Лакатос - Фальсификация и методология научно-исследовательских программ

(гз) b -распад против законов сохранения

Наконец, рассмотрим историю эксперимента, который чуть ли не стал еще одним "величайшим негативным экспериментом истории науки". Это послужит еще одной иллюстрацией того, как трудно в точности решить, чему учит нас опыт, что он "доказывает" и "опровергает". Нам предстоит внимательно проанализировать "наблюдение" Чедвиком (3-распада в 1914 г. Мы увидим, что эксперимент, который вначале рассматривался как обычная головоломка в рамках исследовательской программы, затем был возведен в ранг " решающего эксперимента", но потом опять низведен до обычной головоломки - и все это в зависимости от целостного изменения теоретического и эмпирического ландшафта. Эти изменения ввели в заблуждение многих летописцев, привыкших к определенным историческим стереотипам, что и привело к искажениям действительной истории. (262)

Когда Чедвик открыл непрерывный спектр радиоактивного (3-излучения в 1914 г., никто не мог подумать, что этот курьезный феномен имеет какое-то отношение к законам сохранения. В 1922 г. были предложены два остроумных объяснения, соперничавших одно с другим. Оба объяснения исходили из атомной физики того времен. Одно принадлежало Л. Мейтнер, другое К. Эллису. Согласно Л. Мейтнер, электроны частью были первичными, исходящими из ядер, частью вторичными - из электронных оболочек. По Эллису, все электроны были первичными. Обе теории опирались на утонченные вспомогательные гипотезы, но обе предсказывали новые факты. Предсказанные факты противоречили друг другу, а экспериментальные данные поддержали теорию Эллиса. (263) Л. Мейтнер апеллировала, "апелляционный суд" экспериментаторов отклонил ее иск, но отметил, что одна из вспомогательных гипотез в теории Эллиса, имеющая принципиальное значение, должна быть отвергнута. (264) Спор закончился вничью.

И никто бы не подумал, что эксперимент Чедвика поставит под сомнение закон сохранения энергии, если бы Бор и Крамерс не пришли в то же самое время, когда разгорался спор между Мейтнер и Эллисом, к идее о том, что последовательная теория может быть развита лишь при условии, что принцип сохранения энергии в единичных процессах будет отринут. Одна из главных особенностей захватывающей теории Бора-Крамерса- Слэтера (1924 г.) заключалась в том, что классические законы сохранения энергии и импульса уступают место статистическим законам. (265) Эта теория (или, скорее, "программа") была сразу же "опровергнута" и ни одно следствие ее не нашло подкрепления; она так и не была разработана настолько, чтобы объяснить b -распад.

Но несмотря на столь быстрое отвержение этой программы, - дело было не только в "опровержении" Комптона и Саймона и эксперименте Боте и Гейгера, но и в возникновении мощной соперницы: программы Гейзенберга-Шредингера (266) - Бор остался при убеждении, что нестатистические законы сохранения в конце концов должны быть отброшены и что бета-распадная аномалия никогда не найдет надлежащего объяснения, пока эти законы не будут замещены; если бы это произошло, (b -распад стал бы пониматься как решающий эксперимент, свидетельствующий против законов сохранения. Гамов рассказывает, как Бор пытался применить идею несохранения энергии при b -распаде для остроумного объяснения по-видимому вечного воспроизводства энергии в звездах. (267) Только Паули со своим мефистофельским стремлением бросить вызов Господу остался консерватором (268) и в 1930 г. выдвинул свою теорию нейтрино, чтобы объяснить b -распад и вместе с тем спасти принцип сохранения энергии. О своей идее он сообщил в шутливом письме на конференцию в Тюбингене, сам же предпочел остаться в Цюрихе, чтобы поболеть за бейсбольную команду. (269) Впервые об этой идее он публично заявил на лекции в Пасадене (1931 г.), но не согласился на публикацию своей лекции, ибо ощущал "неуверенность". В это время (1932 г.) Бор все еще полагал, что, по крайней мере, в ядерной физике можно "отказаться от самой идеи сохранения энергии". (270) Наконец, Паули решил опубликовать свои размышления о нейтрино, представив их на Сольвеевский конгресс в 1933г., несмотря на то, что "реакция конгресса, за исключением двух молодых физиков, была скептической". (271) Но теория Паули имела некоторые методологические преимущества. Она спасала не только принцип сохранения энергии, но и принцип сохранения спина и статистику; она объяснила не только спектр b -распада, но и "азотную аномалию". (272) По критериям Уэвелла, это "совпадение индукций" должно быть достаточным, чтобы упрочить репутацию теории Паули. Но по нашим критериям, для этого необходимо еще и успешное предсказание новых фактов. Теория Паули удовлетворяла и этому критерию. У нее имелось интересное наблюдаемое следствие:

b -спектр должен иметь ясную верхнюю границу. В то время проблема была открыта, но Эллис и Мотт уже занимались ей, (273) и вскоре ученик Эллиса Гендерсон показал, что их эксперименты говорят в пользу программы Паули. (274)

На Бора это не произвело впечатления. Он знал, что если основная программа, в основу которой легло понятие статистического сохранения энергии, продолжает успешно развиваться, растущий пояс вспомогательных гипотез принимает на себя соответствующие обязанности по защите от наиболее опасных негативных данных.

И в самом деле, в эти годы большинство ведущих физиков полагало, что в ядерной физике законы сохранения энергии и импульса пали. (275) Причина была ясно указана Л.Мейтнер, признавшей свое поражение только в 1933 г.: "Все попытки поддержать значимость закона сохранения энергии также и для индивидуального атомного процесса основывались на предположении еще и другого процесса в b -распаде. Но такой процесс не был найден.. ."; (276) другими словами, программа, основанная на законах сохранения для атомных ядер, обнаружила эмпирически регрессирующий проблемный сдвиг. Имелись отдельные остроумные попытки объяснить непрерывность спектра b -излучения без допущения "нелегальной частицы". (277) Они вызвали большой интерес, (278) но были отвергнуты, поскольку не смогли обеспечить прогрессивный сдвиг.

В этот момент на сцену вышел Ферми. В 1933-1934 гг. он переинтерпретировал проблему b -излучения в рамках исследовательской программы новой квантовой теории. Тем самым он положил начало малой новой исследовательской программе нейтрино (которая позднее переросла в программу слабых взаимодействий). Он вычислил несколько первых приближенных моделей. (279) Хотя его теория не предсказала каких-либо новых фактов, он дал понять, что дело только за дальнейшими разработками.

Прошло два года. а обещание Ферми все еще не было выполнено. Однако новая программа квантовой физики развивалась быстро, по крайней мере, в той ее части, в какой она касалась неядерных явлений. Бор стал убеждаться в том, что некоторые исходные идеи программы Бора-Крамерса-Слэтера теперь были прочно связаны с новой квантовой программой, и что последняя разрешила внутренние теоретические проблемы старой квантовой программы, не затрагивая при этом законов сохранения . Поэтому Бор сочувственно следил за работами Ферми и в 1936 г., т. е. несколько нарушая обычную последовательность событий, оказал им, по нашим критериям слегка преждевременно, публичную поддержку.