Критический эксперимент: определение, роль в науке и проверка гипотез. Эксперимент, способный доказать или опровергнуть теорию. История и значение в научном знании.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Критический эксперимент
Critical experiment
В науке эксперимент crucis (англ. crucial experiment или critical experiment) — это эксперимент, способный решающим образом определить, превосходит ли конкретная гипотеза или теория все другие гипотезы или теории, широко принятые в научном сообществе. В частности, такой эксперимент должен быть способен дать результат, который опровергнет все другие гипотезы или теории, если они верны, тем самым демонстрируя, что при условиях эксперимента (то есть при тех же внешних обстоятельствах и для тех же "входных переменных" в рамках эксперимента) эти гипотезы и теории оказываются ложными, а гипотеза экспериментатора не опровергается. Противоположная точка зрения, отрицающая решающую роль эксперимента crucis в выборе одной гипотезы или теории перед ее конкурентами, — это тезис Дюхема — Куайна; см. также .
In science, an experimentum crucis (English: crucial experiment or critical experiment) is an experiment capable of decisively determining whether or not a particular hypothesis or theory is superior to all other hypotheses or theories whose acceptance is currently widespread in the scientific community. In particular, such an experiment must typically be able to produce a result that rules out all other hypotheses or theories if true, thereby demonstrating that under the conditions of the experiment (i. e., under the same external circumstances and for the same "input variables" within the experiment), those hypotheses and theories are proven false but the experimenter's hypothesis is not ruled out. An opposite view, rejecting the decisive value of the experimentum crucis in choosing one hypothesis or theory over its rivals, is the Duhem–Quine thesis; see also .
История
Фрэнсис Бэкон в своем «Novum Organum» впервые описал концепцию ситуации, в которой верна лишь одна теория, а не другие, используя термин *instantia crucis*; фраза *experimentum crucis*, обозначающая намеренное создание такой ситуации для проверки конкурирующих теорий, была позднее предложена Робертом Гуком и затем прославлена Исааком Ньютоном. Проведение такого эксперимента считается необходимым условием для признания конкретной гипотезы или теории установленным фактом научного знания. В истории науки часто случается, что теории разрабатываются полностью до создания решающего эксперимента. Теория, согласующаяся с известными экспериментальными данными, но еще не прошедшая решающего эксперимента, обычно считается перспективной для дальнейшего исследования с целью разработки такого экспериментального подтверждения.
Francis Bacon in his Novum Organum first described the concept of a situation in which one theory but not others would hold true, using the name instantia crucis; the phrase experimentum crucis, denoting the deliberate creation of such a situation for the purpose of testing the rival theories, was later coined by Robert Hooke and then famously used by Isaac Newton. The production of such an experiment is considered necessary for a particular hypothesis or theory to be considered an established part of the body of scientific knowledge. It is not unusual in the history of science for theories to be developed fully before producing a critical experiment. A given theory which is in accordance with known experiment but which has not yet produced a critical experiment is typically considered worthy of exploration in order to discover such an experimental test.
Примеры
Роберт Бойл был первым, кто назвал эксперимент «экспериментом креста» (experimentum crucis), когда он упомянул знаменитый эксперимент с ртутным барометром на горе Пюи-де-Дом в 1648 году. Этот эксперимент разрешил вопрос: существовало ли какое-либо естественное сопротивление образованию, казалось бы, пустого пространства в верхней части трубки, или высота столба ртути определялась исключительно весом воздуха? В своей книге «Математические начала натуральной философии» (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) Исаак Ньютон (1687) представил опровержение теории вихрей Декарта о движении планет. В своей работе «Оптика» Ньютон описывает оптический эксперимент креста в Книге I, Часть I, Предложение II, Теорема II, Эксперимент 6, чтобы доказать, что солнечный свет состоит из лучей, различающихся по показателю преломления. Примером в XIX веке стало предсказание Пуассона, основанное на математическом анализе Френеля, о том, что волновая теория света предсказывает яркое пятно в центре тени идеально круглого объекта – результат, который не мог быть объяснен (действовавшей в то время) корпускулярной теорией света. Эксперимент Франсуа Араго продемонстрировал существование этого эффекта, теперь называемого пятном Араго или «ярким пятном Пуассона», что привело к принятию волновой теории. Известным примером эксперимента креста в XX веке была экспедиция под руководством Артура Эддингтона на остров Принсипи в Африке в 1919 году для регистрации положений звезд вокруг Солнца во время солнечного затмения (см. эксперимент Эддингтона). Наблюдение за положением звезд подтвердило предсказания гравитационного линзирования, сделанные Альбертом Эйнштейном в общей теории относительности, опубликованной в 1915 году. Наблюдения Эддингтона считались первым убедительным доказательством в пользу теории Эйнштейна. В некоторых случаях предлагаемая теория может объяснить существующие аномальные экспериментальные результаты, для которых ни одна другая существующая теория не может предложить объяснения. Примером может служить способность квантовой гипотезы, предложенной Максом Планком в 1900 году, объяснить наблюдаемый спектр абсолютно черного тела – экспериментальный результат, который существующий классический закон Рэлея — Джинса не мог предсказать. Однако такие случаи не считаются достаточно вескими для полного установления новой теории, и в случае квантовой механики потребовалось подтверждение теории посредством новых предсказаний, чтобы теория получила полное признание.
Robert Boyle was the first person to hail an experiment as experimentum crucis when he referred to the famous mercury barometer experiment on Puy de Dome in 1648. This experiment settled the question: Was there some natural resistance to the creation of an apparently empty space at the top of the tube, or was the height of the mercury determined solely by the weight of the air? In his Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, Isaac Newton (1687) presents a disproof of Descartes' vortex theory of the motion of the planets. In his Opticks, Newton describes an optical experimentum crucis in the First Book, Part I, Proposition II, Theorem II, Experiment 6, to prove that sunlight consists of rays that differ in their index of refraction. A 19th century example was the prediction by Poisson, based on Fresnel's mathematical analysis, that the wave theory of light predicted a bright spot in the center of the shadow of a perfectly circular object, a result that could not be explained by the (then current) particle theory of light. An experiment by François Arago showed the existence of this effect, now called the Arago spot, or "Poisson's bright spot", which led to the acceptance of the wave theory. A famous example in the 20th century of an experimentum crucis was the expedition led by Arthur Eddington to Principe Island in Africa in 1919 to record the positions of stars around the Sun during a solar eclipse (see Eddington experiment). The observation of star positions confirmed predictions of gravitational lensing made by Albert Einstein in the general theory of relativity published in 1915. Eddington's observations were considered to be the first solid evidence in favor of Einstein's theory. In some cases, a proposed theory can account for existing anomalous experimental results for which no other existing theory can furnish an explanation. An example would be the ability of the quantum hypothesis, proposed by Max Planck in 1900, to account for the observed black body spectrum, an experimental result that the existing classical Rayleigh–Jeans law could not predict. Such cases are not considered strong enough to fully establish a new theory, however, and in the case of quantum mechanics, it took the confirmation of the theory through new predictions for the theory to gain full acceptance.