Некоторые вопросы философии научного экспериментирования В.С. Пронских 19 декабря 2012

О периодизации в философии научного эксперимента 1900-е П. Дюгем (Физическая теория, ее цель и строение) (Ч. Пирс) 1980-е Я. Хакинг (Представление и вмешательство) П. Галисон (How experiments end), Э. Пикеринг (Constructing quarks) 1990-е А.Франклин, П. Галисон (Material culture of microphysics) 2003 Х.Раддер (Г.Хон, М. Хайдельбергер …) 2010-е А.Франклин, «эпистемология на LHC» 2

Вопросы для обсуждения насколько независим эксперимент от теорий; каким образом организована экспериментальная практика; проблема наблюдаемости и наблюдаемых; каковы стратегии предотвращения ошибок; открываются ли явления в эксперименте или создаются в лаборатории; научная и философская значимость приборов ; какова эпистемическая роль фона в эксперименте; 3

Роль теории в эксперименте Вопросы: независимость от теорий, создание явлений, роль приборов. Здесь – операции приготовления в определенном состоянии и измерения изучаемого явления, Т i1 и Т i2 – лежащие в основе принципов работы приборов их «инструментальные теории» (теоретические составляющие приборов), a – исходный материал; b – конечный продукт соответствующей операции. Г. Хон – подготовка и проверка. Кварковые системы – ph(T) – КХД, Приготовление – электротехника, ур-я Максвелла, теории ускорителей – электроны и позитроны Т i1, измерение – уравнения Максвелла, механика, квантовая механика – Т i2. Нагруженность инструментальными теориями. 4

Роль теории в эксперименте-2 -- Хакинг, вещи, идеи, знаки, Идолы сцены, сценария, зрителя (Г.Хон). измерение (и приготовление) может быть сильно теоретически нагружено. Дюгем «Наблюдение» -- часть эксперимента без операций «приготовления», в наблюдение входит «наблюдаемое явление» и «измерение» (различение с фоном и измерение как сравнение с эталоном). |ph(T)|M (Т i2 ) a;b)> кварк «ненаблюдаем», но «приготовляем», спин «ненаблюдаем», но «измеряем». Раддер 2009 intervening and production. Не вмешательство, а приготовление В физике (естествознании) – приготовление системы, объекта и изучение природного (не технического) процесса. В технике – приготовление процесса. 5

Эксперимент в структуре современной научной деятельности-1 П. Галисон, Experiments – 1920-е специализация, теоретизирование и экспериментирование, разрыв. – 1) длительное формирование навыков, 2) пространственное разделение, 3) увеличение временных масштабов экспериментов, 4) выбор и разработка приборов усложнилась, 5) необходимость компьютерного эксперимента – Экспериментаторы, теоретики, инструменталисты, моделирование. – Нормальное развитие и революции 6

Эксперимент в структуре современной научной деятельности-2 Экспериментатор – выбор типа, задание режимов работы прибора, набор и анализ данных (в центре) Теоретик – создание (развитие) теории, определение наблюдаемых (?) Инструменталист – создание и развитие (модели, концепции, дизайна), (и эксплуатация) приборов Симулятор – создание и исследование компьютерной модели (установки, прибора) 7

Эксперимент в структуре современной научной деятельности-3 Инерционность экспериментальных результатов. (гиромагнитное отношение – классический электромагнетизм, боровская квантовая теория, квантовая механика Гейзенберга и Шредингера) 1970-е Галисон Microphysics Эксперименты модернистские (пузырьковые камеры), постмодернистские (гибридные, время-проекционная камера) 8

Эксперимент в структуре современной научной деятельности-4 Модернистский экспериментПостмодернистский Центрально-структурированная иерархия Локально-синхронизованные глобально-распределенные Безусловная субординация инженеров физикам, макрокоординация их работы Микрокоординация работы инженеров и физиков (и внутри физических сообществ) Разделение (пространственное и ролевое) физиков и инженеров Отсутствие пространственного разделения, перекрывающиеся роли физиков и инженеров Микрокоординация работы разных физических сообществ, перекрывающиеся роли (не отмечено Галисоном) 9

Анализ эпистемических стратегий Манипулятивный аргумент. Хакинг. Вудвард. Независимое подтверждение. Хакинг. Разный принцип действия- разные теории. Инструментальный теоретический компонента. Воспроизведение известных явлений (артефактов). Инструментальные теории. Исключение возможных ошибок (инструментальные теории) и альтернативных объяснений (проверяемые теории). Использование внутреннего потенциала результатов (непротиворечивость, логический анализ) Использование хорошо подтвержденной теории для объяснения результатов. (Проверяемая теория). Использование приборов, основанных на хорошо подтвержденной инструментальной теории. Использование статистических аргументов (проблема фона, инструментальных и проверяемых теорий). Невозможность избавиться от эффекта (Галисон). Инструментальные теории. 10

Инструментальная нагруженность и «открытая система » Э.Пикеринга Quarks. Является ли эксперимент «открытой системой», (с неограниченным количеством факторов, влияющих на результат, роль которых невозможно учесть). Эксперимент по поиску свободных кварков, выполненный группой Морпурго, использовавшей капли жидкости в электростатическом поле, по аналогии с экспериментом Милликена, измерившего сходным образом заряд электрона. «патч-эффект», крошки налипали на пластины заряженного конденсатора, приводя к искажению сигнала. фоновый эффект – заряды, кратные 1/5 заряда электрона. Нагруженность инструментальными теориями (нет «открытости»). Компоненты. Эпистемические стратегии. Современные эксперименты (К.Карака) – более сложная ситуация. 11

Перформативные (фон). Фон вводит в проблемное поле анализа другие теории. Явление, выглядящее подобно изучаемому, но имеющее другую природу. Измерить, рассчитать, исключить конструкционно (постановка). Галисон. Теория влияет на то, что считать фоном, а что – эффектом. Мюон (ливневые и проникающие частицы, что фон, а что – эффект). Разрешающая теория (рассчитать величину эффекта и фона. Нейтронный фон – хорошо известный источник интерпретативных сложностей в нейтринных экспериментах. (Доказать, что не все события могут быть объяснены фоном.) Нейтральный ток – ливень адронов, возникающий как при рассеянии нейтрино, так и при рассеянии нейтрона из стенки. Процесс возникновения нейтрона – заряженный ток, поверяемая теория(!) Механизмы возникновения теоретической нагруженности-1 12

Процедурные. К.Карака. «Эпистемология на БАК». Многоцелевой эксперимент ATLAS. Огромное количество данных. Не все данные попадают на анализ. «Потенциально пригодные» данные отбираются 1) приблизительные критерии 2) строгие и систематические критерии. Отбор включает: сложные экспериментальные процедуры, алгоритмы, логику. Набор=отбор. Алгоритмы и взаимосвязь между этапами отбора – диаграммные и графические модели. Набор реализуется через визуальные образы диаграмм. П. Галисон – роль визуальных образов в получении и оценке экспериментальных данных. Процедурное знание. Механизмы возникновения теоретической нагруженности-2 13

Механизмы возникновения теоретической нагруженности-3 Социологические. Нейтральные токи. Чармоний. Галисон, Пикеринг. Объяснение через интересы сообщества. Психологические. Брюер. Блондо (N-лучи, Вуд). Кембридж-Вена (разрушение альфа-частицами, Чедвик). Милликен (выбор, лабораторные журналы). Принятие стороны победителя. Угасание. Эксперименты с неучеными, можно ли обобщить? Галисон (Эйнштейн и Де Газ). – Рудман. Слепые методы. Опасность – намеренный подбор критериев 1) удалить события, чтобы снизить предел 2) улучшить статистическую значимость результата. Спрятанный сигнал или ответ. Примешивание моделированных данных. – Рециркуляция компетентности. Приверженность приборам. 14

Эксперимент в структуре современной научной деятельности-3 Взаимодействуют, но не перемешиваются Многослойная модель (Галисон) Социологические критерии (журналы, конференции, совещания) Вопрос – согласование (Галисон – антропология) Долго-, средне- и краткосрочные ориентиры (constraints) – Объединение взаимодействий, калибровочные теории, феноменологические законы (теоретики?) – Типы приборов, отдельные приборы, отдельные сеансы (экспериментаторы) Неуниверсальность критериев Галисона 15

Типология нагруженностей проверяемой теорией Пригот ИзмерНетДа НетРеликтовое излучение Нейтральные токи ДаR-кризисЧармоний Приспособление теории (нагруженность через приспособление теории) – эксперимент Петржака и Флерова по спонтанному делению урана. Теория – недостижимый эффект, после случайного обнаружения, теория меняет параметр и описывает эффект. Результат – эксперимент по проверке теории. Пикеринг – части экспериментальной практики – материальная процедура, инструментальную модель и модель явления, результат действий субъектов по согласованию 16