о благоразрушении физических теорий

[jayrandom]

Неделю назад мне в руки попала очень интересная работа: Dewey B Larson, "Case Against the Nuclear Atom". Засосала настолько, что я всю эту неделю косил направо и налево, пытаясь её читать.

Автор поставил себе очень интересную задачу: "прополку" логических выводов, на которых была возведена современная физическая теория. Не ставя под сомнение целостности самих экспериментов, он показывает (довольно убедительно), что некоторым ключевым экспериментам 20го века существуют более простые объяснения, не требующие введения дополнительных сущностей. В результате он точечными ударами разносит некоторые стенки здания науки, не являющиеся несущими. Образуются, надо понимать, отверстия разного размера, которые можно использовать либо для освещения, либо можно заделать по своему вкусу.

Что мне особенно нравится - Ларсон в этой работе даёт только очень общие рекомендации по заделке, ибо основная цель - расчистка завалов. Да, у него есть и более конкретные идеи, но о них он пишет в других книгах. Это очень мудрое разделение: оно позволяет спорить о лишнем в одном месте и о нужном - в другом.

Книга захватывает, но не рассчитана на быстрое чтение. Основной критический материал сдвинут к началу, в первые 4 главы. Остальное в основном содержит ламентации по поводу лени и стадного чувства современных учёных, хотя и там проскальзывают благодеструктивные удары по моделям. Так что если есть время и терпение - очень даже стоит. Возражения очень приветствуются, но только от прочитавших :)

Ключевые слова: опыт Мозли с рентгеновскими спектрами элементов, опыт Резерфорда 1911г по рассеянию альфа-частиц, модель атома Бора 1913г и её развитие, структура атома, заряд ядра, электронные оболочки, сильное ядерное взаимодействие, слабое ядерное взаимодействие, стабильность частиц, квантовая теория, числа в основе всего, Копенгагенская школа, эпициклы Птолемея, лишние теории, бритва Оккама, чистоплотность в науке.


UPDATE: добавка, на мой взгляд очень ценная для понимания этой темы, хотя и из другой книги:

In making the more rigorous appraisal of the theory that is now required, it should be recognized at the outset that a theory is not valid unless it is correct both mathematically and conceptually. Mathematical evidence alone is not sufficient, as mathematical agreement is no guarantee of conceptual validity.

What this means is that if we devise a theoretical explanation of a certain physical phenomenon, and then formulate a mathematical expression to represent the relations pictured by the theory, or do the same thing in reverse manner, first formulating the mathematical expression on an empirical basis, and then finding an explanation that fits it, the mere fact that this mathematical expression yields results that agree with the corresponding experimental values does not assure us that the theoretical explanation is correct, even if the agreement is complete and exact. As a matter of principle, this statement is not even open to question, yet in a surprisingly large number of instances in current practice, including the relativity theory, mathematical agreement is accepted as complete proof.

-- Dewey B. Larson, "Nothing but motion", глава 7.

Comments

[b-my.livejournal.com]

Jay, я, конечно, отдаю отчёт в своём ничтожестве рядом с мудрым Ларсоном, однако ж, эта книга и все труды аффтара имеют ценность только как упражнение на логическое мышление. Типа, "А какие бы выводы мы, будучи дурнее Резерфорда, могли бы сделать году этак 1915-м?".
С тех пор было поставлено много интересных экспериментов. В том числе - таких, который считаются ключевыми и вполне классическими. Не знать которые простительно среднеобразованому человеку, который НЕ интересуется этим вопросом. :)

Там нет "ударов по ненесущим стенам", там чистое битиё головой о косяки рядом с открытой дверью. То, что ты принимаешь за "разнос" - бодание воздуха.

[jayrandom.livejournal.com]

Ух ты. Неужели прочитал?


"А какие бы выводы мы, будучи дурнее Резерфорда, могли бы сделать году этак 1915-м?"

Не совсем. Ларсон периодически переиздавал свои книжки, и делал поправки. Умер в 1990м. Думаю, если бы что-нибудь ключевое и ударное по его писанине возникло, он бы отреагировал.

Ты не мог бы привести пример какого-нибудь ключевого эксперимента, который именно подтверждает наличие у атома ядра? (и наличие ядра - единственное объяснение, а не одно из) Из книги следует, что такого не было по крайней мере до публикации (1963). Всё, что было, так или иначе полагалось на существование ядра, как на уже доказанный факт.

[b-my.livejournal.com]

Не совсем. Ларсон периодически переиздавал свои книжки, и делал поправки. Умер в 1990м. Думаю, если бы что-нибудь ключевое и ударное по его писанине возникло, он бы отреагировал.
Такие люди не реагируют вообще ни на что. У них есть идеалы, принципы, и они не дают фактам сбивать себя с концепции. Поправки ими делаются лишь там, где можно сделать поправки.
То, что Ларсон из таких - видно уже по тому, что он столько сил положил на рассмотрение давних опытов, интересных исторически, но совершенно уже неважных с точки зрения науки, перекрых более совершенно добытыми фактами, огромным их множеством.
Это уже исчерпывающе характеризует аффтара.

Это всё равно что сейчас опровергать существование Америки тщательно исследуя дневники одного из капитанов Америго (находя там противоречия, ища альтернативные объяснения и т.п.). Как упражнение на логику и эрудицию это интересно. Но сегодня нужно было б начать с вопроса "откуда взялось посольство США на соседней улице?", откуда долларовая купюра у меня в комоде, кто и зачем вместо "ХХ сентури Фокс" снял идущий сейчас в прокате фильм "Стальные яйца бьют сверху-3", ну и далее по длинному списку.
И это возражение выражает не "стадное чувство", а элементарный здравый смысл. :)

Лёгкая подмена тезиса, Джей.
В истории физики вообще очень мало настолько красивых экспериментов, чтоб они просто одним фактом своего существования показывали нечто и отсекали все возможности альтернативных объяснений. Мне вот с ходу не один не припоминается, а мне много чего понарассказывали. "Очень мало" я говорю лишь затем чтобы не говорить "не было такого".
(Просто на логику: на примере каких экспериментов ты доказал бы наличие Америки, не допустив альтернативных объяснений? Скажешь про вид из окна самолёта? про спутники? Про карты? :) Я рассмеюсь тебе в лицо. :))

Ну и чтобы не быть голословным - ВЕСЬ квантмех (начиная с уравнения Шредингера) и все приборы на его основе. То есть, вообще ВСЯ современная техника. Напомню самое начало его становления - спектр водородоподобного атома: стоячая волна электрона в потенциальной яме, образованой центральным точечным зарядом.
Ускорительные эксперименты, включая эксперименты на встречных пучках (циклотрон - это годы этак 30-е, верно?). Экспериментальные данные по сечению рассеяния и поглощения нейтронов.
Существование горячей плазмы, поведение плазмы при существенно разных ионных и электронных температурах.
Потенциал Юкавы, его предсказание существования пи-мезонов с такой-то массой, его предсказательная сила относительно того, какие ядра будут стабильны, какие нет, какие будут выделять энергию при распаде. Теория альфа-распада как туннелирования альфа-частицы из потенциальной ямы (количественная, проверяемая).
Ну и так далее, отсюда - и до обеда.

[jayrandom.livejournal.com]

Ты забыл ответить на ключевой вопрос: ты прочитал книгу, на которую я ссылаюсь?

Если нет (т.е. если ты сопротивляешься перепеву Рабиновича), то я боюсь, что твои возражения вынужденно домножаются на очень маленький коэффициент, почти нуль :) Даже если ты напишешь много отдельных комментариев, это ничего не изменит. Ведь, не прочитав книгу, ты возражаешь против собственных предположений о её содержании! Это называется монолог :) Неужели тебе самому не смешно?

Как говорил герой Матрицы, "я знаю кунг-фу и ещё много страшных слов". Ты знаешь слов, я не знаю. Но это же ничего не меняет в сути проблемы. Если некоторые ключевые эксперименты неправильно проинтерпретированы, это не мешает строить дальше теорию. Просто теория будет не совсем правильная. Она будет обладать некоторой предсказательной силой: система эпициклов Птолемея обладала, и современный квантмех обладает. Но результаты не экстраполируются достаточно широко. Бритва Оккама заржавела и не бреет.

Но всё это, повторяюсь, не имеет смысла обсуждать без знакомства с текстом Ларсона.

[b-my.livejournal.com]

Я прочитал первые главы - достаточно, чтобы сделать очень далеко идущие выводы о книге и аффтаре.
И вообще, чтоб два раза не ходить: этого и не было нужно. Используя твой способ рассуждать: да, я прочитал первые два слова, которые показались мне неверными, что это меняет в сути проблемы? :)
Надеюсь, тебе хватит рефлексии и юмора, чтобы оценить твой собственный (и Ларсена) подход.

Ещё раз попробую: даже если бы Резерфорд ошибся бы в опыте, это ничего не меняет: распределение масс и заряда в атоме (и молекулах позже), конструкция атома и состав ядра изучалось в миллионах и триллионах (как считать) опытов (хоят бы ускорительных). И каждый из них ничуть не менее доказателен, а может - и более, ввиду высокого инженерного совершенства оборудования. Они не вошли в учебники, нигде не упоминаются "не считаются" как доказательства планетарной модели по той же причине, по которой ты, слетав в Штаты, не откроешь Америку. Просто все считают это самоочевидным (конечно, буде у кого возникнет сомнение, он может попробовать, подумать и убедиться, но в учебники это всё одно ни разу не попадёт).
При всей слабости рассуждений Колумба, при всех его ошибках и даже явных подлогах, он просто был первым, кто указал на интересный факт - землю за морем (хотя и полагал её Индией). Резерфорд точно так же просто был первым, кто предложил слабую, неверную, но в целом - прогрессивную модель. Опровергать его - просто глупо, тут прямая аналогия с опровержением доказательств Колумба.

Скажем, http://library.rstheory.org/books/cana/02.html
"Ратующий за логику" человек (и ты ни секунды не раздумывая вслед за ним) прямо на твоих глазах совершает подмену: вместо того чтобы сказать "по совокупности фактов после опытов Резерфорда и многих других, физики получили основания думать" говорит "после опытов Резерфорда физики стали думать". На твоих глазах ловкими руками творит подлог, и да - ты начинаешь думать "а с чего бы этот опыт настолько уж убедителен? эва как! на что купились-то, нечистоплотные!".
Хотя если смотреть не на распределение массы, а на распределение зарядов (как и было в реальности, Ларсон и тут делает подлог), все "критические" построения Ларсона развеиваются пылью. Сразу видно, в какой области есть отрицательный электрический заряд и электрон, есть способы отодрать эту детальку и посмотреть на ядро в чистом виде, ну и т.п.

Нет, мне самому мои слова не кажутся в чём-то смешными. Замечание про монолог - это витиевато высказаное "я мненью Вашему вращенье придавал, имея осью детородный орган"?
Мысль знакома.

Но ты тогда нарушаешь правила игры((С)Берн) в "критичность" и "беспристрастное рассмотрение", тут уже другой расклад и другие интересы.

[jayrandom.livejournal.com]

Всё-таки мне сложно поверить в то, что ты прочитал достаточно. Как я определяю, что недостаточно? По ситуации, в которую ты меня ставишь: отвечая, я пересказываю тебе текст Ларсона своими словами. Это довольно нелепо, поскольку ты тоже умеешь читать.

Резерфорд экспериментально обнаружил отклонение. Это всё, что относится к эксперименту, остальное - объяснение - относится к развитию теории.

А пошаговое построение теории очень зависит от порядка входящих в неё предположений. Стоит один раз (необязательно намеренно) изменить порядок, как возникает петля обратной связи. Существование в атоме электронов и компенсирующих положительных зарядов было до опыта Резерфорда предположением, в частности Томсона с его пуддингом (тут я доверяю Ларсону, но если ты считаешь по-другому, можешь привести другой до-Резерфордовский опыт, доказывавший концентрацию заряда). Вскоре после опыта Резерфорда стало считаться, что он это предположение доказал экспериментом.
Википедия по этому поводу говорит следующее:

The Rutherford paper suggested that the central charge of an atom might be "proportional" to its atomic mass in hydrogen mass units u (roughly 1/2 of it, in Rutherford's model). For gold, this mass number is 197 (not then known to great accuracy) and was therefore modeled by Rutherford to be possibly 196 u. However, Rutherford did not attempt to make the direct connection of central charge to atomic number, since gold's place on the periodic table was known to be about 79 u, and gold's "atomic number" (at that time merely its place number in the periodic table) that Rutherford did not formally suggest the two numbers (atomic number and nuclear charge) might be exactly the same.
A month after Rutherford's paper appeared, the proposal regarding the exact identity of atomic number and nuclear charge was made by Antonius van den Broek, and later confirmed experimentally within two years, by Henry Moseley.

http://en.wikipedia.org/wiki/Rutherford_model

Однако ни тот ни другой эксперимент не доказывает концентрации заряда: было предложено лишь одно из возможных объяснений, согласующееся с экспериментом.

То, что некоторое теоретическое предположение согласуется (=не конфликтует) с экспериментом ещё не означает, что это предположение из эксперимента следует. Это просто одно из возможных объяснений. Дальше в науке принято выбирать наиболее простое объяснение - это и есть принцип Оккама. Однако чтобы его выбрать, нужно было рассмотреть альтернативы. Ларсон утверждает, что они рассмотрены не были. Если ты считаешь по-другому, это опять же очень просто доказать: приведи конкретную статью, где это было сделано.

Вообще, хватит лениться. Что это за абстрактные "опыт Резерфорда и многих других"? Давай конкретно: кто доказал и как доказал концентрацию заряда? (Как единственное объяснение, а не просто провёл очередной не конфликтующий с принятой моделью эксперимент.) Если не знаешь, но почему-то хочешь меня убедить - найди и продемонстрируй. Делов-то :) А иначе чего руками в воздухе разводить...

[b-my.livejournal.com]

Нет. Ты сам себя ставишь в эту ситуацию, упорно игнорируя мой основной посыл. Тут ошибка - не с конкретными теориями, тут бага в способе думать, в способе рассмотрения, в подходе.
Прежде чем уходить в дебри, давай сойдёмся в основе. Я попробую ещё раз, с другой стороны. Вот смотри, имеются независимые наблюдения:

1. А стоит с вытянутой рукой в сторону Б
2. Б падает
3. мозги Б размазаны по стене за ним
4. наблюдатель рядом слышал сильный щелчок
5. в вытянутой руке у А - дымящийся пистолет "Глок" 9мм, серийный номер 123456
6. баллистическая экспертиза говорит, что 9мм пуля, прошедшая через голову Б, выпущена из пистолета "Глок" с серийным номером 123456

Вопрос номер 1: какой из этих фактов сам по себе, в отрыве от остальных неопровержимо доказывает причастность А к смерти Б, не оставляя альтернативных объяснений?

Вопрос номер 2: верно ли, что какое-то из наблюдений с 1 по 6 несущественно (хотя и укладывается в версию следствия)?

Вопрос номер 3: наблюдения с 1 по 6 стали известны полиции Нска после того и вследствие того, что следователь обнаружил, что А и Б состоят в одной банде. Наблюдение следователя было критично для направления следствия по определённому пути.
Важен ли на суде для определения причастности А к убийству подробный разбор отношений, в которых А и Б состояли?

До того, как мы убедимся, что мы одинаково понимаем суть построения теории и доказательств, разбирать более сложный случай бессмысленно.

[jayrandom.livejournal.com]

Давай так: я согласен, что мы по-разному понимаем суть построения теории и доказательств.
Но мне не кажется, что я тут с пользой провожу время.

Меня в этой теме интересует только документальное доказательство того, что заряд атома сконцентрирован там же, где и масса (назовём его тезисом "Ч"). К доказательству есть обязательное требование, чтобы доказываемый тезис не употреблялся одновременно как предположение (т.е. чтобы не возникало цикла).

Если ты можешь привести любую работу, которая не предполагая тезиса "Ч" приходит к нему, как к наиболее простому выводу, я буду очень тебе благодарен. Да и не только я.

Но снять эти минимальные ограничения я к сожалению не могу. Даже если они кажутся странными.

[b-my.livejournal.com]

Мне тоже так не кажется, но дело твоё.
У тебя подход "математический": указание на _возможную_ некорректность одного пункта в доказательстве лишает смысла всё доказательство. Что в данном случае - не так.
В физике ситуация другая, вот аналогия: имеем набор экспериментальных точек, которые аппроксимируются функцией-моделью. Чем лучше и точнее функция (теория) описывает данные, чем она проще (бритва Оккама) и чем меньше в ней подгоняемых параметров - тем лучше функция (теория). Одиночный факт имеет значение только если он не попадает на кривую, но одиночной точке сложная функция не строится в любом случае. Рулят только попадания кривой в факты и предсказательная сила, но не имеет значения, откуда и насколько обоснованно кому-то в голову пришла идея той или иной аппроксимации.
Сильно таки советую подумать над методологией, а уж потом всерьёз на меня обидеться. :)

Факты...
Ну, как ты отнесёшься к тому, что в мире Ларсона все твёрдые вещества (за исключением металлов) прозрачны и практически не взаимодействуют со светом (коэффициент преломления меньше такового у воздуха при н.у. в нашем мире)?
Нет распределённых по атому зарядов - нет больших диполей - нет возможности ощутимо реагировать на электромагнитные поля малой напряжённости. Раз вещество без свободных носителей заряда (что проверяется) так сильно реагирует на свет, значит, заряды в нём существенно разделены и в достаточной степени свободны.
Ещё более интересна количественная сторона вопроса, её зависимость, к примеру, от частоты ЭМ-волн (см. справочники). Но уже качественно...

Почему я начал было так издалека? Потому что я вижу "альтернативные объяснения" ЛЮБОМУ отдельному реальному или даже мыслимому эксперименту. В пределах ЖЖ-разговора ты не будешь их согласовывать строго количественно, а я не могу этого просить. Мне нужно знать, сколь далеко ты готов зайти в "расчистке завалов" и "ломке ортодоксальных представлений".

Например, в ответ на мои слова выше ты (Ларсон в твоей голове) можешь заявить, что свет вовсе не обязан быть электромагнитной волной. Можешь поставить под сомнение известную величину напряжённости электрического поля известного нам в быту света. Можешь сказать, что к известным уравнениям ЭМ-поля прилагается довесок, который фиксит проблему. Можешь сказать, что непрозрачность тел - иллюзия восприятия в человеческом глазу. На каждый твой аргумент я найду некое экспериментальное опровержение. Но ты как-нить возразишь. Выйдет традиционный "альтернативный спор", а вот ЭТО мне как раз кажется бессмысленным.

Я хотел с самого начала договориться о границах и правилах, в рамках которых тебя интересуют доказательства. Что из известного ты готов отнести к заведомому мусору, а на что можно опираться. Ну или увидеть понимание тобой того, что аргументы тебя на самом деле не интересуют.

З.Ы., сори за правки.

[jayrandom.livejournal.com]

А никто и не обижается.
Предложение не терять зря времени чисто практическое: если меня моя точка зрения устраивает и тебя твоя точка зрения тоже устраивает, а в передаче мыслей на расстоянии возникли трудности аксиоматического характера, то мы можем (оба) это время потратить на что-то с нашей точки полезное. Оптимизация.

Про "прозрачный" мир Ларсона - это снова предположение. У Ларсона, как оказалось, есть и своя конструктивная теория того, как мир устроен (взаимодействие со светом там объясняется по-другому). Правда, чтива в этом на порядок больше, чем в "Case against nuclear atom", но мне стало очень любопытно, и я решил инвестировать в это своё время. Тем более, что многие его выводы смыкаются с моими контрольными точками (существовавшими до моего знакомства с Ларсоном). Текст не так компактен и наглядно изложен, как хотелось бы, но выводы очень интересные. Захватывает весьма. Защищать не буду, пока не дочитаю (да и потом не уверен :).

В плане "расчистки завалов" и "ломки ортодоксальных представлений" я готов зайти довольно далеко, поскольку мне эти представления никаким боком не родные. Ну, учил когда-то в школе, ну учил в универе, мало ли. Но я по поводу изученного никому никаких присяг не давал, поэтому мне тут легко сделать большой отшаг в сторону и посмотреть, что на этом можно выиграть. Если заявленное правда - это очень и очень здорово. Нет - ну ладно, полезный опыт. Пока я в субъективном плюсе :)

[b-my.livejournal.com]

У Ларсона, как оказалось, есть и своя конструктивная теория того, как мир устроен (взаимодействие со светом там объясняется по-другому).
Отказ от _лично_ провереных количественно основ теории - это для меня слишком далеко. :) И вряд ли тебя устроят хоть какие-то экспериментальные факты из нашей реальности позже 1900-го: они все проникнуты этим и опираются на логические ошибки. :)

Единственное что могу посоветовать: кушай всё ж с осторожностью. Бритва Оккама и всё такое. :)

[jayrandom.livejournal.com]

Спасибо, постараюсь не порезаться.

У меня есть к тебе один забавный экспериментальный факт существенно позже 1900-го года: "Неловкая ситуация с гравитационной постоянной". Вполне осознаю, что это оффтопик, но просто вот такая любопытная сводка. Мейнстримные физики лично проверяли количественные основы теории.

[b-my.livejournal.com]

Я помню этот факт - малую точность G - ещё с универа.
И я читаю Иванова. :)

Если ты к тому, что в науке бывают такие казусы... Ну да, бывают.
G - действительно очень сложно измерить. Просто попробуй сам вдуматься в проблему: за что зацепиться-то? Все массы, которые мы можем померить без применения G - ну очень маленькие. У меня лично вся надежда на измерение Gm_Луны :) Жалко, никто не додумался/бабла не проплатил, а цель-то - реальная, не флаговтык какой... :)

Что касается анекдотов с точными измерениями в физике, я могу рассказать даже смешнее и интереснее. Знаешь опыт Милликена по определению заряда электрона?

[b-my.livejournal.com]

Но претензии тут неуместны. Точнее, они не туда выставлены.
Это ровно то же самое (не аналогия, а строгое "равно"), что сказать "у меня винда виснет, а ты говоришь, что математика - наука строгая". :)
Обычное дело, Лёв. Такие эксперименты - суть сложная инженерия, механика и машинерия, баги бывают не только в коде (которого, кстати, там тоже не по нолям). Ошибиться или чего-то не учесть при построении конкретной машины - более чем реально, об основах это ничего не говорит.

У тебя случай несколько иной, будь честен.

[b-my.livejournal.com]

А, да оборот "из книги следует"... Тебе нужно осторожнее относиться к тому, что следует из таких книг. Не то чтобы "клеймить их аффторов позором", против чего ты выступаешь, но относиться к каждому их высказыванию предельно критично, не принимая на веру ни-че-го.