На ветке http://elementy.ru/blogs/users/a-xandr/37761/#comments , при обсуждении структуры arxiv.su я предложил включить в перечень материалов «Методологию науки» и обещал написать краткую заметку по этому вопросу. К сожалению, получилось не очень кратко. Как быть: сокращать – не сокращать? Или изложить как-то иначе?


О методологии науки (в частности, физики)
(предназначается для школьников, студентов первых курсов и для непрофессионалов в данной области науки)

Если Вы не профессионал в данной области науки (например, непрофессиональный физик), это не должно ограничивать вашего стремления внести вклад в развитие научных идей (Хевисайд и Дирак были электротехниками, но сделали огромный вклад в теорию поля; Эмануил Кант был философом, но создал довольно правдоподобную космологическую теорию, и т.д., и т.п.). Тем не менее, требуется непрерывная работа над собой, чтобы овладеть математикой на высоком уровне и теми знаниями, что накоплены, по крайней мере, за последние 300-400 лет. Нужно твердо понимать, что и до Вас жили не дураки, и что они вполне могли создать что-то разумное. Прежде чем отвергать общепризнанные работы, познакомьтесь с основаниями, согласно которым они стали общепризнанными. Причем, желательно ознакомиться как можно с большим количеством работ по этой теме. Но, поскольку уже написано очень много всего, здесь следует научиться отделять реалистические теории от фантастических или гипотетических.

Для этого нужно знать методологию науки (и физики, в частности).

Методология науки предназначена ответить на вопрос: что в данной науке является ИСТИНОЙ, и дать метод, благодаря которому можно отделить истинное знание от ложного или бесполезного. Необходимость этого связана с практической деятельностью человека. Человек должен быть уверен, что то знание (теория), которым он владеет, дает ему возможность в любом месте, в любое время, любыми людьми, на любых установках. построить объект, который будет служить так, как задумано с самого начала. Например, человек должен иметь знание (теорию), согласно которой он может построить корабль, который будет плавать так, как человек заранее запланировал, будь то в России, или в Монголии, или в США.

Поэтому «истинное знание» определяется как такое знание, которое инвариантно относительно любых параметров мира: относительно пространства (места), времени, личности, и т.д. Истинное знание остается таковым в любом месте Земного шара, в любом государстве, в любой точке Вселенной. Оно сохраняет свою истинность, когда бы мы его не применяли: вчера, сегодня, завтра, через тысячу лет. Не может быть истинным знание (теория), которое одно у Петрова, другое у Сидорова и т.д.

Основной метод определения истинности знания был сформулирован Френсисом Беконом в 17 веке и развит на протяжении последующих веков. Знание считается истинным, если оно может быть проверено экспериментально независимо от места, времени, личности и т.п. факторов. Другими словами, единственным критерием истины является эксперимент (или шире, практика).

За прошедшие со времен Бекона века была отработана процедура и нормы постановки эксперимента и обработки результатов эксперимента с тем, чтобы установить с какой вероятностью данное явление можно считать истинным. Это целая наука и было бы безнадежно изложить ее здесь (см. в Интернете).

Все науки делятся на экспериментальные (естественные) и неэкспериментальные (гуманитарные). В гуманитарных науках нет определения истинности, а поэтому они не могут быть приняты как основание для практической деятельности человека. Они существуют для развития способностей человека в мышлении, для развлечения и обмана.

В любой экспериментальной науке (например, физике) следует очень четко представлять, в каких границах теория является истинной. В любой экспериментальной науке истиной является только результат эксперимента (неоднократно подтвержденный). Теория – это относительная истина. Грубо говоря, это - «слова» которые человек выдумал, чтобы описать экспериментальные факты. А «слов», как вы понимаете, можно выдумать очень много. Особенно много в том случае, когда теория опережает эксперимент, т.е. экспериментальных фактов очень мало, а мы пытаемся загодя описать их теоретически.

Так, бессмысленно разрабатывать теорию, в которой нарушается закон сохранения энергии. И это не потому, что какая-то группа физиков так решила. Все дело в эксперименте: нет ни одно прямого эксперимента, нет ни одного косвенного эксперимента (а это подавляющее число всех вообще экспериментов и практических результатов), в котором существовал бы даже намек на нарушение закона сохранения энергии. Если уж вы уверены, что физики ошиблись, то прежде, чем писать теорию, проведите и продемонстрируйте такой эксперимент (но обязательно согласно методологии экспериментальной работы), в котором закон сохранения нарушается. Никто тогда не будет возражать против вашей теории.

Также бессмысленно пытаться доказывать неверность СТО или ОТО (они чаще всего подвергаются нападкам). СТО – это два постулата. Постулаты не доказываются, они просто «назначаются». Но они должны быть проверены экспериментом, чтобы стать рабочим инструментом теории. В данном случае, они проверяются своими следствиями: преобразованиями Лорентца и следствиями из этих преобразований (а их огромное множество: законом эквивалентности массы и энергии и многими другими). Нет ни одного эксперимента, в которых эти следствия нарушаются (попросту говоря, если бы требование инвариантности относительно преобразований Лорентца было неверно, то ни классическая электродинамика, ни все, что составляет теорию Стандартной Модели, не были бы верными; а ведь они подтверждаются всей практикой человека и огромным числом экспериментов). Не пытайтесь доказать физикам, что СТО неверно. Они это не примут не потому, что они составили заговор, а потому что в физике критерием истины является эксперимент. Все, что вы можете сделать – это создать такие постулаты, из которых будут следовать преобразования Лорентца и все остальное, что дает СТО, т.е. то, что проверено экспериментом. И никто не будет возражать против такой теории.

Сказанное относится к любой новой теории.

Общий совет начинающим теоретикам: не читайте только тех, кто вам близок по духу. Читайте, прежде всего, профессиональных авторов. И они могут ошибаться, но они никогда не станут строить теорию, которая противоречит эксперименту.

Например, многие очень крупные физики сейчас увлечены теорией струн. Но все профессиональные физики прекрасно понимают, что эта теория является пока чисто математическим развлечением, поскольку совершенно не проверена экспериментом и не будет проверена в ближайшие тысячу лет. Таким образом, можно развлекаться, но нужно отдавать себе отчет, что это именно развлечение, а не физика. Физикой она станет, когда будет проверена экспериментом.

Теория Расширяющейся Вселенной в лучшем положении: существуют экспериментальные данные, подтверждающие ее, но их немного, а трудностей у теории очень много (конечно, сторонники каждой теории стараются убедить других, что все в порядке; но именно поэтому нужно хорошо знать весь круг вопросов, чтобы увидеть, где кончается проверенное, а где начинаются предположения).

Много пишут о черных дырах и темной энергии. Прежде, чем строить теорию, проверьте, действительно ли существуют эксперименты, подтверждающие эти явления. На самом деле существование черных дыр и темной энергии экспериментально еще не доказано. Существование темной материи тоже. Все это пока интерпретация некоторых наблюдательных данных. Можно строить любые теории на этот счет. Другими словами, эти теории пока находятся в ранге гипотетических.

Не старайтесь в своей теории решить сразу все проблемы мира. Например, в микромире тяготение не играет никакой роли (на несколько порядков меньше энергия); поэтому совершенно бессмысленно из теории тяготения пытаться построить теорию элементарных частиц (хотя, конечно, тяготение должно появляться уже на этом уровне, поскольку оно присуще также и элементарным частицам). Скорее из теории элементарных частиц должна следовать теория тяготения (или они обе должны следовать из некоторой общей теории).

Ставьте конкретную задачу. Например, не описывайте сразу все элементарные частицы, а начните отдельно с электрона и позитрона, потом рассмотрите протон и т.д., и только затем попытайтесь обобщить вашу теорию на семейства, и т.д. Все частицы - очень разные, а вам будет очень трудно сказать нечто новое обо всех сразу.

Несколько технических советов.

В науке выработаны некоторые правила написания статей. Это помогает автору не упустить что-то существенное, а читателям – легче понять мысль автора. Познакомьтесь с ними подробно. Разбиение статьи на части, содержимое каждой части, терминология и т.д. и т.п. Ваши статьи должны быть легко читаемы; учтите, редко у кого есть свободное время анализировать не мысли, а слова).

Полезно читать английские статьи, поскольку основная масса профессиональных работ пишется сейчас на английском. Если есть переводы, хорошо, но их сравнительно немного. Если вы всерьез увлекаетесь наукой, учите английский и чем раньше, тем лучше.

Требования методологии физики к структуре новой теории.

1. Новая теория должна быть основана на своем собственном базисе аксиом, позволяющих доказать теоремы, следствием которых будут аксиомы прежней теории.

2. Новая теория должна в пределе переходить в старую теорию.

3. Новая теория должна давать новые результаты и предсказания, которые не может дать прежняя теория.

Если ваша теория удовлетворяет всем этим требованиям, она по праву получит статус новой теории.