Struktura rewolucji relatywistycznej i kwantowej w fizyce. Wojciech Sady

trudność usunąć, a nikt wówczas nie wiedział i wiedzieć nie mógł, czy zadowalające rozwiązania zostaną znalezione.

      Jeśli odwołać się do historycznych mitów, typowych dla podręczników i prac popularyzatorskich (zob. § 3), to przełom miał nastąpić po ogłoszeniu wyników eksperymentu Michelsona i Morleya z 1887. Wszystkie znane mi podręcznikowe opowieści przemilczają ich eksperyment z 1886, jeśli jednak uwzględnić wyniki obu eksperymentów i umieścić je w historycznym kontekście, to zapanowała wtedy sytuacja patowa: wynik pierwszego potwierdził hipotezę Fresnela, wynik drugiego potwierdził niezgodną z nią hipotezę Stokesa. A jak zareagował na to sam Michelson? Otóż brakiem przesunięcia prążków interferencyjnych w eksperymencie z 1887 specjalnie się nie przejął: badań na ten temat nie kontynuował, a uzyskanych wyników nie potraktował jako anomalii podważających podstawy fizyki klasycznej. Kilkanaście lat później pisał:

      Wszystkie ważniejsze fundamentalne prawa i fakty z zakresu nauk fizycznych zostały odkryte, a są one tak mocno ustalone, że możliwość, by w wyniku nowych odkryć zostały wyparte, jest niezwykle odległa. Niemniej jednak stwierdzono, że istnieją wyraźne wyjątki od większości tych praw, a jest tak w szczególności wtedy, gdy obserwacje sięgają granic, tj. ilekroć sytuacje eksperymentalne pozwalają badać przypadki ekstremalne. Takie badania prawie na pewno prowadzą nie do obalenia prawa, ale do odkrycia innych faktów i praw, których działanie wytwarza pozorne wyjątki (Michelson 1903: 23).

      Inni też nie obwieszczali końca fizyki klasycznej. Nadal próbowano wyjaśnić wyniki wspomnianych powyżej eksperymentów w ramach obrazu świata mechaniki newtonowskiej, zwykle nawiązując do hipotezy Stokesa. W 1898 Planck w liście do Lorentza spekulował, że eter jest ściśliwy i wskutek działania sił grawitacyjnych ulega przy powierzchni Ziemi kondensacji. Theodor Des Coudres i Wilhelm Wien ok. 1900 twierdzili, że ilość eteru, jaką poruszające się ciało unosi ze sobą, jest proporcjonalna do jego masy. Inni przez wiele lat powtarzali eksperyment Michelsona-Morleya z 1887, rozmaicie go modyfikując – i czasem ogłaszali, że dostrzegli przesunięcie prążków interferencyjnych. Tych badań omawiać tu nie będę, tym bardziej że coraz częściej do akcji wkraczali pseudonaukowcy.

      W 1900 podczas odczytu w Royal Institution William Thomson mówił o dwóch chmurach wiszących w ostatniej ćwierci XIX wieku nad teorią dynamiczną, według której ciepło i światło są pewnego rodzaju ruchami.

      Pierwsza powstała wraz z falową teorią światła, a borykali się z nią Fresnel i dr Thomas Young; wiązała się z pytaniem, w jaki sposób Ziemia mogłaby poruszać się przez elastyczne ciało stałe, jakim zasadniczo jest eter świetlny (W. Thomson 1901, § 1).

      Ale w tym tekście brak wzmianek o trzech grupach „anomalii” omawianych w tym rozdziale.

      Choć powyżej użyłem, z uwagi na Kuhnowską tradycję, terminu „anomalia”, nie będę tego czynił poniżej. Jest on mylący, a pojawia się jedynie w historii nauki tworzonej wstecz – gdyby znaleziono klasyczne wyjaśnienia wspomnianych zjawisk, nikt nie nazywałby ich potem anomaliami. Ponieważ ok. 1900 nikt nie wiedział, czy problemy związane z aberracją gwiezdną, poprzecznością fal świetlnych i brakiem wpływu ruchu Ziemi na przebieg szeregu zjawisk optycznych znajdą klasyczne rozwiązanie czy nie, to nikt nie wiedział też, czy ma do czynienia z „anomaliami”, czy z „wielkimi odkryciami”.

      Równie mylące bywa użycie określenia „hipoteza ad hoc”. Popper, Hempel, Kuhn, Lakatos i inni rozumieją przez nie twierdzenia formułowane tylko po to, by ratować teorię w taki czy inny sposób zagrożoną przez wyniki eksperymentów. Nigdy dokładnie tego terminu nie zdefiniowano, nie podano kryteriów pozwalających odróżnić hipotezy ad hoc od tych, które takimi nie są (zob. Hempel 1966, § 3). Powstaje pytanie, czy użycie tego terminu pozwala trafnie opisać to, co robią naukowcy. Gdy Popper pisał w cytowanym już tekście, że praca naukowca polega na wymyślaniu i sprawdzaniu teorii, a empiryści logiczni wyróżniali kontekst uzasadniania jako tę część pracy naukowców, która decyduje o naukowym charakterze całego przedsięwzięcia, to zdawali się sądzić, że faktycznie dużą część czasu zajmuje naukowcom weryfikowanie, potwierdzanie czy falsyfikowanie sformułowanych wcześniej hipotez. A przecież jeśli zajrzymy do wybranych losowo artykułów naukowych, to stwierdzimy, że bardzo niewiele z nich zawiera coś, co – zgodnie z wyobrażeniami filozofów nauki – da się określić jako procedury sprawdzania hipotez lub teorii. Prawie wszystkie artykuły naukowe zawierają wyniki badań eksperymentalnych lub dociekań teoretycznych, których celem jest wzbogacenie naszej wiedzy. Gdy Bradley odkrył aberrację gwiezdną, to nie sprawdził w ten sposób hipotezy, że Ziemia krąży wokół Słońca, ale na podstawie wyników obserwacji i już posiadanej wiedzy, m.in. o ruchu Ziemi wokół Słońca, obliczył prędkość światła. Badania nad interferencją światła nie służyły sprawdzeniu teorii falowej, ale na podstawie teorii falowej i wyników tych badań ustalono, jakie są – nieznane wcześniej – długości fal świetlnych. I tak dalej.

      Kluczowe dla zrozumienia postaw XIX-wiecznych badaczy jest to, że dla teorii m-falowej nie było w tamtym czasie alternatywy. A przede wszystkim nie było, co jeszcze ważniejsze, alternatywy dla mechaniki klasycznej. To mechanika kształtowała sposoby, w jakie ówcześni fizycy spostrzegali zjawiska i o zjawiskach myśleli. Była programem wiodącym ich do badań i badania te ukierunkowującym – a nie czymś, co można kwestionować. Co więcej, zaangażowani w badania nad światłem naukowcy nie zdawali sobie sprawy z wpływu, jaki na ich postrzeganie i myślenie wywierała mechanika klasyczna.

      Wszystkie hipotezy, które miały wyjaśnić nieistnienie świetlnych fal podłużnych, aberrację gwiezdną i brak wpływu ruchu Ziemi na przebieg zjawisk optycznych na jej powierzchni, należały – mimo dziwaczności niektórych – do obrazu świata mechaniki klasycznej. To prawa mechaniki podpowiadały np., że fale podłużne nie będą powstawać przy takich a takich własnościach sprężystych eteru. Fresnel, Cauchy i MacCullagh nie tyle wymyślali – w irracjonalnym wzlocie wyobraźni – swoje hipotezy, ile wybierali tę czy inną z możliwości dopuszczalnych przez prawa mechaniki. (Można powiedzieć, że odpowiadali oni na pytanie generowane przez ówczesną wiedzę w sensie logiki pytań Andrzeja Wiśniewskiego (1995)).

      Prawie wszyscy fizycy są dziś bardzo mocno przekonani, że klasyczne wyjaśnienia omówionych powyżej „anomalii” nie istnieją. Źródłem tego przekonania nie jest to, że od blisko dwóch stuleci takowe nie zostały znalezione (choć pseudonaukowcy nadal zalewają rynek idei propozycjami wyjaśnienia eksperymentu Michelsona-Morleya z 1887 przy użyciu praw mechaniki Newtona), ale to, że uzyskano ich w pełni zadowalające wyjaśnienia w ramach innego programu badawczego, niezgodnego z mechaniką klasyczną. Jak przekonująco wykazał kiedyś Paul Feyerabend (1963), do „falsyfikacji” teorii dochodzi nie wtedy, gdy wyniki eksperymentów zaprzeczają wynikającym z niej przewidywaniom, ale gdy te wyniki zostają wyjaśnione w ramach teorii konkurencyjnej, z tamtą niezgodnej. (Feyerabend twierdzi w związku z tym, że postępowi wiedzy służy mnożenie alternatywnych teorii, co z kolei jest zupełnie obce ujęciu prezentowanemu w tej książce).

      Powstaje pytanie, jak mogło dojść do sformułowania tego konkurencyjnego programu, mimo że mechanika klasyczna wywierała bezwzględną presję na myślenie naukowców przełomu XIX i XX w. Jak można pomyśleć coś, czego pomyśleć się nie daje? Odpowiem na to tak – co stanie się jasne w miarę postępu rozważań – że nowe możliwości myślowe muszą, w pewnym ważnym sensie, pojawić się poza umysłami zaangażowanych w badania jednostek. Przekonamy się zaraz, że tych idei, które umożliwiły sformułowanie szczególnej teorii względności, nikt nie stworzył świadomie, w (irracjonalnym?) wzlocie intuicji twórczej. System