Текст книги "Мир философии"

Автор книги: Павел Гуревич

сообщить о нарушении

Текущая страница: 54 (всего у книги 111 страниц)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД

Одна из наиболее важных отличительных черт современной науки в сравнении c наукой раннего периода состоит в подчеркивании того, что называют "экспериментальным методом". Как мы уже видели, все эмпирическое познание в конечном счете основывается на наблюдениях, но эти наблюдения могут быть получены двумя существенно отличными способами. В неэкспериментальных ситуациях мы играем пассивную роль. Мы просто смотрим на звезды или на некоторые цветы, замечаем сходства и различия и пытаемся обнаружить регулярности, которые могут быть выражены как законы. В экспериментальных исследованиях мы играем активную роль. Вместо того чтобы быть случайными зрителями, мы что-то делаем для получения лучших результатов, чем те, которые мы получаем путем простого наблюдения явлений природы. Вместо того чтобы ждать, когда природа обеспечит нам ситуацию для наблюдения, мы пытаемся создать такую ситуацию. Короче, мы делаем эксперименты.

Экспериментальный метод продемонстрировал свою громадную плодотворность. Огромный прогресс, достигнутый в физике в последние два столетия и особенно в последние несколько десятилетий, был бы невозможен без экспериментального метода. В таком случае можно спросить, почему экспериментальный метод не используется во всех областях науки?

В некоторых областях его не так легко использовать, как в физике. В астрономии, например, мы не можем сообщить планете толчок в некотором другом направлении и посмотреть, что c ней случится. Астрономические объекты вне пределов досягаемости. Мы можем только наблюдать и описывать их. Иногда астрономы могут в лаборатории создавать условия, подобные, скажем, условиям на поверхности Солнца или Луны, а затем наблюдать, что случится при этих условиях. Но в действительности это есть не астрономический, а физический эксперимент, который имеет лишь некоторое отношение к астрономическому познанию.

Совершенно другие причины препятствуют ученым в области общественных наук производить эксперименты c большими группами людей. Эти ученые производят эксперименты c группами, но обычно это малые группы людей. Если мы хотим узнать, как реагируют люди, когда они не в состоянии получить воду, мы можем взять двух или трех человек, установить им диету без жидкости и наблюдать их реакцию. Но это не покажет нам, как будут реагировать большие общины, когда будет отключено водоснабжение. Было бы интересным экспериментом – отключить водоснабжение, например, Нью-Йорка. Станут ли люди неистовствовать или сделаются апатичными? Попытаются ли они организовать революцию против городского управления? Конечно, никакой ученый в области общественных наук не будет планировать постановку такого эксперимента, потому что он знает, что общество не позволит ему этого. Люди не разрешат ученым играть их насущными нуждами.

Даже тогда, когда по отношению к общине не проявляется никакой действительной жестокости, часто существует сильное общественное противодействие экспериментам c группами людей. Например, в Мексике имеются племена, которые исполняют ритуальные танцы, когда происходит затмение Солнца. Члены этих племен убеждены, что таким путем они могут задобрить бога, который вызывает эти затмения. Наконец свет солнца появляется снова. Предположим, что группа антропологов попытается убедить этих людей, что их ритуальные танцы не имеют никакого отношения к появлению солнца. В этих целях они предложат племени в качестве эксперимента не исполнять танцев во время очередного солнечного затмения и посмотреть, что из этого -выйдет. Члены племени возмутятся этим. Для них это будет означать подвергнуть себя риску остаться навсегда в темноте. Они так сильно верят в свою версию, что не захотят подвергаться испытанию. Таким образом, вы видите, что существуют препятствия для экспериментов в общественных науках даже тогда, когда ученые убеждены, что никакой социальной тревоги эти эксперименты не вызовут, если будут осуществлены. В общественных науках ученые ограничиваются в общем тем, что они могут узнать из истории и из экспериментов c индивидами и малыми группами.

Экспериментальный метод особенно плодотворен в тех областях, где существуют количественные понятия, которые могут быть точно измерены. Как ученый планирует эксперимент? Трудно описать общую природу эксперимента, поскольку существует так много его разновидностей, что можно указать только немногие их общие черты.

Прежде всего мы пытаемся определить существенные факторы, относящиеся к явлению, которое хотим исследовать. Некоторые факторы – но не слишком многие – должны быть оставлены в стороне как несущественные. Например, в экспериментах в области механики, где встречаются колеса, рычаги и тому подобные, мы можем не рассматривать трение. Мы знаем, что трение существует, но полагаем, что его влияние слишком мало, чтобы оправдать усложненный эксперимент, который бы учитывал его. Подобным же образом в экспериментах c медленно движущимися телами мы можем игнорировать сопротивление воздуха. Если мы имеем дело c очень высокими скоростями, такими, как сверхзвуковая скорость снаряда, то мы не можем больше игнорировать сопротивление воздуха. Короче, ученый не принимает во внимание только те факторы, влияние которых на его эксперимент, как он полагает, будет незначительным. Иногда, чтобы избежать слишком сложного эксперимента, он даже может игнорировать факторы, которые, как он полагает, могут иметь важный эффект...

В качестве простого примера рассмотрим следующий эксперимент c газом. Мы делаем грубое наблюдение, что температура, объем и давление газа часто изменяются одновременно. Мы хотим знать точно, как эти три величины соотносятся друг c другом. Четвертым существенным фактором будет состав газа, который мы используем. Мы можем произвести эксперимент c другим газом позднее и сначала решаем держать этот фактор постоянным, используя только чистый водород...

Прежде чем приступить к эксперименту, имеющему целью определить, как связаны три фактора – температура, объем и давление, – нам необходимо осуществить некоторые предварительные эксперименты, чтобы быть уверенными, что не существует никаких других существенных факторов. Мы можем подозревать, что некоторые факторы будут существенными, а некоторые – нет. Например, является ли существенной форма сосуда, содержащего газ? Мы знаем, что в некоторых экспериментах (например, при распределении электрического заряда и его поверхностного потенциала) форма предмета имеет важное значение. Здесь же нетрудно определить, что форма сосуда несущественна, важен только его объем.

Мы можем использовать наше знание природы, чтобы исключить многие другие факторы. Астролог может войти в лабораторию и спросить: "Вы проверили, как сегодня расположены планеты? Их положение может иметь некоторое влияние на ваш эксперимент". Мы рассматриваем это как несущественный фактор, ибо полагаем, что планеты находятся слишком далеко, чтобы оказать такое влияние.

Наше предположение о несущественности влияния планет является верным, но было бы ошибкой думать, что мы можем автоматически исключить различные факторы просто потому, что, как мы полагаем, они не оказывают никакого влияния на процесс. Не существует никакого способа убедиться в этом, пока не будут проведены экспериментальные испытания. Вообразите, что вы живете до изобретения радио. Кто-то ставит на ваш стол ящик и говорит вам о том, что если кто-либо поет в некотором месте на расстоянии тысячи миль отсюда, то вы услышите, как прибор в этом ящике исполняет точно ту же самую песню, в том же самом тоне и ритме. Поверите ли вы этому? Вероятно, вы ответите: "Невозможно. Не существует никаких электрических проводов, связанных c этим ящиком. Из моего опыта я знаю, что ничто происходящее за тысячу миль отсюда не может иметь какого-либо влияния на происходящее в этой комнате".

Это точно то же самое рассуждение, посредством которого мы пришли к выводу, что положение планет не может влиять на наш эксперимент c водородом! Очевидно, мы должны быть очень осторожными. Иногда существуют воздействия, о которых мы не можем знать, пока они не обнаружены. По этой причине самый первый шаг в нашем эксперименте, определяющий существенные факторы, иногда является трудным. Кроме того, этот шаг часто явно не указывается в отчетах об исследованиях. Ученый описывает только приборы, которые он использует, эксперимент, который осуществляет, и то, что он открывает в отношениях между некоторыми величинами. Он не добавляет к этому: "И кроме того, я обнаружил, что такие-то факторы не оказывают влияния на результат". В большинстве случаев, когда область, в которой происходят исследования, достаточно известна, ученый будет считать само собой разумеющимся, что другие факторы являются несущественными. Он может быть совершенно прав, но в новых областях следует быть крайне осторожным. Конечно, никто не будет считать, что на лабораторный эксперимент может повлиять то обстоятельство, смотрим ли мы на приборы c расстояния в десять дюймов или десять футов, или же находимся ли мы в добром или дурном расположении духа. Эти факторы, вероятно, несущественны, но абсолютно быть уверенными в этом мы не можем. Если кто-то подозревает, что эти факторы существенны, то должен быть проведен эксперимент, исключающий их.

Практические соображения будут удерживать нас, конечно, от испытания каждого фактора, который может быть существенным. Могут быть испытаны тысячи маловероятных возможностей, но просто не будет времени, чтобы исследовать их все. Мы должны руководствоваться здравым смыслом и уточнять свои предположения, только если случится нечто неожиданное, заставляющее нас рассматривать в качестве существенного фактор, который мы прежде игнорировали. Будет ли цвет листьев на деревьях вне лаборатории влиять на длину волны света, который мы используем в эксперименте? Будут ли части прибора функционировать иначе в зависимости от того, находится ли их законный владелец в Нью-Йорке или Чикаго, или же в зависимости от его отношения к эксперименту? Очевидно, что мы не имеем времени, чтобы испытать такие факторы. Мы предполагаем, что духовное состояние владельца оборудования не имеет никакого физического влияния на эксперимент, но члены некоторых племен могут думать иначе. Они могут верить в то, что боги будут помогать эксперименту, если владелец прибора хочет, чтобы эксперимент был осуществлен, и не будут, если собственник этого не хочет. Существующие верования могут, таким образом, влиять на то, что считать существенным. В большинстве случаев ученый, размышляя о проблеме, делает обычные догадки о том, какие факторы заслуживают рассмотрения, и, возможно, даже осуществит несколько предварительных экспериментов, чтобы исключить факторы, в которых он сомневается.

Предположим, что мы решили, что существенными факторами в нашем эксперименте c водородом являются температура, давление и объем. В нашем сосуде состав и общее количество газа остаются теми же самыми, потому что мы держим сосуд закрытым. Мы свободны, таким образом, в проверке отношения между тремя факторами. Если мы поддерживаем постоянную температуру, но увеличиваем давление, тогда мы обнаруживаем, что объем изменяется обратно пропорционально давлению, то есть если мы удвоим давление, то объем уменьшится на половину прежней величины. Если мы утроим давление, то объем уменьшится на одну треть. Этот известный эксперимент был осуществлен в семнадцатом столетни ирландским физиком Робертом Бойлем. Закон, который он открыл, известный как закон Бойля, утверждаем что если температура газа в замкнутом сосуде остается постоянной, то произведение объема на давление есть константа.

Затем мы сохраняем постоянным давление (помещая тот же самый груз на поршень), но изменяем температуру. Тогда мы обнаруживаем, что объем увеличивается, когда газ нагревается, и уменьшается, когда газ охлаждается. Путем измерения объема и температуры мы найдем, что объем пропорционален температуре. (Эту зависимость иногда называют законом Шарля в честь французского ученого Жака Шарля.) Мы должны позаботиться о том, чтобы не использовать при измерении ни шкалу Фаренгейта, ни Цельсия, а взять шкалу, в которой нуль является "абсолютным нулем" или равен – 273° шкалы Цельсия. Это – "абсолютная шкала", или "шкала Кельвина", введенная лордом Кельвином, английским физиком девятнадцатого века. Теперь легко приступить к экспериментальной верификации общего закона, охватывающего все три фактора. Такой закон фактически предполагается двумя законами, которые мы уже получили, но общий закон имеет большее эмпирическое содержание, чем два закона, взятые вместе. Этот общий закон утверждает, что если количество газа в замкнутом сосуде остается постоянным, то произведение давления на объем равно произведению температуры на R (PxV=TxR). В этом уравнении R представляет константу, которая меняется в зависимости от количества взятого газа. Таким образом, этот общий закон выражает отношение между всеми тремя величинами и является более эффективным для предсказаний, чем два других объединенных закона. Если мы знаем значения любых двух из трех переменных величин, тогда мы можем легко предсказать третью.

Этот пример простого эксперимента показывает, как можно сохранить некоторые факторы постоянными, чтобы исследовать зависимости, существующие между другими факторами. Он также показывает – и это очень важно плодотворность количественных понятий. Законы, определяемые c помощью этого эксперимента, предполагают умение измерять различные величины. Если бы это было не так, тогда пришлось бы сформулировать законы качественным образом. Такие законы будут значительно слабее и менее полезны для предсказаний. Без численных значений для давления, объема и температуры самое большее, что можно сказать об одной из величин, – это то, что она остается той же самой, или увеличивается, или уменьшается. Так, мы могли бы сформулировать закон Бойля следующим образом: если температура газа в замкнутом сосуде остается той же самой, а давление увеличивается, тогда объем будет уменьшаться. Когда давление уменьшается, объем увеличивается. Это, конечно, закон. Некоторым образом он даже похож на закон Бойля, но он, однако, значительно слабее его, потому что не дает нам возможности предсказать значение величины. Мы можем предсказать только то, что величина будет возрастать, уменьшаться или останется постоянной...

Мы видим, следовательно, как мало можно было бы сделать предсказаний и какими грубыми были бы объяснения, если бы наука ограничивалась качественными законами. Количественные законы в огромной степени превосходят их. Для таких законов мы должны, разумеется, иметь количественные понятия...

ТЕОРИИ И НЕНАБЛЮДАЕМЫЕ (ВЕЛИЧИНЫ)

Одним из наиболее важных различий между двумя типами законов в науке является различие между тем, что может быть названо (не существует никакой общепринятой терминологии для них) эмпирическими законами и теоретическими законами. Эмпирические законы представляют собой законы, которые могут быть подтверждены непосредственно эмпирическими наблюдениями. Термин "наблюдаемое" часто употребляется для любых явлений, которые могут восприниматься непосредственно, поэтому мы можем сказать, что эмпирические законы являются законами о наблюдаемых.

Здесь следует сделать предостережение. Философы и естествоиспытатели совершенно различным образом употребляют термины "наблюдаемое" и "ненаблюдаемое". Для философа "наблюдаемое" имеет очень узкое значение. Оно применяется к таким свойствам, как "синий", "твердый", "горячий". Такие свойства непосредственно воспринимаются чувствами. Для физика "наблюдаемое" имеет более широкое значение. Оно относится ко всем количественным величинам, которые могут быть измерены сравнительно простым, непосредственным путем. Философ не будет, вероятно, рассматривать температуру в 80° или вес в 93 1/2 фунта как наблюдаемые величины, поскольку невозможно непосредственное восприятие таких величин c помощью органов чувств. Для физика обе величины – наблюдаемые, потому что они могут быть измерены крайне простым путем. Тело может быть взвешено на весах. Температура измеряется термометром. Однако физик не скажет, что масса молекулы, не говоря уже о массе электрона, есть что-то наблюдаемое, потому что здесь процедура измерения является гораздо более сложной и косвенной. Но величины, которые могут быть найдены c помощью относительно простых процедур – длина c помощью линейки, время – часов, частота световых волн спектроскопа, – называются наблюдаемыми.

Философ может возразить, что сила электрического тока фактически не наблюдается: наблюдается только положение стрелки прибора. Амперметр включают в цепь и замечают, что его стрелка показывает отметку 5, 3. Разумеется, сама сила тока при этом не наблюдается. Она выводится на основе того, что наблюдалось.

Физик ответит, что все это довольно справедливо, но вывод здесь был не очень сложным. Сама процедура измерения настолько проста, так хорошо установлена, что не может быть сомнения в том, что амперметр обеспечит точное измерение силы тока. Следовательно, эта величина войдет в число тех, которые называются наблюдаемыми.

Здесь не может быть вопроса о том, какое употребление термина "наблюдаемое" является правильным или законным. Существует континуум, который начинается c непосредственных чувственных наблюдений и затем переходит к значительно более сложным, косвенным методам наблюдений. Очевидно, что в этом континууме нельзя провести никакой резкой разграничительной линии; все дело только в степени. Философ уверен в том, что он непосредственно воспринимает голос своей жены, находящейся в соседней комнате. Но допустим, что он слушает ее по телефону. Воспринимает ли он ее голос непосредственно? Физик, конечно, будет говорить, что, когда он рассматривает что-либо через обычный микроскоп, он воспринимает это непосредственно. Относится ли это также к тому случаю, когда он рассматривает предмет через электронный микроскоп? Наблюдает ли он путь частицы, когда рассматривает треки ее в пузырьковой камере? В общем, физик говорит о наблюдаемых в очень широком смысле в сравнении c узким смыслом, который имеет в виду философ, но в обоих случаях линия, отделяющая наблюдаемое от ненаблюдаемого, в значительной мере произвольна. Это следует иметь в виду всякий раз, когда эти термины встречаются в книгах, написанных философом или естествоиспытателем. Отдельные авторы будут проводить эту границу там, где это наиболее удобно в зависимости от своей точки зрения, и не существует никаких оснований, почему они не должны иметь такой привилегии.

Эмпирические законы, в моей терминологии, представляют собой законы, которые содержат либо непосредственно наблюдаемые термины, либо измеряемые сравнительно простой техникой. Иногда такие законы называют эмпирическими обобщениями, когда вспоминают, что они получаются путем обобщения результатов, обнаруживаемых посредством наблюдений и измерений. Сюда относятся не только простые качественные законы (такие, как "все вороны черные"), но также количественные законы, возникающие из простых измерений. Законы, связывающие давление, объем и температуру газов, принадлежат к этому типу. Закон Ома, связывающий разность электрических потенциалов, сопротивление и силу тока, является другим знакомым примером. Ученый делает повторные измерения, находит некоторые регулярности и выражает их в законе. Все эти законы являются эмпирическими законами. Как указывалось в ранних главах, они используются для объяснения наблюдаемых фактов и предсказания будущих наблюдаемых событий.

Не имеется никакого общепринятого термина для второго вида законов, которые я называю теоретическими законами. Иногда их называют абстрактными или гипотетическими законами. Термин "гипотетический", вероятно, не подходит сюда, поскольку он предполагает, что различие между двумя типами законов основывается на степени, c которой эти законы могут быть подтверждены. Но эмпирические законы, когда они являются рабочими гипотезами, подтверждаемыми только в незначительной степени, все же будут оставаться эмпирическими законами, хотя и можно будет сказать, что они имеют скорее гипотетический характер. Теоретические законы отличаются от эмпирических не тем, что недостаточно хорошо установлены, а тем, что содержат термины другого рода. Термины теоретических законов не относятся к наблюдаемым величинам даже тогда, когда принимается предложенное физиком широкое значение для того, что может быть наблюдаемо. Они являются законами о таких объектах, как молекулы, атомы, электроны, протоны, электромагнитные поля и другие, которые не могут быть измерены простым, непосредственным способом.

Если существует статическое поле обширных размеров, которое не изменяется от точки к точке, физик назовет его наблюдаемым, потому что оно может быть измерено простым прибором. Но если поле изменяется от точки к точке на очень малых расстояниях или же очень быстро во времени, может быть биллионы раз в секунду, тогда оно не может быть непосредственно измерено c помощью простой техники. Физик не назовет такое поле наблюдаемым. Иногда физик будет отличать наблюдаемое от ненаблюдаемого именно таким образом. Если величина остается той же самой в пределах достаточно большого расстояния или довольно большого интервала времени, так что для непосредственного измерения величины может быть применен прибор, тогда она называется макрособытием. Если величина изменяется в границах таких крайне малых интервалов пространства и времени, что она не может быть непосредственно измерена прибором, тогда она будет называться микрособытием. (Прежние авторы употребляли термины "микроскопический" и "макроскопический", но сейчас многие авторы сокращают эти термины до "микро" и "макро".)

Микропроцесс представляет собой просто процесс, охватывающий крайне малые интервалы пространства и времени. Например, таким процессом является колебание электромагнитных волн видимого света. Никаким инструментом нельзя непосредственно измерить, как изменяется его интечсивность. Иногда проводится параллель между макро– и микропонятиями и наблюдаемыми и ненаблюдаемыми величинами. Хотя в точности это не то же самое, но приблизительно они совпадают. Теоретические законы относятся к ненаблюдаемым величинам, которые очень часто характеризуют микропроцессы. Если это имеет место, то законы иногда называют микрозаконами. Я употребляю термин "теоретический закон" в более широком смысле, чем упомянутый, чтобы охватить все те законы, которые содержат ненаблюдаемые величины независимо от того, являются ли они микро– или макропонятиями.

Верно, что понятия "наблюдаемое" и "ненаблюдаемое", как отмечалось раньше, нельзя точно ограничить, поскольку они расположены на континууме. Однако на практике это различие обычно достаточно четко выражено, поэтому, вероятно, не вызовет спора. Все физики согласятся, что законы, связывающие давление, объем и температуру газа, являются эмпирическими законами. Здесь количество газа будет достаточно велико, чтобы величины, которые должны быть измерены, оставались постоянными в пределах достаточно большого объема пространства и периода времени. Это позволяет произвести простые измерения, которые впоследствии можно обобщить в законы. Все физики будут согласны в том, что законы о поведении отдельных молекул являются теоретическими. Такие законы относятся к микропроцессам, обобщения о которых не могут основываться на простых, непосредственных измерениях.

Теоретические законы являются, конечно, более общими, чем эмпирические. Важно понять, однако, что к теоретическим законам нельзя прийти, если просто взять эмпирические законы, а затем обобщить их на несколько ступеней дальше. Как физик приходит к эмпирическому закону? Он наблюдает некоторые события в природе, подмечает определенную регулярность в их протекании, описывает эту регулярность c помощью индуктивного обобщения. Можно предположить, что он сможет теперь собрать эмпирические законы в одну группу, заметить некоторого рода схему, сделать более широкое индуктивное обобщение и прийти к теоретическому закону. Но это происходит не так.

Чтобы разъяснить это, предположим, наблюдают, что железный брусок расширяется, когда он нагревается. После того как эксперимент повторяется многократно и всегда c тем же самым результатом, эта регулярность обобщается c помощью утверждения, что этот брусок расширяется, когда он нагревается. На основе этого устанавливается эмпирический закон, хотя он имеет узкую область применения и относится только к одному определенному бруску железа. Затем проводятся испытания c другими железными предметами, и впоследствии обнаруживается, что каждый раз, когда железный предмет нагревается, он расширяется. Это позволяет сформулировать более общий закон, а именно: все железные тела расширяются, когда они нагреваются. Подобным же образом устанавливаются еще более общие законы:

"Все металлы...", затем: "Все твердые тела...". Все они являются простыми обобщениями, каждый последующий имеет несколько более общий характер, чем предыдущий, но все представляют эмпирические законы. Почему? Потому что в каждом случае объекты, c которыми имеют дело, являются наблюдаемыми (железо, медь, металл, твердые тела). В каждом случае увеличение температуры и длины измеряется непосредственно, простой процедурой.

В противоположность этому теоретический закон, относящийся к такому процессу, будет касаться поведения молекул в железном бруске. Каким образом движение молекул связывается c расширением бруска, когда он нагревается? Вы видите сразу же, что мы говорим теперь о ненаблюдаемом. Мы должны ввести теорию – атомную теорию материи – и тотчас же перейти к атомным законам, содержащим понятия, радикально отличающиеся от тех, c которыми мы имели дело раньше. Верно, что эти теоретические понятия отличаются от понятий длины и температуры только по степени, c которой они прямо или косвенно наблюдаются, но различие это настолько значительно, что у нас не возникает сомнения в коренном отличии характера теоретических законов, которые должны быть сформулированы.

Теоретические законы относятся к эмпирическим законам в какой-то мере аналогично тому, как эмпирические законы относятся к отдельным фактам. Эмпирический закон помогает объяснить факт, который уже наблюдался, и предсказать факт, который еще не наблюдался. Подобным же образом теоретический закон помогает объяснить уже сформулированные эмпирические законы и позволяет вывести новые эмпирические законы. Так же как отдельные, единичные факты должны занять свое место в упорядоченной схеме, когда они обобщаются в эмпирический закон, так и единичные и обособленные эмпирические законы приспосабливаются к упорядоченной схеме теоретического закона. Это выдвигает одну из основных проблем методологии науки. Как может быть получено то знание, которое служит для обоснования теоретического закона? Эмпирический закон может быть обоснован посредством наблюдения отдельных фактов. Но для обоснования теоретического закона соответствующие наблюдения не могут быть сделаны, потому что объекты, относящиеся к таким законам, являются ненаблюдаемыми...

Как могут быть открыты теоретические законы? Мы можем сказать: "Будем собирать все больше и больше данных, затем обобщим их за пределы эмпирических законов, пока не придем к теоретическим законам". Однако никакой теоретический закон не был когда-либо основан таким образом. Мы наблюдаем камни, и деревья, и цветы, замечаем различные регулярности и описываем их c помощью эмпирических законов. Но независимо от того, как долго и тщательно мы наблюдаем такие вещи, мы никогда не достигнем пункта, когда мы сможем наблюдать молекулу. Термин "молекула" никогда не возникнет как результат наблюдений. По этой причине никакое количество обобщений из наблюдений не может дать теории молекулярных процессов. Такая теория должна возникнуть иным путем. Она выдвигается не в качестве обобщения фактов, а как гипотеза. Затем эта гипотеза проверяется методами, в определенной мере аналогичными методам проверки эмпирических законов. Из гипотезы выводятся некоторые эмпирические законы, и эти законы, в свою очередь, проверяются путем наблюдения фактов. Возможно, что эмпирические законы выводятся из теории, уже известной и хорошо подтвержденной (такие законы могут даже побудить сформулировать теоретические законы). Независимо от того, являются ли выводные эмпирические законы известными и подтвержденными или же новыми законами, подтвержденными новыми наблюдениями, подтверждение таких выводных законов обеспечивает косвенное подтверждение теоретическому закону.

Здесь должно быть разъяснено следующее. Ученый не начинает c одного эмпирического закона, скажем c закона Бойля для газов, и затем ищет теорию о молекулах, из которой этот закон может быть выведен. Он пытается сформулировать значительно более общую теорию, из которой можно будет вывести множество разнообразных эмпирических законов. Чем больше будет таких законов, чем более разнообразными и неочевидно связанными друг c другом они будут, тем эффективнее теория, которая будет объяснять их. Некоторые из этих выводных законов могли быть известными раньше, но теория может также сделать возможным выведение новых эмпирических законов, которые могут быть подтверждены c помощью новых проверок. Если это имеет место, тогда можно будет сказать, что теория обеспечивает возможность предсказания новых эмпирических законов. Предсказание понимается в гипотетическом смысле. Если теория действительна, тогда будут действительными также определенные эмпирические законы. Предсказанный эмпирический закон говорит об отношениях между наблюдаемыми величинами, так что возникает новая возможность производить эксперименты и убедиться, что эмпирический закон соблюдается. Если эмпирический закон подтверждается, то он обеспечивает косвенное подтверждение закона, эмпирического или теоретического, является, конечно, только частным, но никогда не полным и абсолютным. Но в случае эмпирических законов такое подтверждение является более непосредственным. Подтверждение теоретического закона происходит косвенным образом, потому что оно имеет место только через подтверждение эмпирических законов, выведенных из теории.

Самое важное значение новой теории состоит в ее возможности предсказывать новые эмпирические законы. Верно также, что теория имеет значение и для объяснения известных эмпирических законов, но это представляет меньшую ценность. Если ученый выдвигает новую теоретическую систему, из которой не могут быть выведены новые законы, тогда она логически эквивалентна совокупности всех известных эмпирических законов. Теория может иметь известную элегантность и в известной степени упростить совокупность всех известных законов, хотя, вероятно, это не будет существенным упрощением. c другой стороны, каждая новая теория в физике, приводящая к значительному скачку вперед, будет теорией, из которой могут быть выведены новые эмпирические законы. Если бы Эйнштейн сделал не больше, чем выдвинул свою теорию относительности как изящную новую теорию в физике, которая охватила бы некоторые известные законы (возможно, также и упростила бы их до некоторой степени), тогда его теория не имела бы такого революционного воздействия.