كلمات كليدي : مقام كشف نظريات علمي، مقام توجيه نظريات علمي، استقرا، آزمايش تعيين كننده
نویسنده : سيد مهدي بيابانكي
جان هرشل(1871-1792)، فرزند کاشف سیاره اورانوس ویلیام هرشل، از معروفترین فلاسفه علم قرن نوزده است که فلسفه علم و روش شناسی تحلیلی آن، به عنوان رشته‌ای مستقل از معرفت شناسی، با کتاب وی یعنی گفتاری مقدماتی در مطالعه فلسفه طبیعی (1830) آغاز گردید[1]. کتاب او به سه بخش تقسیم شده است[2]:
1- بخش1: سودمندی های عملی علم به معنای بیکنی آن را توضیح می دهد.
2- بخش2: بحثی را پیرامون روش علمی ارائه می کند که بخش اعظم آن متخذ از بیکن و نیوتن است و نظریه شناختی را عرضه می کند که عمدتاً از هیوم حاصل شده است.
3- بخش3: چکیده ای از علوم و انقسام آنها است.
چارلز داروین می‌گوید که هیچ کتابی به اندازه این کتاب بر روی او تاثیر نگذاشته است. داروین در پاراگراف اول کتاب منشاء انواع، هرشل را یکی از بزرگترین فیلسوفان معرفی کرده و در جای دیگر درباره او می‌گوید: "او هیچ گاه زیاد صحبت نمی‌کرد، ولی هر کلمه‌ای که می‌گفت ارزش شنیدن داشت". این کتاب تلاشی است برای از نو طرح کردن استقراء بیکنی در قالبی که همساز با علم زمان وی باشد. لذا او کتاب خود را به منظور کشف اینکه استقرا چگونه کار می کند و با الگوگیری تامّ از کار نیوتن به عنوان مثال واقعی از استدلال علمی نگاشت[3]. علاوه بر این، هرشل یکی از برجسته ترین دانشمندان انگلیسی عصر خود بود و دستاوردهای علمی قابل توجهی در فیزیک، اختر شناسی، شیمی، ریاضیات و عکاسی داشت.
تمایز مقام کشف و مقام داوری نظریه های علمی
از جمله خدمات برجسته هرشل به فلسفه علم، تمایز روشنی بود که وی میان «ظرف یا مقام اکتشاف قوانین و نظریات علمی»[4] و «ظرف موجّه ساختن یا مقام داوری درباره قوانین و نظریات علمی»[5] قائل شد. او تأکید داشت که شیوه مورد استفاده در تدوین و صورتبندی یک نظریه، اساساً ربطی به مسأله قابل قبول بودن آن ندارد. بنابراین، یک کاوش استقرایی دقیق و یک حدس بدیع، اگر نتایجشان بوسیله تجربه تأیید شود، هر دو در یک سطح (از لحاظ توجیه) قرار می گیرند[6]. بر این اساس، هرشل مدعی شد که دو روش کاملاً متمایز از هم وجود دارد که دانشمندان به کمک آنها می توانند از مشاهدات و تجربیات به قوانین و نظریات دست یابند. به عبارت دیگر، در مقام کشف نظریات علمی، دو روش کاملاً مجزا وجود دارد که عبارتند از:
1- روشهای استقرایی، آنچنان که فرانسیس بیکن آنها را ارائه داده است.
2- صورتبندی و تدوین فرضیه‌ها
در خصوص روش نخست، می توان قانون بویل[7] را مثال زد که با مشاهده و آزمایش تغییرات همزمان حجم و فشار یک گاز، و تعمیم نتایج آزمایش، کشف شد. در خصوص روش دوم، هرشل نظریه الکترومغناطیس آمپر را نام می برد. آمپر، جذب یا دفع متقابل آهنرباها را با فرض وجود جریانهای الکتریکی مداری در داخل آهنرباها توضیح می داد. او از طریق کاربرد استدلال استقرایی در مورد قوانین الکترومغناطیسی به این نظریه دست نیافت، بلکه نوعی تصور خلّاق او را به صورتبندی و تدوین فرضیه مذکور هدایت کرد. هرشل معتقد بود که یک تحقیق علمی موفق، نیازمند استفاده از هر دو روش استقرایی و فرضیه‌ای است.
در مقام داوری و توجیه نظریات علمی، هرشل تأکید داشت که موافقت با مشاهدات، مهمترین معیار قابل قبول بودن قوانین و نظریه‌های علمی است. بر این اساس، قابل قبول بودن یک نظریه، نه بواسطه روش صورتبندی و کشف آن، بلکه بوسیله تأیید تجربی آن صورت می‌گیرد[8]. البته هرشل همه نمونه ها و مصادیقی که یک نظریه یا قانون را تأیید می‌کنند، در یک سطح قرار نمی‌داد؛ بلکه برای سه دسته از این مصادیق و نمونه‌ها اهمیت بیشتری نسبت به سایر نمونه ها قائل می‌شد[9]:
1- بسط قانون به مواردی که در حدود نهایی[10] کاربرد قانون قرار دارند. در این خصوص هرشل شتابهای یکسان یک سکه و یک پَر در خلأیی که به طور آزمایشی ایجاد شده را تأییدی بر قانون سقوط اجسام گالیله می داند، چرا که قانون سقوط اجسام گالیله تا سقوط یک پر که وزن بسیار ناچیزی دارد نیز بسط پیدا کرده است.
2- نتیجه غیر منتظره‌ای که نشان می دهد یک قانون یا یک نظریه، قلمرویی خارج از حد انتظار دارد. مثلاً کشف سیاره اورانوس را می توان تأیید غیرمنتظره ای بر مکانیک نیوتنی دانست.
3- آزمایش قاطع یا تعیین کننده[11]. هرشل، گفته فوکو[12] در این باره که سرعت نور در هوا بیشتر از سرعت آن در آب است را به عنوان یک آزمایش قاطع یا تعیین کننده در خصوص موجی یا ذره ای بودن نور می پذیرد. نتیجه ای که از سوی فوکو ابراز شده بود با نظریه موجی هویگنس موافق بود اما با نظریه ذره ای نیوتن سازگاری نداشت. او از این موضوع نتیجه گرفت که نور واقعاً باید به صورت موج باشد. البته تصور هرشل این بود که صرفاً یکی از دو نظریه (موجی یا ذره ای بودن نور) تنها تفسیرهای ممکن در مورد پدیدارهای نوری است؛ تصوری که بعدها مورد تردید قرار گرفت و امروزه طرفداران زیادی ندارد.
قوانین علمی و علل واقعی
از دید هرشل، قوانین طبیعت دائمی، سازگار، فهم پذیر و قابل کشف هستند. او قوانین کمْی را بهترین نوع قوانین می دانست. هرشل میان دو نوع قانون تمایز قائل می شود: قوانین سطح بالا (یا قوانین بنیادی) و قوانین سطح پایین (یا قوانین تجربی). قوانین نیوتنی حرکت و جاذبه عمومی، بالاترین قوانین بنیادی هستند در حالی که قوانین کپلر مثال های مشخصی از قوانین تجربی هستند. اگر چه قوانین تجربی نقش لاینفکی در علم دارند، ولی هدف نهایی دانشمندان قوانین بنیادی است. هرشل قانون جاذبه عمومی نیوتن را بالاترین واقعیتی می دانست که تا به حال انسان به آن دست یافته است و مکانیک نیوتنی را الگوی بهترین نوع ممکن علم می‌دانست[13]. از دید او، این قوانین، بنیادی هستند چرا که پدیده هایی از زمینه های مختلف را با هم مرتبط می‌کنند و آنها را یکجا تبیین می نمایند. مثلاً نیروی جاذبه می تواند پدیده‌های حرکت اجرام سماوی (از جمله قوانین کپلر)، جزر و مد آب دریاها و سقوط آزاد اجسام را توضیح دهد.
هرشل معتقد بود علتی که برای توضیح یک پدیده طبیعی به کار گرفته می شود، باید علتی واقعی باشد. این مفهوم، مفهومی است که هرشل از نیوتن به ارث برده است. نیوتن معتقد بود که بهترین نوع علم باید علّی باشد. او به زعم خود، تحلیلی علّی از فیزیک کپلر و گالیله ارائه داده بود، اما توضیح نداده که بهترین شکل تبیین علّی چیست. آنچه نیوتن بر آن تأکید داشت، این بود که نباید تنها «علّت» ارائه دهیم، بلکه باید «علّتی واقعی» ارائه کنیم. هرشل به دنبال آن بود تا ماهیت علت واقعی و روشی که آنرا به ما نشان دهد، بیابد. لذا تصریح می کند که: «ما به دنبال این هستیم که هر پدیده‌ای را به یک یا چند علت واقعی که تجربه، وجود آنها را محرز داشته است و این علت یا علل در تولید پدیده های مشابه نیز موثرند ارجاع دهیم.»[14] بر این اساس، هرشل معتقد است که دانشمندان باید به دنبال استدلال‌هایی مبتنی بر علل واقعی باشند. از دیدگاه او، برای اینکه بدانیم علّتی، علّت واقعی است یا نه، باید یکی از دو راه زیر را در پیش بگیریم: یا آزمون تجربی مستقیمی برای آن بیابیم؛ یا مماثلی را بین آن چیز و چیز دیگری که از قبل می دانیم علت واقعی است برقرار کنیم. به عبارت دیگر، اگر مماثلت دو پدیده خیلی زیاد باشد و به علاوه در همان زمان علت یکی از آنها بسیار آشکار باشد، به احتمال زیاد می توان علت مشابهی را برای کارکرد پدیده دیگر در نظر گرفت، هرچند این دیگری چندان آشکار نباشد. مثلا وقتی می بینیم که سنگی در حال چرخش در یک قلاب سنگ در دور سر و در یک مسیر دایره ای است و رشته را کشیده نگه می دارد و در هر لحظه ای که نخ پاره شود به پرواز در می آید، در اینکه نخ، سنگ را در مسیرش نگه داشته شکی نمی کنیم. یعنی سنگ به وسیله یک نیرو که متوجه مرکز است مسیرش را طی می کند. بنابراین حس می‌کنیم که ما واقعاً چنین نیرویی را وارد می کنیم. در این جا ما یک درک مستقیم از علت داریم. لذا وقتی می بینیم که جسم بزرگی مانند ماه به دور زمین در حال چرخش است و از مسیرش خارج نمی شود می توانیم فکر کنیم که ماه از مسیرش خارج نمی شود، البته نه به وسیله یک گره خوردن مادی بلکه به وسیله چیزی مانند نخی که در مثال سنگ عمل می کرد، یعنی نیرویی که دائماً متوجه مرکز است؛ لذا نیروی جاذبه زمین در گردش ماه به دور زمین، علتی واقعی است. بعلاوه، هرشل معتقد بود که اگر علتی منجر به ظهور تعدادی از معلولهای اضافی شود، که ما قبلاً از وجودشان یا از ربطشان به علت مذکور، بی خبر بوده ایم، در آن صورت علت مذکور یک علت واقعی است. او می گوید: «مطمئن ترین و بهترین ویژگی یک استقرای بسامان و فراگیر وقتی است که موارد تحقیق پذیری آن ناگهانی از دل جاهایی بجوشد که کمتر انتظار می رود. یا حتی در میان آن نمونه‌هایی یافت شود که در ابتدا تصور می‌شود نمونه‌هایی مناسب نیستند و مخالف آن موارد تحقیق پذیری است.»[15]
به طور خلاصه، می توان گفت که هرشل بر دو معیار اساسی زیر در مورد علت واقعی تأکید می ورزد:
1- آزمون پذیری تجربی؛ که می تواند به صورت آزمون تجربی مستقیم علت مذکور، یا از طریق یافتن مماثلی بین آن علت و چیز دیگری که از قبل می دانیم علت واقعی است باشد.
2- به دست آوردن و توجیه معلول های نایافته و ناآشنا توسط علت مذکور.
مسآله ماهیت نور، نمونه خوبی برای درک تمایز هرشل میان علم فرضیه ای و علم استقرایی (در مقام کشف قوانین و نظریات علمی) از یکسو، و نوع نگرش او به علل واقعی از سوی دیگر است. در زمان او میان علم فرضیه ای و علم استقرایی در بحث های مربوط به ماهیت نور شکاف افتاده بود. در نظریه ذره ای نور که نیوتن واضعش بود، پرتو نور متشکل از ذراتی فرض می شد که حرکت آنها با سرعت های مختلف موجب نمایششان به رنگ های متفاوت می شد. ذرات نور مستقیماً قابل مشاهده نبودند، ولی فرض می شد که اندازه حرکت آنها تنها در مقدار با اندازه حرکت اجرام مشاهده پذیر متفاوت باشد. نظریه ذره ای، استقرایی محسوب می شد؛ منتها قدرت تبیینی آن اندک بود. نظریه رقیبی با قدرت تبیینی بالا وجود داشت (نظریه موجی نور) که از نظر استقرایی به سختی قابل دفاع بود و فرض می کرد نور مانند موج در اتر انتشار می یابد. اتر نامرئی، غیر قابل لمس و بی وزن بود و فضای خالی میان ستارگان مملو از آن فرض می شد.
پیروان نظریه موجی می دانستند که مفهوم اتر تعمیمی استقرائی از مشاهدات نیست و صرفاً فرضیه ای و حدسی است. در دهه 20 موفقیت های تبیینی نظریه موجی نسبت به نظریه نیوتنی رقیب، بسیاری از اهل علم را تحت تاثیر قرار داد و باعث تضاد میان استانداردهای روش شناختی از یک طرف و واقعیات علم از طرف دیگر شد. این بدان معنا بود که اگر نظریه موجی، نمونه ای از یک علم خوب باشد، می بایست آن معیارها تغییر یابند و در طرف مقابل اگر آن معیارها همچنان حفظ می شدند، نظریه موجی باید علیرغم فوایدش پس زده می شد. رفته رفته دانشمندان و فلاسفه احساس کردند نظریه موجی در برابر نظریه نیوتنی صحیح تر است.
ولی موج ها که مشاهده پذیر نبودند، پس آیا در مدل موجی نور علتی واقعی داشتیم؟ هرشل معتقد بود که در نظریه موجی ما علتی واقعی داریم و بر اساس فلسفه علم خودش برای توضیح نحوه عملکرد علت واقعی در امواج نور از انواع تمثیل های قابل مشاهده مکانیکی نظیر امواج قطرات آب در یک حوض، امواج صوت در هوا و تداخل امواج در یک ریسمان استفاده کرد. بر این اساس او به این نتیجه رسید که امواج نور علت واقعیند. هرشل معتقد بود که نظریه موجی نور شرایط یک علم استقرایی را ارضا نمی کند، ولی بخاطر موفقیت هایش در زمینه تبیین و پیش بینی، بهترین نظریه موجود در مورد نور است. از نظر هرشل موفقیت های این نظریه بیان می داشت که مدعیات آن در مورد عالم فیزیکی به احتمال زیاد صادقند[16].