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.