Экспериментальная наука. Становление экспериментальной науки и динамика развития техники «Сумасшедшие» теории и метанаука

«Роджер Бэкон , развивая взгляды Гроссетеста , своего учителя, настаивал на том, что истины (заключения) любого вида - интуиции, основанные на авторитете, теологии, естествознания, даже если они используют математические доказательства, должны проверяться на опыте и поэтому необходимо создание универсальной экспериментальной науки.

Обычного дедуктивного доказательства никогда не достаточно. Оно может решить проблему, но не способно убедить ум, который признаёт свидетельство либо прямой инспекции (внешнего опыта, или эксперимента), либо внутренней интуиции сверхприродных истин.

«Установив основания мудрости латинян в обладании знанием языков математики и оптики, теперь я намереваюсь обратиться к основаниям опытной науки, поскольку без опыта ничто не может быть познано достаточным образом. В самом деле, имеются два познания: с помощью аргументации и с помощью опыта. Аргумент даёт заключение и вынуждает нас соглашаться с заключением, но не даёт твёрдой уверенности и не устранит сомнение так, чтобы разум успокоился в созерцании истины, если он не обнаружит её опытным путем, ибо многие обладают аргументами в отношении познаваемого, но поскольку не имеют о нём опыта, его отвергают, а потому не следуют благу и не избегают вреда».

Универсальная экспериментальная наука, считает Бэкон, совершенно неизвестна основной массе исследователей. Поэтому он может убедить других в её полезности, только «показав одновременно её силу и её особенности». Таких особенностей, названных прерогативами, он насчитывает три. Они призваны подчеркнуть существенное преимущество экспериментальной науки перед спекулятивными и творческими науками.

Первое преимущество состоит в том, что универсальная экспериментальная наука «...исследует наиболее важные заключения всех прочих наук. Ибо они знают, как открыть свои принципы с помощью эксперимента, но к своим заключениям приходят на основании доказательств, основанных на этих же принципах. Если же они хотят получить конкретную и полную проверку своих заключений, необходимо чтобы они получали ее с помощью данной благородной науки. Действительно, математика обладает универсальным опытом в проверке своих заключений с помощью построения фигур и счёта, который применим ко всем наукам и данной экспериментальной науке, поскольку ни одну науку нельзя познать без математики. Но если мы обратимся к результатам, которые характерны именно для данной дисциплины, совершенны и убедительны для неё, необходимо учитывать аргументы науки, называемой экспериментальной»".

Иными словами, первая прерогатива требует, чтобы дедуцированные из объяснительных принципов следствия любой науки подвергались независимой и прямой экспериментальной проверке. Это увеличивает их надёжность и повышает достоверность самих объяснительных принципов. Для Аристотеля , напомним, было достаточно одной дедукции в качестве объяснения или предсказания наблюдаемого явления.

В качестве показательного примера использования первой прерогативы А. Кросби называет попытку открытия Бэконом причины радуги. Сначала Бэкон собрал все явления, схожие с радугой. В это множество попали: преломление солнечного света в кристаллах, в капельках росы на листьях, в водяных брызгах от вращающегося мельничного колеса, от вёсел. Затем он исследовал само явление радуги, обратив внимание на то, что она всегда появляется в облаках или тумане. Объединив наблюдение, астрономическую теорию и измерения с помощью астролябии, он установил, что радуга возникает в противоположной стороне от Солнца, что в центре радуги глаз наблюдателя и Солнце располагаются всегда на прямой линии и что имеется явная связь между высотой радуги и высотой Солнца над горизонтом. Бэкон показал, что лучи, возвращающиеся от радуги в глаз, образуют угол в 42 градуса с лучами, исходящими от Солнца в сторону радуги. Чтобы объяснить все эти факты, он принял точку зрения Аристотеля , изложенную последним в Метеорологии, что радуга - это основание конуса, вершину которого образует Солнце, и осью, исходящей от него через глаз наблюдателя к центру радуги. В зависимости от высоты Солнца меняется основание конуса, т. е. размер радуги. Это объясняет различие размеров радуги в разное время года. Кроме того, из теории Бэкона следует, что размеры и цвета радуги различны для разных наблюдателей. Радуга движется вместе с наблюдателем относительно неподвижных деревьев, домов и т. п. Поэтому для тысячи наблюдателей, расположенных в один ряд, доказывает Бэкон, на самом деле существует тысяча различных радуг.

Второе преимущество состоит в том, что всеобщая экспериментальная наука способна активно и систематически использовать эксперимент для увеличения объема эмпирических данных всех наук и познаваемых явлений. Тем самым она способна открывать истины, которые недоступны из-за их частной природы другим наукам. «Оно (второе достоинство - Прим. И.Л. Викентьева) заключается в том, что только эта госпожа теоретических наук может представить великие истины в рамках этих наук, каковых истин данные науки сами по себе никоим образом достичь не могут. Поэтому данные истины не относятся к сущности спекулятивных наук, но находятся всецело вне их, хотя формулируются в их рамках, поскольку не являются их началами и заключениями».

Согласно третьему преимуществу, всеобщая экспериментальная наука способна создавать новую технику сбора и анализа данных, испытания гипотез, хранения и модификации старых средств и умений, конструирования новых. «Третье достоинство этой науки заключено в её особых свойствах, благодаря которым она своей собственной силой исследует тайны природы, не соотносясь с другими науками. И таковое состоит в двух вещах: в познании будущего, прошедшего и настоящего, а также в удивительных вещах, в коих она превосходит в способности суждения мнения общепринятой астрономии... И эта мудрость изобретена в качестве идеального лекарства против человеческого невежества и неблагоразумия: в самом деле, трудно обрести точные и удовлетворительные астрономические инструменты и ещё сложнее - достоверные таблицы, те, именно в которых указаны уравненные движения планет. И сложно пользоваться этими таблицами, а ещё сложнее - инструментами. Но эта опытная наука находит определения и пути, с помощью которых легко отвечает на любой вопрос, насколько это возможно для отдельной способности философии, и посредством коих показывает нам формы сил небесных тел и импрессии небесных тел в этом мире - без всяких трудностей, присущих общепринятой астрономии».

Таким образом, только универсальная экспериментальная наука способна в полной мере исследовать секреты природы, открывать знание прошлого и будущего. Бэкон полагает, что три прерогативы вместе очерчивают метод научного познания более эффективный и надежный, чем аристотелевский. Новый метод делает акцент на систематическом сборе данных, существенном расширении класса проверяемых следствий, творческом характере эксперимента, на отсутствии принципиальных границ между опытом, интеллектом и изобретением в науке.

Предвосхищая теорию идолов Френсиса Бэкона , которая подробно анализируется ниже, Роджер Бэкон указывает на четыре возможных причины ошибочной интерпретации результатов наблюдения и эксперимента. Это - авторитет, обычай (привычка), мнение необразованного большинства и невежество, выдаваемое за знание. Последняя причина, считает Бэкон, самая опасная, так как она лежит в основе всех остальных».

Светлов В.А., История научного метода, М., «Академический Проект»; «Деловая книга», 2008 г., с. 48-52.

На рубеже XVI и XVII столетий, когда закладывались основы новой математики, были заложены также основы экспериментальной физики. Ведущая роль принадлежит здесь Галилею (1564–1642), который не только сделал многочисленные открытия, составившие эпоху, но в своих книгах, письмах и беседах учил современников новому методу получения знаний. Воздействие Галилея на умы было огромно. Другим человеком, сыгравшим важную роль в становлении экспериментальной науки, был Френсис Бэкон (1561–1626), выступивший с философским анализом научного знания и метода индукции.

В отличие от древних греков европейские ученые отнюдь не относились с презрением к эмпирическому знанию и практической деятельности. В то же время они полностью овладели теоретическим наследием греков и уже вступили на путь собственных открытий. Сочетание этих аспектов и породило новый метод. Бэкон пишет:

Те, кто занимались науками, были или эмпириками, или догматиками. Первые, подобно муравью, только собирают и пользуются собранным. Вторые, подобно пауку, из самих себя создают ткань. Пчела же избирает средний способ, она извлекает материал из цветов сада и поля, но располагает и изменяет его собственным умением. Не отличается от этого и подлинное дело философии. Ибо она не основывается исключительно или преимущественно на силах ума и не откладывает в сознание нетронутым материал, извлекаемый из естественной истории и из механических опытов, но изменяет его и перерабатывает в разуме. Итак, следует возложить добрую надежду на более тесный и нерушимый (чего до сих пор не было) союз этих способностей опыта и рассудка .

13.2. Научный метод

Понятие эксперимента предполагает наличие теории. Без теории эксперимента нет, есть только наблюдение. С кибернетической (системной) точки зрения эксперимент - это управляемое наблюдение ; управляющей системой является научный метод, который, опираясь на теорию, диктует постановку эксперимента. Таким образом, переход от простого наблюдения к эксперименту есть метасистемный переход в сфере опыта, и это первый аспект возникновения научного метода; второй его аспект - осознание научного метода как чего-то, стоящего над теорией, иначе говоря, овладение общим принципом описания действительности с помощью формализованного языка, о чем мы говорили в предыдущей главе. В целом возникновение научного метода - это единый метасистемный переход, который создает новый уровень управления, включающий управление наблюдением (постановка эксперимента) и управление языком (разработка теории). Новая метасистема - это и есть наука в современном смысле слова. В рамках этой метасистемы между экспериментом и теорией устанавливаются тесные связи - прямые и обратные. Бэкон описывает их так:

Наш путь и наш метод... состоят в следующем: мы извлекаем не практику из практики и опыт из опыта (как эмпирики), но причины и аксиомы из практики и опытов, а из причин и аксиом - снова практику и опыт, как истинные Истолкователи Природы .

Теперь мы можем дать окончательный ответ на вопрос, что же произошло в Европе в начале XVII в.: произошел крупнейший метасистемный переход, захвативший как языковую, так и неязыковую деятельность. В сфере неязыковой деятельности он предстал в виде экспериментального метода. В сфере языковой деятельности он дал начало новой математике, которая развивается путем метасистемных переходов (эффект лестницы) по линии все углубляющегося самоосознания в качестве формализованного языка, служащего для создания моделей действительности. Этот процесс мы описали в предыдущей главе, не выходя за пределы математики. Теперь мы можем завершить его описание указанием на ту систему, в рамках которой этот процесс становится возможным. Эта система - наука в целом с научным методом в качестве управляющего устройства, т. е. (расшифровывая эту краткую форму выражения) совокупность всех человеческих существ, занимающихся наукой и овладевших научным методом, вместе со всеми используемыми ими предметами. В главе 5, говоря об эффекте лестницы, мы обращали внимание, что он проявляется в том случае, когда существует метасистема Y , которая продолжает оставаться метасистемой по отношению к системам ряда X , X" , X"" , ..., где каждая следующая система образуется путем метасистемного перехода от предыдущей, и которая, оставаясь метасистемой, как раз и обеспечивает возможность метасистемных переходов меньшего масштаба от Х к X" , от X" к X"" и т. д. Такая система Y обладает внутренним потенциалом развития; мы назвали ее ультраметасистемой . При развитии материального производства ультраметасистемой Y является совокупность человеческих существ, обладающих способностью превращать орудие труда в предмет труда. При развитии точных наук ультраметасистемой Y является совокупность людей, овладевших научным методом, т. е. обладающих способностью создавать модели действительности с помощью формализованного языка.

Мы видели, что у Декарта научный метод, взятый в его языковом аспекте, послужил рычагом для реформы математики. Но Декарт не только реформировал математику; развивая тот же аспект того же научного метода, он создал множество теоретических моделей, или гипотез, для объяснения физических, космических и биологических явлений. Если Галилея можно назвать основоположником экспериментальной физики, а Бэкона - ее идеологом, то Декарт - и основоположник, и идеолог теоретической физики. Правда, модели Декарта были чисто механическими (других моделей тогда и не могло быть) и несовершенными, большая часть вскоре устарела. Однако это не так важно, как важно то, что Декарт утвердил принцип построения теоретических моделей. В XIX в., когда были накоплены первоначальные познания в физике и усовершенствован математический аппарат, этот принцип показал всю свою плодотворность.

Мы не сможем здесь даже в беглом обзоре коснуться эволюции идей физики и ее достижений, так же как идей и достижений других естественных наук. Мы остановимся на двух аспектах научного метода, имеющих универсальное значение, а именно на роли общих принципов в науке и на критериях выбора научных теорий, а затем рассмотрим некоторые следствия достижений новейшей физики ввиду их важного значения для всей системы науки и мировоззрения вообще. В заключение этой главы мы обсудим некоторые перспективы развития научного метода.

13.3. Роль общих принципов

Бэкон выдвинул программу постепенного введения теоретических положений («причин и аксиом») все большей и большей общности, начиная с эмпирических единичных данных. Этот процесс он назвал индукцией (т. е. введением) в отличие от дедукции (выведения) теоретических положений меньшей общности из положений большей общности (принципов). Бэкон был большим противником общих принципов, он говорил, что разум нуждается не в крыльях, которые поднимали бы его ввысь, а в свинце, который притягивал бы его к земле. В период «первоначального накопления» опытных фактов и простейших эмпирических закономерностей, а также в качестве противовеса средневековой схоластике эта концепция еще имела некоторое оправдание, но в дальнейшем оказалось, что крылья разуму все-таки нужнее свинца. Во всяком случае, так обстоит дело в теоретической физике. В подтверждение предоставим слово такому несомненному авторитету в этой области, как Альберт Эйнштейн. В статье «Принципы теоретической физики» он пишет:

Для применения своего метода теоретик в качестве фундамента нуждается в некоторых общих предположениях, так называемых принципах, исходя из которых он может вывести следствия. Его деятельность, таким образом, разбивается на два этапа. Во-первых, ему необходимо отыскать принципы, во-вторых, развивать вытекающие из этих принципов следствия. Для выполнения второй задачи он основательно вооружен еще со школы. Следовательно, если для некоторой области, т. е. совокупности взаимозависимостей, первая задача решена, то следствия не заставят себя ждать. Совершенно иного рода первая из названных задач, т. е. установление принципов, могущих служить основой для дедукции. Здесь не существует метода, который можно было бы выучить и систематически применять для достижения цели. Исследователь должен, скорее, выведать у природы четко формулируемые общие принципы, отражающие определенные общие черты множества экспериментально установленных фактов.

В другой статье («Физика и реальность») Эйнштейн высказывается весьма категорически:

Физика представляет собой развивающуюся логическую систему мышления, основы которой можно получить не выделением их какими-либо индуктивными методами из пережитых опытов, а лишь свободным вымыслом.

Слова о «свободном вымысле» означают, конечно, не то, что общие принципы совершенно не зависят от опыта, а то, что они не определяются опытом однозначно. Пример, который Эйнштейн часто приводит, таков. Небесная механика Ньютона и общая теория относительности Эйнштейна построены на одних и тех же опытных фактах. Однако они исходят из совершенно различных, в некотором смысле даже диаметрально противоположных общих принципов, что проявляется и в различном математическом аппарате.

Пока «этажность» здания теоретической физики была невелика, и следствия из общих принципов выводились легко и однозначно, люди не осознавали, что при установлении принципов они имеют определенную свободу. В методе проб и ошибок расстояние между пробой и ошибкой (или успехом) было так невелико, что они не замечали, что пользуются методом проб и ошибок, а полагали, что непосредственно выводят (хотя это и называлось не дедукцией, а индукцией) принципы из опыта. Эйнштейн пишет:

Ньютон, творец первой обширной плодотворной системы теоретической физики, еще думал, что основные понятия и принципы его теории вытекают из опыта. Очевидно, именно в таком смысле нужно понимать его изречение «hypotheses non fingo» (гипотез не сочиняю).

Но со временем теоретическая физика превратилась в многоэтажную конструкцию, и вывод следствий из общих принципов стал делом сложным и не всегда однозначным, ибо часто оказывалось необходимым делать в процессе дедукции дополнительные предположения, чаще всего «непринципиальные» упрощения, без которых невозможно было бы довести расчет до числа. Тогда стало ясно, что между общими принципами теории и фактами, допускающими непосредственную проверку на опыте, существует глубокое различие: первые суть свободные конструкции человеческого разума, вторые - исходный материал, который разум получает от природы. Правда, переоценивать глубину этого различия все-таки не следует. Если отвлечься от человеческих дел и стремлений, то окажется, что различие между теориями и фактами исчезает, - и те и другие являются некоторыми отражениями или моделями действительности вне человека. Различие заключается в уровне, на котором происходит овеществление модели. Факты, если они полностью «деидеологизированы», определяются воздействием внешнего мира на нервную систему человека, которую мы вынуждены рассматривать (пока) как не допускающую переделки, поэтому мы и относимся к фактам как к первичной реальности. Теории - это модели, овеществленные в языковых объектах, которые целиком в нашей власти, поэтому мы можем отбросить одну теорию и заменить ее другой с такой же легкостью, как заменяем устаревший инструмент на более совершенный.

Возрастание абстрактности (конструктности) общих принципов физических теорий, их отдаление от непосредственных опытных фактов приводит к тому, что в методе проб и ошибок все труднее становится найти пробу, имеющую шансы на успех. Разум начинает просто нуждаться в крыльях для воспарения, о чем и говорит Эйнштейн. С другой стороны, увеличение дистанции от общих принципов до проверяемых следствий делает общие принципы в известных пределах неуязвимыми для опыта, на что также часто указывали классики новейшей физики. Обнаружив расхождение между следствиями теории и экспериментом, исследователь оказывается перед альтернативой: искать причины расхождения в общих принципах теории или же где-то на пути от принципов к конкретным следствиям. Вследствие дороговизны общих принципов и больших затрат, необходимых для перестройки теории в целом, сначала всегда пробуют второй путь. Если удается достаточно изящным способом модифицировать вывод следствий из общих принципов так, что они согласуются с экспериментом, то все успокаиваются и проблема считается решенной. Но иногда модификация выглядит явно, как грубая заплата, а порой заплаты наслаиваются друг на друга и теория начинает трещать по всем швам; тем не менее, ее выводы согласуются с данными опыта и она продолжает сохранять свою предсказательную силу. Тогда возникают вопросы: как следует относиться к общим принципам такой теории? Надо ли стремиться заменить их какими-то другими принципами? При какой степени «залатанности» имеет смысл отбрасывать старую теорию?

13.4. Критерии выбора теорий

Прежде всего, заметим, что ясное осознание научных теорий как языковых моделей действительности значительно снижает остроту конкуренции между научными теориями по сравнению с наивной точкой зрения (родственной платонизму), согласно которой языковые объекты теории лишь выражают какую-то реальность и поэтому каждая теория либо «на самом деле» истинна, если эта реальность «на самом деле» существует, либо «на самом деле» ложна, если эта реальность вымышленная. Эта точка зрения порождена перенесением положения, которое имеет место для языка конкретных фактов, на язык понятий-конструктов. Когда мы сравниваем два конкурирующих утверждения: «в этом стакане - чистый спирт» и «в этом стакане - чистая вода», мы знаем, что эти утверждения допускают опытную проверку и то из них, которое не подтвердилось, теряет всякий модельный смысл, всякую долю истинности; оно на самом деле ложное и только ложное. Совсем иначе обстоит дело с утверждениями, выражающими общие принципы научных теорий. Из них выводится множество проверяемых следствий, и если некоторые из них оказываются ложными, то обычно говорят, что к данной сфере опыта исходные принципы (или способы вывода следствий) неприменимы; обычно удается установить и формальные критерии применимости. Поэтому общие принципы в некотором смысле «всегда истинны», точное понятие истинности и ложности неприменимы к ним, а применимо лишь понятие о большей или меньшей их полезности для описания действительных фактов. Подобно аксиомам математики, общие принципы физики - это абстрактные формы, в которые мы стремимся втиснуть природные явления. Конкурирующие принципы отличаются тем, насколько хорошо они это позволяют сделать.

Но что значит хорошо?

Если теория - это модель действительности, то, очевидно, она тем лучше, чем шире область ее применимости и чем больше предсказаний она может сделать. Это и есть первый критерий для сравнения теорий - критерий общности и предсказательной силы теории.

Эти критерии довольно очевидны. Если рассматривать научные теории как нечто стабильное, не подверженное развитию и улучшению, то, пожалуй, трудно было бы выдвинуть в дополнение к этим критериям какие-либо еще. Но человечество непрерывно развивает и улучшает свои теории и это порождает еще один критерий - динамический, который и оказывается решающим. Об этом критерии хорошо сказано Филиппом Франком в книге «Философия науки», и мы приведем его слова.

Если мы посмотрим, какие теории действительно предпочитались из-за их простоты, то найдем, что решающим основанием для признания той или иной теории было не экономическое и не эстетическое, а скорее то, которое часто называлось динамическим. Это значит, что предпочиталась та теория, которая делала науку более динамичной, т. е. более пригодной для экспансии в область неизвестного. Это можно уяснить с помощью примера, к которому мы часто обращались в этой книге: борьба между коперниковской и птолемеевской системами. В период между Коперником и Ньютоном очень много оснований приводилось в пользу как одной, так и другой системы. В конце концов, однако, Ньютон выдвинул теорию движения, которая блестяще объясняла все движения небесных тел (например, комет), в то время как Коперник, так же как и Птолемей, объяснял только движения в нашей планетной системе... Однако законы Ньютона основывались на обобщении коперниковской теории, и мы вряд ли можем представить себе, как они могли бы быть сформулированы, если бы он исходил из птолемеевской системы. В этом, как и во многих других отношениях, теория Коперника была более «динамичной», т. е. имела большее эвристическое значение. Можно сказать, что теория Коперника была математически более «простой» и более динамичной, чем теория Птолемея .

Эстетический критерий, или критерий красоты теории, о котором упоминает Франк, трудно защищать как самостоятельный, независимый от других критериев. Однако он приобретает большое значение как интуитивный синтез всех указанных критериев. Теория представляется ученому красивой, если она достаточно обща и проста и он предчувствует, что она окажется динамичной. Конечно, он может при этом и ошибиться.

13.5. Физика микромира

В физике, как и в чистой математике, по мере возрастания абстрактности теорий укоренялось понимание их языкового характера. Решающий толчок этот процесс получил после того, как в начале XX в. физика вторглась в пределы мира атомов и элементарных частиц и были созданы теория относительности и квантовая механика. Особенно большую роль сыграла квантовая механика. Эту теорию вообще невозможно понять, если не напоминать себе постоянно, что она представляет собой лишь языковую модель микромира, а не изображение того, как он выглядел бы «на самом деле», если бы можно было бы увидеть в микроскоп с чудовищным увеличением, и что такого изображения нет и быть не может. Поэтому представление о теории как о языковой модели действительности стало составной частью современной физики, стало необходимым физикам для успешной работы. В результате среди физиков стало меняться и внутреннее отношение к характеру своей деятельности. Если раньше физик-теоретик ощущал себя открывателем чего-то существовавшего до него и независимо от него, подобно мореплавателю, открывающему новые земли, то сейчас он ощущает себя, скорее, создателем чего-то нового, подобно мастеру, искусно владеющему своей профессией и создающему новые здания, машины, инструменты. Это изменение проявилось даже в оборотах речи. О Ньютоне говорят по традиции, что он «открыл» исчисление бесконечно малых и небесную механику; о современном ученом скажут, что он «создал», или «предложил», или «разработал» новую теорию; выражение «открыл» прозвучит архаично. Это, конечно, нисколько не ущемляет достоинства теоретиков, ибо созидание – занятие не менее почетное и вдохновляющее, чем открытие.

Почему же квантовая механика потребовала осознания «языковости» теорий?

Согласно первоначальной атомистической концепции атомы представлялись просто очень маленькими частицами вещества, маленькими тельцами, имеющими, в частности, определенную форму и цвет, от которых зависят физические свойства и цвет больших скоплений атомов. Атомная физика начала XX в. перенесла понятие атома («неделимый») на элементарные частицы - электроны и протоны (к которым вскоре добавился нейтрон), а слово «атом» стало обозначать конструкцию, состоящую из атомного ядра (оно, по первоначальной гипотезе, являлось скоплением протонов и электронов), вокруг которого вращаются электроны, как планеты вокруг Солнца. Такое представление о строении вещества считалось гипотетическим, но чрезвычайно правдоподобным. Сама гипотетичность понималась в том смысле, о котором мы говорили выше: планетарная модель атома должна быть либо истинной, либо ложной. Если она истинна (а в этом почти не было сомнений), то электроны - это «на самом деле» маленькие частички вещества, которые описывают определенные траектории вокруг ядра. Правда, по сравнению с атомами древних элементарные частицы уже стали утрачивать некоторые, казалось бы, совершенно необходимые для частиц вещества свойства. Стало ясно, что понятие цвета совершенно неприменимо к электронам и протонам; не то, чтобы мы не знали, какого они цвета, а просто вопрос этот не имеет смысла, ибо цвет есть результат взаимодействия со светом по крайней мере атома в целом, а точнее - скопления многих атомов. Возникали также сомнения относительно понятий о форме и размерах электронов. Но святая святых представления о материальной частице - наличие у частицы в каждый момент времени определенного положения в пространстве - оставалось несомненным и само собой разумеющимся.

13.6. Соотношение неопределенностей

Квантовая механика разрушила это представление. Она была вынуждена это сделать под напором новых экспериментальных данных. Оказалось, что элементарные частицы ведут себя при определенных условиях не как частицы, а как волны, но при этом они не «размазываются» по большой области пространства, а сохраняют свои малые размеры и свою дискретность, размазывается же лишь вероятность их обнаружения в той или иной точке пространства.

Рис. 13.1. Дифракция электронов

Рассмотрим в качестве иллюстрации . На нем изображена электронная пушка, посылающая электроны определенного импульса на диафрагму, за которой расположен экран. Диафрагма сделана из непрозрачного для электронов материала, но имеет два отверстия, через которые электроны и попадают на экран. Экран покрыт веществом, которое светится под действием электронов, так что в том месте, куда попал электрон, происходит вспышка. Поток электронов из пушки достаточно редкий, так что каждый электрон проходит через диафрагму и фиксируется на экране независимо от других. Расстояние между отверстиями в диафрагме во много раз больше размеров электронов, полученных любыми оценками, но сравнимо по порядку с величиной h /p , где h - константа Планка, а p - импульс электрона, т. е. произведение его скорости на массу.

Таковы условия эксперимента. Результатом его является распределение вспышек на экране. Первый вывод из анализа результатов эксперимента таков: электроны попадают в различные точки экрана, и предсказать, в какую точку попадет каждый электрон, невозможно, можно только предсказать вероятность попадания в ту или иную точку, т. е. среднюю плотность вспышек после попадания в экран очень большого числа электронов.

Но это еще полбеды. Можно представить себе, что различные электроны пролетают в разных местах отверстий в диафрагме, испытывают различной силы влияния со стороны краев отверстий и поэтому отклоняются по-разному. Настоящие неприятности возникают тогда, когда мы начинаем исследовать среднюю плотность вспышек на экране и сравнивать ее с теми результатами, которые получаются, когда мы закрываем одно из отверстий в диафрагме. Если электрон - это маленькая частица материи, то, попадая в район диафрагмы, он либо поглощается, либо проходит через одно из двух отверстий. Так как отверстия диафрагмы расположены симметрично относительно электронной пушки, в среднем половина электронов проходит через каждое отверстие. Значит, если мы закроем одно из отверстий и пропустим через диафрагму миллион электронов, а затем закроем второе отверстие, но откроем первое и пропустим еще миллион электронов, то мы должны получить такую же среднюю плотность вспышек, как если бы мы пропустили через диафрагму с двумя отверстиями два миллиона электронов. Но оказывается, что это не так! При двух отверстиях распределение получается иным, оно содержит максимумы и минимумы, как при дифракции волн.

Рассчитать среднюю плотность вспышек можно с помощью квантовой механики, связав с электронами так называемую волновую функцию, представляющую собой некое воображаемое поле, интенсивность которого пропорциональна вероятности наблюдаемых событий.

У нас отняло бы слишком много места описание всех попыток согласовать представление об электроне как об «обычной» частице (такие частицы стали называть классическими в отличие от квантовых) с экспериментальными данными об их поведении. Этому вопросу посвящена обширная литература, как специальная, так и популярная. Все такие попытки оказались безуспешными. Выяснились следующие две вещи.

Во-первых, если одновременно измеряется координата квантовой частицы (любой, не обязательно электронов) по некоторой оси х и импульс в этом направлении р , то ошибки измерения, которые мы обозначим через x ; и p соответственно, подчиняются соотношению неопределенностей Гейзенберга:

∆x × ∆p ≥ h .

Никакими ухищрениями обойти это соотношение нельзя. Чем точнее мы пытаемся измерить координаты, тем больше оказывается разброс по величине импульса р , и наоборот. Соотношение неопределенностей есть универсальный закон природы, но, так как постоянная Планка h весьма мала, при измерениях с телами макроскопического размера оно роли не играет.

Во-вторых, представление о том, что на самом деле квантовые частицы движутся по каким-то вполне определенным траекториям, т. е. в каждый момент времени на самом деле имеют вполне определенные координату и скорость (а значит, и импульс), которые мы просто не можем точно измерить, наталкивается на непреодолимые логические трудности. Напротив, принципиальный отказ от приписывания квантовой частице реальной траектории и принятие положения, что самое полное описание состояния частиц - это задание ее волновой функции, приводят к логически безупречной, а математически простой и изящной теории, которая блестяще согласуется с экспериментальными фактами; в частности, из нее немедленно вытекает соотношение неопределенностей. Эта теория - квантовая механика. В уяснении физических и логических основ квантовой механики и в ее философском осмыслении главную роль сыграла деятельность крупнейшего ученого-философа нашего времени Нильса Бора (1885–1962).

13.7. Наглядные и знаковые модели

Итак, у электрона не существует траектории. Самое большое, что можно сказать об электроне, - это указать его волновую функцию, квадрат которой даст нам вероятность обнаружения электрона вблизи той или иной точки пространства. В то же время мы говорим, что электрон - материальная частица определенных (и очень маленьких) размеров. Смешение этих двух представлений, которого потребовали опытные факты, оказалось делом очень нелегким, и до сих пор все еще находятся люди, которые отвергают обычную интерпретацию квантовой механики (принятую вслед за школой Бора подавляющим большинством физиков) и желают во что бы то ни стало вернуть квантовым частицам их траекторию. Откуда же такая настойчивость? Ведь экспроприация у электронов цвета прошла совершенно безболезненно, а с логической точки зрения признание неприменимости к электрону понятия траектории принципиально ничем не отличается от признания неприменимости понятия цвета. Различие здесь в том, что при отказе от понятия цвета мы проявляем известную долю лицемерия. Мы говорим, что у электрона нет цвета, а сами представляем его в виде этакого серенького (или блестящего - это дело вкуса) шарика. Отсутствие цвета мы заменяем на произвольный цвет, и это нисколько не мешает использованию нашей модели. По отношению к положению в пространстве этот фокус не проходит. Представление об электроне, который в каждый момент где-то находится, мешает пониманию квантовой механики и приходит в противоречие с опытными данными. Здесь мы вынуждены полностью отказаться от наглядно-геометрического представления о движении частицы. Это и вызывает болезненную реакцию. Мы настолько привыкли соединять пространственно-временную картину с истинной реальностью, с тем, что существует объективно и независимо от нас, что нам очень трудно поверить в объективную реальность, которая не укладывается в эти рамки. И мы снова и снова спрашиваем себя: но ведь если электрон не «размазан» в пространстве, то на самом деле он где-то должен находиться?

Нужна упорная работа мысли, чтобы признать и прочувствовать бессмысленность этого вопроса. Прежде всего, надо отдать себе отчет в том, что все наши знания и теории суть вторичные модели действительности, т. е. модели первичных моделей, каковыми являются данные чувственного опыта. Эти данные несут на себе неизгладимый отпечаток устройства нашей нервной системы, а так как пространственно-временные понятия заложены в самых нижних этажах нервной системы, все наши ощущения и представления, все продукты нашего воображения не могут выйти за рамки пространственно-временных картин. Тем не менее, эти рамки можно до известной степени расширить. Но это надо делать не путем иллюзорного движения «вниз» к объективной действительности, «какая она есть независимо от наших органов чувств», а путем движения «вверх», т. е. построения вторичных знаковых моделей действительности.

Разумеется, знаки теории сохраняют непрерывное пространственно-временное бытие, как и первичные данные опыта. Но в отношениях между теми и другими, т. е. в семантике теории, мы можем позволить себе значительную свободу, если будем руководствоваться логикой новых экспериментальных фактов, а не привычной пространственно-временной интуицией. И мы можем построить такую знаковую систему, которая в своем функционировании никак не связана наглядными представлениями, а подчинена единственно условию адекватного описания действительности. Квантовая механика и является такой системой. Квантовая частица в этой системе - не серенький или блестящий шарик и не геометрическая точка, а некоторое понятие, т. е. функциональный узел системы, который вместе с другими узлами обеспечивает описание и предвидение реальных опытных фактов: вспышек на экране, показаний приборов и т. д.

Возвратимся к вопросу о том, как «на самом деле» движется электрон. Мы видели, что из-за соотношения неопределенностей эксперимент в принципе не может дать на него ответа. Значит, в качестве «внешней части» физической модели действительности этот вопрос бессмыслен. Остается приписать ему чисто теоретический смысл. Но тогда он теряет непосредственную связь с наблюдаемыми явлениями и выражение «на самом деле» становится чистым надувательством! Всегда, когда мы выходим за пределы сферы восприятия и объявляем, что «на самом деле» имеет место то-то и то-то, мы движемся не вниз, а вверх - строим пирамиду языковых объектов и только вследствие обмана зрения нам кажется, что мы углубляемся в область, лежащую ниже чувственного опыта. Выражаясь метафорически, плоскость, отделяющая чувственный опыт от реальности, является абсолютно непроницаемой и, пытаясь разглядеть, что под нею, мы видим лишь перевернутое отражение пирамиды теорий. Это не значит, что истинная реальность непознаваема и наши теории не являются ее моделями; надо помнить только, что все эти модели лежат по сию сторону чувственного опыта и бессмысленно сопоставлять отдельным элементам теорий призрачные «реальности» по ту сторону, как это делал, например, Платон. Представление об электроне как о маленьком шарике, движущемся по траектории, - такая же конструкция, как и сцепление знаков квантовой теории. Оно отличается только тем, что включает пространственно-временную картину, которой мы по привычке приписываем призрачную реальность с помощью бессмысленного в данном случае выражения «на самом деле».

Переход к сознательному построению знаковых моделей действительности, не опирающихся на какие-либо наглядные представления о физических объектах, - большое философское завоевание квантовой механики. Фактически физика стала знаковой моделью со времен Ньютона и именно своей знаковости она была обязана успехами (численные расчеты); однако наглядные представления присутствовали в качестве необходимого элемента. Теперь они стали необязательными, и это расширило класс возможных моделей. Те, кто хотят во что бы то ни стало вернуть наглядность, хотя видят, что теория лучше работает без нее, призывают на деле просто к сужению класса моделей. Вряд ли им это удастся. Их можно сравнить с тем чудаком, который в паровоз запрягал лошадь, ибо хотя он и видел, что повозка движется без лошади, признать такое положение нормальным было выше его сил. Знаковые модели - это паровоз, который вовсе не нуждается в лошади наглядных представлений для каждого из своих понятий.

13.8. Крушение детерминизма

Второй важный результат квантовой механики, имеющий общефилософское значение, - это крушение детерминизма. Детерминизм - это понятие философское. Этим именем называют воззрение, согласно которому все события, происходящие в мире, имеют вполне определенные причины и происходят с необходимостью, т. е. не произойти не могут. Попытки уточнить это определение обнаруживают в нем логические дефекты, которые мешают точной формулировке этого воззрения в виде научного положения без введения каких-либо дополнительных представлений об объективной реальности. В самом деле, что значит «события имеют причины»? Разве можно указать какое-то «конечное» число причин данного события и сказать, что других причин нет? И что значит, что событие «не могло не произойти»? Если только то, что оно произошло, то утверждение обращается в тавтологию.

Однако философский детерминизм может получить более точное истолкование в рамках научной теории, претендующей на универсальное описание реальности. И действительно, он получил такое истолкование в рамках механицизма - научно-философской концепции, возникшей на базе успехов классической механики в приложении к движениям небесных тел. Согласно механистической концепции мир - это трехмерное евклидово пространство, заполненное множеством элементарных частиц, которые движутся по некоторым траекториям. Между частицами действуют силы, зависящие от их расположения друг относительно друга, а движение частиц подчиняется законам механики Ньютона. При таком представлении о мире его точное состояние (т. е. координаты и скорости всех частиц) в некоторый фиксированный момент времени однозначно определяет точное состояние мира в любой другой момент. Знаменитый французский математик и астроном П.Лаплас (1749–1827) выразил это положение следующими словами:

Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, и относительное положение всех ее составных частей, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями мельчайших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверным, и будущее, так же как и прошедшее, предстало бы перед его взором .

Эта концепция получила название лапласовского детерминизма . Она является законным и неизбежным следствием механистической концепции мира. Правда, с современной точки зрения формулировка Лапласа нуждается в некотором уточнении, так как мы не можем признать законными понятия всеведущего разума и абсолютной точности измерения. Но ее легко модернизировать, практически не меняя смысла. Мы говорим, что если известны с достаточной точностью координаты и импульсы всех частиц в достаточно большом объеме пространства, то можно рассчитать поведение любой системы в любом заданном интервале времени с любой заданной точностью. Из этой формулировки, как и из первоначальной формулировки Лапласа, можно сделать вывод, что все будущие состояния Вселенной предопределены. Неограниченно повышая точность и охват измерений, мы неограниченно удлиняем сроки предсказаний. Так как никаких принципиальных ограничений на точность и охват измерений, т. е. таких ограничений, которые вытекали бы не из ограниченности человеческих возможностей, а из природы объектов измерения, не существует, мы можем представить себе предельный случай и заявить, что на самом деле все будущее мира определено уже сейчас и абсолютно однозначно. Здесь выражение «на самом деле» приобретает вполне отчетливый смысл; наша интуиция легко признает законность этого «на самом деле» и сопротивляется его дискредитации.

Итак, механистическая концепция мира приводит к представлению о полной детерминированности явлений. Но это противоречит субъективному ощущению свободы выбора, которым мы обладаем. Отсюда два выхода: признать ощущение свободы выбора «иллюзорным» или же признать механистическую концепцию негодной в качестве универсальной картины мира. Сейчас уже трудно сказать, в какой пропорции разделялись на эти две точки зрения мыслящие люди «доквантовой» эпохи. Если подходить к вопросу с современной позиции, то, даже не зная ничего о квантовой механике, надо решительно встать на вторую точку зрения. Мы понимаем сейчас, что механистическая концепция, как и любая иная концепция, является лишь вторичной моделью мира по отношению к первичным данным опыта, поэтому непосредственные данные опыта всегда обладают приоритетом перед любой теорией. Ощущение свободы выбора есть первичный опытный факт, как и другие первичные факты духовного и чувственного опыта. Теория не может отвергнуть этого факта, она может лишь сопоставить с ним какие-то новые факты - процедура, которую мы при выполнении определенных условий называем объяснением факта. Объявить свободу выбора «иллюзорной» так же бессмысленно, как объявить человеку, у которого болит зуб, что его ощущение «иллюзорно». Зуб может быть совершенно здоров, а ощущение боли - быть результатом раздражения определенного участка мозга, однако от этого оно не становится «иллюзорным».

Квантовая механика разрушила детерминизм. Прежде всего, оказалось ложным представление об элементарных частицах как о маленьких тельцах, движущихся по определенным траекториям, а, следовательно, рухнула и вся механистическая картина мира - такая понятная, привычная и, казалось бы, совершенно несомненная. Физики XX в. уже не могут ясно и убедительно, как это умели физики XIX в., рассказать людям, что на самом деле представляет собой мир, в котором они живут. Но детерминизм рухнул не только как часть механистической концепции, но и как часть любой картины мира. В принципе можно было бы представить себе такое полное описание (картину) мира, которое включает лишь реально наблюдаемые явления, но дает однозначные предсказания всех явлений, которые когда-либо будут наблюдаться. Теперь мы знаем, что это невозможно. Мы знаем, что существуют ситуации, в которых принципиально невозможно предсказать, какое из множества мыслимых явлений осуществляется в действительности. Более того, эти ситуации являются согласно квантовой механике не исключением, а общим правилом; строго детерминированные исходы являются как раз исключением из правила. Квантово-механическое описание действительности - существенно вероятностное описание, а однозначные предсказания оно включает лишь как предельный случай.

В качестве примера рассмотрим опыт с дифракцией электронов, изображенный на . Условия опыта полностью определены, когда заданы все геометрические параметры установки и начальный импульс электронов, испускаемых пушкой. Все электроны, вылетающие из пушки и попадающие на экран, находятся в равных условиях и описываются одной волновой функцией. Между тем они поглощаются (дают вспышки) в разных точках экрана, и заранее предсказать, в какой точке даст электрон вспышку, невозможно; нельзя даже предсказать, отклонится ли он на нашем рисунке вверх или вниз, можно указать только вероятность попадания в различные участки экрана.

Позволительно, однако, задать вопрос: почему мы уверены, что если квантовая механика не может предсказать точку попадания электрона, то и никакая будущая теория не сможет сделать этого?

На этот вопрос мы дадим не один, а целых два ответа; вопрос вполне заслуживает такого внимания.

Первый ответ можно назвать формальным. Он таков. Квантовая механика основана на том принципе, что описание с помощью волновой функции является максимально полным описанием состояний квантовой частицы. Этот принцип в виде вытекающего из него соотношения неопределенностей подтвержден огромным числом экспериментов, интерпретация которых содержит понятия только низкого уровня, непосредственно связанные с наблюдаемыми величинами. Выводы квантовой механики, включающие более сложные математические расчеты, подтверждены еще большим числом экспериментов. И нет решительно никаких указаний на то, что мы должны усомниться в этом принципе. Но он равнозначен невозможности предсказаний точного исхода опыта. Например, чтобы указать точку на экране, куда попадает электрон, надо знать о нем больше, чем дает волновая функция.

Второй ответ мы начнем с того, что попытаемся понять, почему нам никак не хочется согласиться с невозможностью предсказания точки, куда попадет электрон. Столетия развития физики приучили людей к мысли, что движение неодушевленных тел регулируется исключительно внешними по отношению к ним причинами и что путем достаточно тонкого исследования эти причины можно всегда обнаружить, подсмотреть их. Это убеждение было вполне оправдано, пока считалось возможным подсматривать за системой, не влияя на нее, что имело место в опытах над макроскопическими телами. Представьте себе, что на рассеиваются не электроны, а пушечные ядра и что вы изучаете их движение. Вы видите, что в одном случае ядро отклоняется вверх, а в другом - вниз, и вы не желаете верить, что это происходит само по себе, а убеждены, что различие в поведении ядер объясняется какой-то реальной причиной. Вы снимаете полет ядра на кинопленку или предпринимаете еще какие-то действия и, в конце концов, находите такие явления A 1 и A 2 , связанные с полетом ядра, что при наличии A 1 ядро отклоняется вверх, а при наличии A 2 - вниз. И вы говорите, что A 1 - причина отклонения ядра вверх, а A 2 - причина отклонения вниз. Возможно, что ваша камера окажется несовершенной или вам просто надоест исследование и вы не найдете искомой причины. Но вы все-таки останетесь в убеждении, что на самом деле причина существует, т. е. если бы вы получше посмотрели, то явления A 1 и A 2 были бы обнаружены.

Как же обстоит дело в опыте с электронами? Вы снова видите, что электрон в одних случаях отклоняется вверх, в других - вниз и в поисках причины пытаетесь проследить за его движением, подсмотреть за ним. Но тут оказывается, что вы не можете подсмотреть за электроном, не влияя на его судьбу самым катастрофическим образом. Чтобы «увидеть» электрон, надо направить на него поток света. Но свет взаимодействует с веществом порциями, квантами, которые подчиняются тому же самому соотношению неопределенностей, что и электроны, и другие частицы. Поэтому с помощью света, а также с помощью любых других средств исследования выйти за пределы соотношения неопределенностей не удается. Пытаясь уточнить координату электронов с помощью фотонов, мы либо сообщаем ему такой большой и неопределенный импульс, который портит весь эксперимент, либо измеряем координату так грубо, что не узнаем о ней ничего нового. Таким образом, явлений A 1 и A 2 , т. е. причин, по которым электрон в одних случаях отклоняется вверх, а в других случаях вниз, не существует в действительности. А утверждение, что «на самом деле» какая-то причина есть, теряет всякий научный смысл.

Итак, существуют явления, у которых причин нет, точнее, существует ряд возможностей, из которых одна осуществляется без всякой причины. Это не значит, что принцип причинности вообще следует отбросить: в том же опыте если отключить электронную пушку, то вспышки на экране вообще исчезнут и причиной их исчезновения будет отключение пушки. Но это значит, что его надо существенно ограничить по сравнению с тем, как он понимался в классической механике и как он до сих пор понимается обыденным сознанием. У некоторых явлений причин нет, их надо принимать просто как нечто данное. Таков уж мир, в котором мы живем.

Второй ответ на вопрос о причинах нашей уверенности в существовании непредсказуемых явлений состоит в том, что с помощью соотношения неопределенностей мы уясняем себе не только массу новых фактов, но и природу того перелома в отношении причинности и предсказуемости, который происходит при вторжении в микромир. Мы видим, что вера в абсолютную причинность проистекала из молчаливого предположения о наличии бесконечно тонких средств исследования, «подсматривания» за объектом. Но, дойдя до элементарных частиц, физики обнаружили, что существует минимальный квант действия, измеряемый постоянной Планка, и это создает порочный круг при попытках детализировать сверх меры описание одной частицы с помощью другой. И абсолютная причинность рухнула, а вместе с ней и детерминизм. С общефилософской точки зрения представляется вполне естественным, что если не существует бесконечной делимости материи, то не существует и бесконечной детальности описания, так что крушение детерминизма представляется более естественным, чем если бы он сохранился.

13.9. «Сумасшедшие» теории и метанаука

Успехи квантовой механики, о которых мы говорили выше, относятся главным образом к описанию нерелятивистских частиц, т. е. частиц, движущихся со скоростями, много меньшими, чем скорость света, так что эффектами, связанными с теорией относительности (релятивистскими эффектами), можно пренебречь. Именно нерелятивистскую квантовую механику мы имели в виду, когда говорили о ее полноте и логической стройности. Нерелятивистская квантовая механика достаточна для описания явлений атомного уровня, но физика элементарных частиц высоких энергий требует создания теории, совмещающей идеи квантовой механики и теории относительности. До сих пор на этом пути достигнуты лишь частичные успехи; единой и последовательной теории элементарных частиц, объясняющей огромный материал, накопленный экспериментаторами, не существует. Попытки построить новую теорию путем непринципиальных исправлений старой теории не приводят к значительным результатам. Создание удовлетворительной теории элементарных частиц упирается в чрезвычайную своеобразность этой области явлений, происходящих как бы в совсем ином мире и требующих для своего описания совершенно необычных понятий, в самой основе расходящихся с привычной нам понятной схемой.

В конце 50-х годов Гейзенберг предложил новую теорию элементарных частиц, ознакомившись с которой Бор сказал, что она вряд ли окажется верной, потому что она «недостаточно сумасшедшая». Теория действительно не получила признания, а меткое замечание Бора стало известно всем физикам и даже попало в популярную литературу. Словечко «сумасшедшая» естественным образом ассоциировалось с эпитетом «странный», применяемым к миру элементарных частиц. Но означает ли «сумасшедшая» только «странная», «необычная»? Пожалуй, если бы Бор сказал «недостаточно необычная», афоризма не получилось бы. Слово «сумасшедшая» вносит оттенок «шальная», «взявшаяся неизвестно откуда» и блестяще характеризует нынешнюю ситуацию в теории элементарных частиц, когда всеми признается необходимость глубокой перестройки теории, но, как к ней приступить, неизвестно.

Возникает вопрос: неужели «странность» мира элементарных частиц, неприменимость к нему нашей интуиции, выработанной в макромире, обрекает нас отныне и навечно на блуждание в темноте?

Вдумаемся в природу возникших трудностей. Принцип создания формализованных языковых моделей действительности не пострадал при переходе к изучению микромира. Но если колесики этих моделей - физические понятия - брались в своей основе из нашего повседневного макроскопического опыта и лишь уточнялись путем формализации, то для нового «странного» мира нужны новые «странные» понятия, которые взять неоткуда и которые придется, следовательно, изготовлять заново, да еще и соединить их должным образом в целостную схему. На первом этапе исследования микромира одно из таких колесиков - волновая функция нерелятивистской квантовой механики - было изготовлено сравнительно легко, опираясь на уже существовавший математический аппарат, служивший для описания макроскопических явлений (механика материальной точки, механика сплошных сред, теория матриц). Физикам просто повезло: они нашли прообразы необходимого им колесика в двух (совершенно различных) колесиках макроскопической физики и составили из них «кентавра» - квантовое понятие волны-частицы.

Однако нельзя все время рассчитывать на везение. Чем глубже мы проникаем в микромир, тем сильнее отличаются необходимые понятия-конструкты от привычных понятий макроскопического опыта и тем меньше вероятность соорудить их с ходу, без всяких инструментов, без всякой теории. Следовательно, мы должны подвергнуть научному анализу саму задачу построения научных понятий и теорий, т. е. совершить очередной метасистемный переход . Чтобы квалифицированно построить определенную физическую теорию, нам нужна общая теория построения физических теорий (метатеория), в свете которой прояснится путь решения нашей конкретной задачи. Сравнение наглядных моделей старой физики с лошадью, а абстрактных знаковых моделей с паровозом, можно развить следующим образом. Лошади предоставлены в наше распоряжение природой. Они растут и размножаются сами по себе, и чтобы использовать их, не нужно знать их внутреннее устройство. Но паровоз мы должны построить сами. Для этого мы должны понять принципы его устройства и физические законы, лежащие в их основе, а также иметь какие-то инструменты для работы. Пытаясь построить теорию «странного» мира, не имея метатеории физических теорий, мы уподобляемся человеку, который задумал построить паровоз голыми руками или построить самолет, не имея представления о законах аэродинамики.

Итак, созрел очередной метасистемный переход. Физика требует... хочется сказать «метафизики», но, к счастью для нашей терминологии, нужная нам метатеория является таковой по отношению к любой естественнонаучной теории, имеющей высокую степень формализации, поэтому ее правильнее назвать метанаукой . Этот термин обладает тем недостатком, что создает впечатление, будто метанаука есть нечто, принципиально лежащее вне науки, в то время как в действительности новый уровень иерархии, создаваемый этим метасистемным переходом, надо, конечно, включить и в общее тело науки, расширяя тем самым это тело. Ситуация здесь такая же, как с термином метаматематика; ведь метаматематика - это тоже часть математики. Но поскольку термин «метаматематика» был все-таки принят, можно считать приемлемым и термин «метанаука». Впрочем, поскольку важнейшая часть метанаучного исследования - исследование понятий теории, можно предложить также термин концептология .

Основную задачу метанауки можно сформулировать так. Дана некая совокупность или некий генератор фактов. Каким образом построить теорию, эффективно описывающую эти факты и делающую правильные предсказания?

Если мы хотим, чтобы метанаука вышла за рамки общих рассуждений, то надо строить ее как полноценную математическую теорию, а для этого ее объект - естественнонаучная теория - должен предстать в формализованном (пускай упрощенном - такова цена формализации) виде, подвластном математике. Представленная в таком виде научная теория есть формализованная языковая модель, механизм которой составляет иерархическая система понятий - точка зрения, которую мы приводили на протяжении всей книги. С этой точки зрения создание математической метанауки представляется очередным и естественным метасистемным переходом, совершая который мы делаем предметом изучения формализованные языки в целом, причем не только в отношении их синтаксиса, но также - и главным образом - с точки зрения семантики, с точки зрения их приложения к описанию действительности. К этому шагу нас подводит весь путь развития физико-математической науки.

Впрочем, до сих пор мы в своих рассуждениях исходили из потребностей физики. А как обстоит дело с точки зрения чистой математики?

Если физики-теоретики знают, что им нужно, но сделать могут немного, то «чистых» математиков можно, скорее, упрекнуть в том, что они сделать могут много, но не знают, что им нужно. Нет спору, многие чисто математические работы нужны для придания связности и стройности всему зданию математики, и смешно было бы требовать от каждой работы немедленных «практических» приложений. Но все-таки математика создается для познания действительности, а не с эстетическими или спортивными целями, подобно шахматам, и даже самые высокие ее этажи нужны, в конечном счете, лишь постольку, поскольку они способствуют достижению этой цели.

Вероятно, рост здания математики ввысь нужен всегда и представляет собой безусловную ценность. Но математика разрастается также и вширь, и все труднее становится определить, что не нужно, а что нужно, и если нужно, то в какой степени. Математическая техника развита сейчас настолько, что сконструировать в рамках аксиоматического метода несколько новых математических объектов и исследовать их свойства стало чуть ли не таким же обыкновенным, хотя и не всегда легким делом, как для древнеегипетских писцов произвести вычисления над дробями. Но, кто знает, понадобятся ли эти объекты? Возникает потребность в теории приложения математики, а это по существу и есть метанаука. Следовательно, развитие метанауки - это направляющая и организующая задача по отношению к более конкретным математическим задачам.

До создания эффективной метанауки пока еще далеко. Сейчас трудно представить даже ее общие контуры. Чтобы они прояснились, необходимо выполнить еще много подготовительных работ. Физики должны овладеть «бурбакизмом», прочувствовать игру математических структур, которая приводит к возникновению богатых аксиоматических теорий, пригодных для детального описания реальности. Они должны вместе с математиками научиться раскладывать знаковые модели на отдельные кирпичики, чтобы складывать из них нужные им блоки. И, конечно, необходимо развитие техники проведения формальных выкладок над произвольными символьными выражениями (а не только числами) с помощью электронных вычислительных машин. Подобно тому, как переход от арифметики к алгебре происходит только после полного освоения техники арифметических вычислений, так и переход к теории создания произвольных символьных систем требует высокой техники действий над символьными выражениями, требует практического снятия проблемы выполнения громоздких формальных выкладок. Внесут ли новые методы вклад в разрешение тех конкретных трудностей, которые стоят сейчас перед теорией элементарных частиц, или же они будут раньше разрешены ручными, «дедовскими» методами, неизвестно, да это, в конце концов, и не важно, ибо, несомненно, появятся новые трудности. Так или иначе, вопрос о создании метанауки стоит на повестке дня. Рано или поздно он должен быть решен, и тогда люди получат новое оружие для покорения самых странных фантастических миров.

Bacon F. Novum Organum , Great books of the western world. Encyclopedia Britannica, 1955. Aphorism 95. P. 126.

Bacon F. Ор. cit. Aphorism 117. Р. 131.

Cм. сборник: Эйнштейн А. Физика и реальность . М.: Наука, 1965. Следующие ниже цитаты взяты также из этого сборника.

Frank P. Philosophy of science . Englewood Cliffs (New Jersey): Prentice-Hall, 1957.

Лаплас П. Опыт философии теории вероятностей . М., 1908. С. 9.

Становление науки в собственном смысле этого слова связано с применением в научных исследованиях метода эксперимента, который был основой теоретического естествознания. Как отмечал В.С.Степин, сама идея экспериментального исследования неявно предполагала наличие в культуре особых представлений о природе, деятельности и познающем субъекте, которые не были свойственны античной культуре, а начали формироваться в эпоху Возрождения и получили законченное выражение в Новое время. В экспериментальном исследовании субъект познания выступает в качестве активного начала, противостоящей природной материи, изменяющей ее вещи путем силового давления на них . Природный объект познается в эксперименте потому, что он поставлен в искусственно созданные условия и только благодаря этому проявляет для субъекта свои невидимые сущностные связи.

Социально-культурной предпосылкой экспериментального исследования природы явилась новая система ценностных ориентаций, которая начинает просматриваться уже в культуре Возрождения. С одной стороны, утверждается, в противовес средневековому мировоззрению, новая система гуманистических идей, связанная с концепцией человека как активно противостоящего природе в качестве мыслящего и деятельного начала. С другой - акцентируется интерес к познанию природы, которая рассматривается как поле приложения человеческих сил.

Уже в эпоху Возрождения начинает складываться новое понимание связи между природным, естественным и искусственным, создаваемым человеческой деятельностью. Традиционное христианское учение о сотворении мира Богом получает особое истолкование. По отношению к божественному разуму, который создал мир, природа рассматривается как искусственное. Деятельность же человека истолковывается как своеобразное подобие в малых масштабах актов творения. И основой этой деятельности полагается подражание природе, распознавание в ней разумного начала (законов) и следование осмысленной гармонии природы в человеческих искусствах - науке, художественном творчестве, технических изобретениях. Ценности искусственного и естественного уравниваются, а разумное изменение природы в процессе человеческой деятельности выступает не как нечто противоречащее ей, а как согласующееся с ее естественным устройством. Именно это новое отношение к природе было закреплено в категории «натура», что послужило предпосылкой для выработки принципиально нового способа познания мира: возникает идея о возможности ставить природе теоретические вопросы и получать на них ответы путем активного преобразования природных объектов.

Новые смыслы категории «природа» были связаны с формированием новых смыслов категорий «пространства» и «времени» как однородных образований и это позволило утверждать идею о возможности и воспроизводимости эксперимента в любой точке земного шара и в любое время.

Экспериментальный метод начал готовить к разработке еще Леонардо да Винчи (1452-1519). Но Леонардо жил за сто лет до этой эпохи, и у него не было соответствующих технических возможностей и условий. Не разработана была также логическая структура экспериментального метода. Эксперименту Леонардо да Винчи недоставало строгости определений и точности измерений.

Начало экспериментальному методу Нового времени положило изобретение двух важнейших инструментов: сложного микроскопа (ок. 1590 г.) и телескопа (ок. 1608 г.). Уже древние греки были знакомы с увеличительной силой линзовых стекол. Но сущность и микроскопа, и телескопа заключается в соединении нескольких увеличительных стекол. По-видимому, первоначально такое соединение произошло случайно, а не под влиянием какой-нибудь руководящей теоретической идеи. Первый микроскоп изобрел, по всей видимости, голландский шлифовальщик стекол Захарий Янсен. Первую подзорную трубу - голландский оптик Франц Липперстей.

С появлением телескопов развитие астрономии поднялось на качественно новый уровень. Были открыты четыре наиболее крупных спутника Юпитера, множество новых, не видимых невооруженным взглядом, звезд; было достоверно установлено, что туманности и галактики являются огромным скоплением звезд. Кроме того, были обнаружены темные пятна на Солнце.

Основополагающую роль в обосновании метода эксперимента сыграл Г.Галилей. Галилей и его последователи в основанной после его смерти Флорентийской академии опытов, проводили натурные эксперименты. Натурный эксперимент проводится с объектами в ситуации самой изучаемой действительности и предполагает, как правило, вмешательство экспериментатора в естественный ход событий. Галилей также ввел в научное познание мысленный эксперимент. Мысленный эксперимент предполагает задание условной ситуации, проявляющей интересующие исследователя свойства и оперирование идеализированными объектами. Галилей активно внедрял в сознание ученых своего времени мысль о том, что наука без мысленного конструирования, без идеализации, без абстракций, без обобщающих выводов, опирающихся на факты, невозможна.

Идеи Галилея о методе эксперимента наиболее продуктивно развивал Х.Гюйгенс. На основе экспериментальных исследований Гюйгенс изобрел маятниковые часы со спусковым механизмом, установил законы колебания физического маятника, заложил основы теории удара. Гюйгенс усовершенствовал телескоп, сконструировав окуляр и с помощью этого прибора открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан.

Продуктивность метода эксперимента была продемонстрирована в последующий период развития механики. Традиция, идущая от Галилея и Гюйгенса к Гуку и Ньютону, была связана с попытками моделировать в мысленных экспериментах с механическими устройствами силы взаимодействия между небесными телами. Например, Гук рассматривал вращение планет по аналогии с вращением тела, закрепленного на нити, а также тела, привязанного к вращающемуся колесу. Ньютон использовал аналогию между вращением Луны вокруг Земли и движением шара внутри полой сферы.

Характерно, что именно на этом пути был открыт закон всемирного тяготения. К формулировке Ньютоном этого закона привело сопоставление законов Кеплера и получаемых в мысленном эксперименте над аналоговой механической моделью математических выражений, характеризующих движение шара под действием центробежных сил.

Предпосылки возникновения опытной науки историки находят в целом ряде факторов экономического, политического и общекультурного характера, сложившихся в Европе XIV-XV вв. К ним следует отнести разложение феодальных отношений, сопровождающееся усилением обмена товаров, переход от натурального к денежному обмену, что способствовало накоплению капитала и постепенному переходу к капиталистическим отношениям. Развитие торговли потребовало расширения сфер деятельности, освоения новых стран и континентов: географические открытия расширили горизонт видения мира средневекового европейца. Оказалось, что мир не ограничивается территорией княжеств или отдельного государства, он населен разными народами, говорящими на разных языках, имеющими свои традиции и обычаи. Возникают интерес и необходимость их изучения, а также обмен идеями (торговые отношения с арабским Востоком привели к открытию для Западной Европы натурфилософии арабов).

Средневековые университеты, ставшие впоследствии центрами науки, сыграли важную роль в процессе секуляризации (от лат. sacularis – мирской, светский), освобождения культуры от авторитета церкви, разделения философии и теологии, науки и схоластики.

Рост городов и, следовательно, расширение ремесел, появление мануфактур, развитие торговли потребовали новых орудий, инструментов, создать которые могла новая техника, опирающаяся на опыт и науку. Спрос на новые изобретения, прошедшие опытную проверку, повлек за собой отказ от умозрительных умозаключений в науке. Экспериментальная наука была объявлена «владычицей умозрительных наук» (Р.Бэкон).

Вместе с тем, наука Ренессанса не могла быть свободной от влияния Античности, но в отличие от Средневековья, которое транслировало опыт идеального моделирования действительности, Ренессанс его значительно пересмотрел, видоизменил.

У истоков становления опытной (экспериментальной) науки стоят фигуры Н. Коперника (1473-1543) и Галилео Галилея (1564-1642).

Н.Коперник, опираясь на астрономические наблюдения и расчеты, сделал открытие, позволяющее говорить о первой научной революции в естествознании – это гелиоцентрическая система. Суть его учения кратко сводится к утверждению о том, что Солнце, а не Земля (как это считал Птолемей) находится в центре мироздания и что Земля за сутки обращается вокруг своей оси, а за год – вокруг Солнца. (При этом Коперник при проведении наблюдений полагался лишь на невооруженный специальным инструментом глаз и математические расчеты.) Это был удар не только по Птолемеевской картине мира, но и в целом – по религиозной. Тем не менее, Коперниковское учение содержало много противоречий и порождало массу вопросов, на которые и сам он ответить не мог. К примеру, на вопрос о том, почему Земля, вращаясь, не сбрасывает все со своей поверхности, Коперник в духе Аристотелевской логики отвечал, что плохие последствия не могут быть вызваны остаточным движением и что «вращение нашей планеты не вызывает постоянного ветра из-за наличия атмосферы, содержащей землю (одну из четырех стихий Аристотеля) и тем самым вращающейся в согласии с самой планетой». Этот ответ свидетельствует о том, что мышление Коперника было не свободным от традиции Аристотеля и религиозной веры – он был сыном своего времени. Сам же Коперник считал, что его теория не претендует на реальное отражение строения Вселенной, а представляет всего лишь более удобный способ расчета движения планет. Приведу еще одну цитату из указанного источника: Коперник «… оспаривал сложность предсказания движения планет, основанного на Птолемеевском наследии, и пытался взглянуть на имеющиеся данные иначе.

В этом и заключается значение Коперника для философии науки: он продемонстрировал возможность различных толкований одних и тех же фактов, выдвижения альтернативных теорий и выбора из них более простой, позволяющей делать более точные выводы».

Прошло более столетия, прежде чем другой выдающийся мыслитель - Галилео Галилей - смог ответить на многие нерешенные вопросы и противоречия Коперника.

Галилея считают основателем опытного изучения природы, но при этом он сумел соединить эксперимент с математическим описанием. Поставив перед собой цель – доказать, что природа живет по определенным математическим законам, он проводил эксперименты с помощью различных приборов. Одним из таковых был сделанный им из подзорной трубы телескоп, который помог ему совершить ряд открытий, имеющих колоссальное значение для науки в целом и космологии, в частности. С его помощью он обнаружил, что движущиеся звезды (имеются в виду планеты) не похожи на неподвижные звезды и представляют собой сферы, светящиеся отраженным светом. Кроме того, он сумел обнаружить фазы Венеры, что доказывало ее вращение вокруг Солнца (а значит, и вращение Земли вокруг того же Солнца), что подтверждало вывод Коперника и опровергало Птолемея. Движение планет, годовые перемещения солнечных пятен, приливы и отливы – все это доказывало действительное вращение Земли вокруг Солнца.

Примером того, что Галилей часто прибегал к опытам, служит следующий факт: пытаясь доказать вывод о том, что тела падают вниз с одинаковой скоростью, он бросал шары разного веса с Пизанской башни и, измеряя время их падения, опроверг Аристотеля в его утверждении о том, что скорость тела увеличивается при движении к Земле пропорционально его весу.

Приведу еще один пример, имеющий важное значение для утверждения научного подхода к изучению мира. Как известно, Аристотель считал, что основу всех вещей мира составляют четыре причины: материя (физический субстрат), форма (замысел, облик), действие или движение (то, что вызвало их появление), цель (замысел, намерение). Галилей же, исследуя причины ускорения движения, приходит к выводу о том, что следует искать не причину какого-либо явления (т.е. почему оно возникло), а как это происходит. Так принцип причинности впоследствии, в ходе развития науки, постепенно из нее устраняется.

Галилей не просто проводил опыты, но и производил их мысленный анализ, при котором они получали логическую интерпретацию. Этот прием во многом способствовал возможности не только объяснять, но и предсказывать явления. Известно также, что он широко применял и такие методы, как абстракция и идеализация.

Галилей впервые в истории науки провозглашает, что при изучении природы возможно отвлечение от непосредственного опыта, поскольку природа, как он считал, «написана» на математическом языке, и разгадать ее можно только тогда, когда, отвлекаясь от чувственных данных, но на их основе создаются мысленные конструкции, теоретические схемы. Опыт – это очищенный в мысленных допущениях и идеализациях материал, а не просто описание фактов. Роль и значение Галилея в истории науки трудно переоценить. Он заложил (по мнению большинства ученых) фундамент науки о природе, ввел в научную деятельность мысленный эксперимент, обосновал возможность применения математики для объяснения явлений природы, что придало математике статус науки. Ясные и очевидные сегодня для каждого школьника законы были выведены именно им (закон инерции, к примеру), он задал определенный стиль мышления, вывел научное познание из рамок абстрактных умозаключений к опытному исследованию, раскрепостил мышление, реформировал интеллект. С его именем связывают вторую научную революцию в естествознании и рождение подлинной науки.

Завершается вторая научная революция именем Исаака Ньютона (1643- 1727). Главную работу Ньютона «Математические начала натуральной философии» Дж. Бернал назвал «библией науки».

Ньютон – основатель классической механики. И, хотя сегодня с позиции современной науки механистическая картина мира Ньютона кажется грубой, ограниченной, именно она дала толчок для развития теоретических и прикладных наук на последующие почти 200 лет. Ньютону мы обязаны такими понятиями, как абсолютное пространство, время, масса, сила, скорость, ускорение; он открыл законы движения физических тел, заложив основу развития науки физики. Однако, ничего этого не могло бы быть, не будь до него Галилея, Коперника и др. Недаром сам он говорил: «Я стоял на плечах гигантов».

Ньютон довел до совершенства язык математики, создав интегральное и дифференциальное исчисление, он – автор идеи корпускулярно-волновой природы света. Можно было бы и еще перечислять многое из того, что дал науке и пониманию мира этот ученый.

Остановимся на главном достижении научных изысканий Ньютона – механистической картине мира. Она содержит следующие положения:

Утверждение о том, что весь мир, Вселенная есть ни что иное, как совокупность огромного числа неделимых и неизменных частиц, перемещающихся в пространстве и времени, связанных между собой силами тяготения, передающимися от тела к телу через пустоту.

Отсюда следует, что все события жестко предопределены и подчинены законам классической механики, что дает возможность предопределять и предвычислять ход событий.

Элементарной единицей мира является атом, и все тела состоят из абсолютно твердых, неделимых, неизменных корпускул – атомов. При описании механических процессов им использовались понятия «тело» и «корпускула».

Движение атомов и тел представлялось как простое перемещение тел в пространстве и во времени. Свойства пространства и времени, в свою очередь, представлялись как неизменные и независящие от самих тел.

Природа представлялась как большой механизм (машина), в котором каждая часть имела свое предназначение и жестко подчинялась определенным законам.

Сутью данной картины мира является синтез естественно-научных знаний и законов механики, который сводил (редуцировал) все разнообразие явлений и процессов к механическим.

Можно отметить плюсы и минусы такой картины мира. К плюсам следует отнести тот факт, что она позволяла объяснить многие явления и процессы, происходящие в природе, не прибегая к мифам и религии, а из самой природы.

Что касается минусов, то их немало. К примеру, материя в механистическом истолковании Ньютона представлялась как инертная субстанция, обреченная на вечное повторение вещей; время – пустая длительность, пространство – простое «вместилище» вещества, существующее независимо ни от времени, ни от материи. Из самой картины мира был устранен познающий субъект – априорно предполагалось, что такая картина мира существует всегда, сама по себе и не зависит от средств и способов познающего субъекта.

Следует отметить и методы (или принципы) изучения природы, на которые опирался Ньютон. Их можно представить в виде исследовательской программы (или плана).

В первую очередь, он предлагал прибегнуть к наблюдению, эксперименту, опытам; затем, применяя индукцию, вычленять отдельные стороны наблюдаемого объекта или процесса, чтобы понять, как в нем проявляются основные закономерности, принципы; затем осуществлять математическое выражение этих принципов, на основе чего строить целостную теоретическую систему и путем дедукции «прийти к законам, имеющим неограниченную силу во всем».

Механистическая картина мира, методы научного объяснения природы, разработанные Ньютоном, дали мощный толчок развитию других наук, появлению новых областей знания – химии, биологии (к примеру, Р.Бойль сумел показать, как происходит соединение элементов, и объяснить другие химические явления, исходя из представлений о движении «малых частиц материи» (корпускул)). Ламарк в поисках ответа на вопрос об источнике изменений в живых организмах, опираясь на механистическую парадигму Ньютона, сделал вывод о том, что развитие всего живого подчинено принципу «нарастающего движения флюидов».

Огромное влияние механистическая картина мира оказала на философию – она способствовала утверждению материалистического взгляда на мир среди философов. К примеру, Т.Гоббс (1588-1679) выступил с критикой «бестелесной субстанции», утверждая, что все сущее должно иметь физическую форму. Все есть движущаяся материя – даже разум он представил как некий механизм, а мысли – движущейся в мозге материей. В целом философские споры о природе действительности способствовали созданию той среды, в которой происходило становление различных наук.

Вплоть до XIX века в естествознании царствовала механистическая картина мира, а познание опиралось на методологические принципы – механицизм и редукционизм.

Однако по мере развития науки, различных ее областей (биологии, химии, геологии, самой физики) становился очевидностью факт, что механистическая картина мира не подходит для объяснения многих явлений. Так, исследуя электрическое и магнитное поля, Фарадей и Масквелл обнаружили факт, согласно которому материю можно было представить не только как вещество (в соответствии с механистическим ее толкованием), но и как электромагнитное поле. Электромагнитные процессы не могли быть сведены к механическим, и потому напрашивался вывод: не законы механики, а законы электродинамики являются основными в мироздании.

В биологии Ж.Б. Ламарк (1744-1829) сделал потрясающее открытие о постоянном изменении и усложнении всех живых организмов в природе (и самой природы), провозгласив принцип эволюции , что также противоречило положению механистической картины мира о неизменности частиц мироздания и предзаданности событий. Свое завершение идеи Ламарка нашли в эволюционной теории Ч.Дарвина, показавшего, что животные и растительные организмы являются итогом длительного развития органического мира, и вскрывшего причины этого процесса (чего не смог до него сделать Ламарк) – наследственность и изменчивость, а также движущие факторы – естественный и искусственный отбор. Позже многие неточности и допущения Дарвина были дополнены генетикой, объяснившей механизм наследственности и изменчивости.

Клеточная теория строения живых организмов также является одним из звеньев общей цепи открытий, подорвавших основы классической, механистической картины мира. В ее основе лежит идея: все живые растения и организмы, начиная от простейших и заканчивая самым сложным (человеческим), имеют общую единицу строения – клетку. Все живое обладает внутренним единством и развивается по единым законам (а не изолированно друг от друга).

Наконец, открытие закона сохранения энергии в 40-х годы XIX столетия (Ю.Майер, Д.Джоуль, Э.Ленц) показало, что такие явления, как теплота, свет, электричество, магнетизм, также не изолированы друг от друга (как это представлялось раньше), а взаимодействуют, переходят при определенных условиях одно в другое и представляют собой не что иное, как разные формы движения в природе.

Так была подорвана механистическая картина мира с ее упрощенным представлением о движении как простом перемещении тел в пространстве и во времени, изолированных одно от другого, о единственно возможной форме движения – механической, о пространстве как «вместилище» вещества и о времени как неизменной константе, не зависящей от самих тел.



В последней трети XVI - начале XVII в. происходит буржуазная революция в Нидерландах, сыгравшая важную роль в развитии капиталистических отношений в протестантских странах. С середины XVII в. (1642-1688) буржуазная революция развертывается в Англии, наиболее развитой в промышленном отношении европейской стране. Эти ранние буржуазные революции были подготовлены развитием мануфактурного производства, пришедшего на смену ремесленному труду. Переход к мануфактуре способствовал быстрому росту производительности труда, поскольку мануфактура базировалась на кооперации работников, каждый из которых выполнял отдельную функцию в расчлененном на мелкие частичные операции процессе производства.

Развитие нового - буржуазного - общества порождает изменения не только в экономике, политике и социальных отношениях, оно меняет и сознание людей. Важнейшим фактором такого изменения обшественного сознания оказывается наука, и прежде всего экспериментально-математическое естествознание, которое как раз в XVII в. переживает период своего становления: не случайно XVII век обычно называют эпохой научной революции.

В XVII в. разделение труда в производстве вызывает потребность в рационализации производственных процессов, а тем самым - в развитии науки, которая могла бы эту рационализацию стимулировать.

Развитие науки Нового времени, как и социальные преобразования, связанные с разложением феодальных общественных порядков и ослаблением влияния церкви, вызвало к жизни новую ориентацию философии. Если в Средние века она выступала в союзе с богословием, а в эпоху Возрождения - с искусством и гуманитарным знанием, то теперь она опирается главным образом на науку.

Начало современному этапу развития науки было положено великими основателями экспериментального и теоретического естествознания, к числу которых причисляют обычно Коперника, Кеплера, Галилея и Ньютона. Обоснование польским астрономом Николаем Коперником, который был каноником собора во Фраенбурге, гелиоцентрической модели солнечной системы получило название коперниканского переворота в мировоззрении. Немец Иоганн Кеплер придал этому перевороту строгую математическую форму, дав миру уравнения эллиптического движения планет вокруг солнца. А уже в следующем, ХVII веке итальянец Галилео Галилей развил экспериментальное естествознание, создал первые измерительные приборы. Англичанин Исаак Ньютон, резюмировал результаты предшественников в знаменитых одноименных законах, будучи одновременно великим теоретиком и замечательным экспериментатором. Это был апофеоз прометеевского прозрения, осознания неограниченных возможностей разума, вырвавшегося на широкий простор научных исследований.

Для понимания проблем, которые стояли перед философией XVII в., надо учитывать, во-первых, специфику нового типа науки - экспериментально-математического естествознания, основы которого закладываются в этот период. И во-вторых, поскольку наука занимает ведущее место в мировоззрении этой эпохи, то и в философии на первый план выходят проблемы теории познания - гносеологии.

Античная и средневековая физика, основы которой заложил Аристотель, не была математической наукой: она опиралась, с одной стороны, на метафизику, а с другой - на логику. Одной из причин того, почему при изучении природных явлений ученые не опирались на математику, было убеждение, что математика не может изучать движение, составляющее главную характеристику природных процессов. В XVII в. усилиями И. Кеплера, Г. Галилея и его учеников - Б. Кавальери и Э. Торричелли - развивается новый математический метод бесконечно малых, получивший впоследствии название дифференциального исчисления. Этот метод вводит принцип движения в саму математику, благодаря чему она оказывается подходящим средством для изучения физических процессов.

Одной из философских предпосылок создания метода бесконечно малых было учение Николая Кузанского о совпадении противоположностей, которое оказало влияние на Галилея и его учеников.

Оставалась, однако, еще одна проблема, которую предстояло решить для того, чтобы стала возможной механика. Согласно античному и средневековому представлению, математика имеет дело с идеальными объектами, какие в чистом виде в природе не встречаются; напротив, физика изучает сами реальные, природные объекты, а потому строго количественные методы математики в физике неприемлемы. Одним из тех, кто взялся за решение этой проблемы, был опять-таки Галилей. Итальянский ученый пришел к мысли, что реальные физические объекты можно изучать при помощи математики, если удастся на основе эксперимента сконструировать идеальные модели этих физических объектов. Так, изучая закон падения тел, Галилей строит эксперимент, вводя понятия абсолютно гладкой (т. е. идеальной) плоскости, абсолютно круглого (идеального) тела, а также движения без сопротивления (движения в пустоте) и т. д. Изучение идеальных образований можно осуществить с помощью новой математики. Таким путем происходит сближение физического объекта с математическим, составляющее предпосылку классической механики.

Совершенно очевидно, что эксперимент имеет мало общего с непосредственным наблюдением, к которому по преимуществу обращалось естествознание предшествующего периода. Неудивительно, что проблема конструирования идеальных объектов, составляющая теоретическую основу эксперимента, стала одной из центральных также и в философии XVII в.

Телеологическое рассмотрение природы было в XVII в. препятствием на пути нового естествознания, а потому и оказывалось предметом наиболее острой критики со стороны ведущих мыслителей этой эпохи. Наука должна открывать механическую причинность природы, а потому следует ставить природе не вопрос "для чего?", а вопрос "почему?".

Первая научная революция в естествознании XVI – XVII веков, ее особенности. Становление классической науки. Ф. Бэкон и Р. Декарт – основоположники философии и методологии науки Нового времени.

Френсис Бэкон - считается основателем опытной науки Нового времени. Он был первым философом, поставившим перед собой задачу создать научный метод. В его философии впервые сформулированы главные принципы, характеризующие философию Нового времени.

С самого начала своей творческой деятельности Бэкон выступил против господствовавшей в то время схоластической философии и выдвинул доктрину "естественной" философии, основывающейся на опытном познании. Взгляды Бэкона сформировались на основе достижений натурфилософии Возрождения и включали в себя натуралистическое миросозерцание с основами аналитического подхода к исследуемым явлениям и эмпиризмом. Он предложил обширную программу перестройки интеллектуального мира, подвергнув резкой критике схоластические концепции предшествующей и современной ему философии.

Понимание науки у Бэкона включало, прежде всего, новую классификацию наук, в основные принципы которой он положил такие способности человеческой души, как память, воображение (фантазия), разум. Критерий успехов наук - те практические результаты, к которым они приводят. Поэтому Бэкон проводит различение двух видов опыта: плодоносного и светоносного. Первый - это такие опыты, которые приносят непосредственную пользу человеку, светоносный - те, цель которых состоит в познании глубоких связей природы, законов явлений, свойств вещей. Второй вид опытов Бэкон полагал более ценными, так как без их результатов невозможно осуществить плодоносные опыты. Недостоверность получаемого нами знания обусловлена, считает Бэкон, сомнительной формой доказательства, которая опирается на силлогистическую форму обоснования идей, состоящую из суждений и понятий.

Опытно-индуктивный метод Бэкона состоял в постепенном образовании новых понятий путем истолкования фактов и явлений природы. Только с помощью такого метода, по мнению Бэкона можно открывать новые истины, а не топтаться на месте.

В индуктивный метод Бекона в качестве необходимых этапов входят сбор фактов и их систематизация. Бэкон выдвинул идею составления 3-х таблиц исследования: таблиц присутствия, отсутствия, и промежуточных ступеней.

В индуктивный метод Бэкона входит и проведение эксперимента. При этом важно варьировать эксперимент, повторять его, перемещать из одной области в другую, менять обстоятельства на обратные и связывать с другими. После этого можно перейти к решающему эксперименту.

В теории познания, для Бэкона, главное - исследовать причины явлений. Причины могут быть разными - или действующими, которыми занимается физика, или конечными, которыми занимается метафизика.

Методология Бэкона в значительной степени предвосхитила разработку индуктивных методов исследования в последующие века, вплоть до XIX века однако Бэкон в своих исследованиях недостаточно подчеркивал роль гипотезы в развитии знания, хотя в его времена уже зарождался гипотетико-дедуктивный метод осмысления опыта, когда выдвигается то или иное предположение, гипотеза и из нее выводятся различные следствия. При этом дедуктивно осуществляемые выводы постоянно соотносятся с опытом. В этом отношении большая роль принадлежит математике, которой Бэкон не владел в достаточной степени, да и математическое естествознание в то время только формировалось.

Несмотря на то, что он придавал большое значение науке и технике в жизни человека. Бэкон считал, что успехи науки касаются лишь "вторичных причин", за которыми стоит всемогущий и непознаваемый Бог. При этом Бэкон все время подчеркивал, что прогресс естествознания, хотя и губит суеверия, но укрепляют веру. Он утверждал, что "легкие глотки философии толкают порой к атеизму, более же глубокие возвращают к религии".

Влияние философии Бэкона на современное ему естествознание и последующее развитие философии огромно. Его аналитический научный метод исследования явлений природы, разработка концепции необходимости ее экспериментального изучения сыграли свою положительную роль в достижениях естествознания последующих веков. Логический метод Бэкона дал толчок развитию индуктивной логики. Классификация наук Бэкона была положительно воспринята в истории наук и даже положена в основу разделения наук французскими энциклопедистами. Хотя углубление рационалистической методологии в дальнейшем развитии философии снизило после смерти Бэкона его влияние в XVII веке, в последующие века идеи Бэкона приобрели свое новое звучание. Они не потеряли своего значения вплоть до XX века. Некоторые исследователи даже рассматривают его как предшественника современной интеллектуальной жизни и пророка прагматической концепции истины. Имеется в виду его высказывание: "Что в действии наиболее полезно, то и в знании наиболее истинно".

Декарт - французский философ и математик, являясь одним из основоположников "новой философии", основатель картезианства, был глубоко убежден, что на истину "... натолкнется скорее отдельный человек, чем целый народ". При этом он отталкивался от "принципа очевидности", при котором всякое знание должно было проверяться с помощью естественного "света разума". Это предполагало отказ от всех суждений принятых на веру.

Великий философ, предложивший свою систему координат в математике - декартова - прямоугольная система координат (хотя у Декарта были и косоугольными и произвольными), предложил и точку отсчета для общественного сознания. По Декарту научное знание должно было быть построено, как единая система, в то время как до сих пор оно было лишь собранием случайных истин.

Самосознание у Декарта не замкнуто на себя и открыто Богу, который выступает источником мышления: все смутные идеи - продукт человека (а поэтому ложны), все ясные идеи идут от Бога, следовательно истинны. Материя по Декарту делима до бесконечности (атомов и пустоты не существует), а движение объяснял с помощью понятия вихрей. Данные предпосылки позволили Декарту отождествить природу с пространственной протяженностью, таким образом, оказалось возможным изучение природы представить как процесс ее конструирования (как, например, геометрические объекты). В отличие от Бэкона, Декарт ищет обоснование знания не столько в сфере его практической реализации, сколько в сфере самого знания.

Науку по Декарту конструирует некоторый гипотетический мир и этот вариант мира (научный) равносилен всякому другому, если он способен объяснить явления, данные в опыте т.к. это Бог является "конструктором" всего сущего, и он мог воспользоваться для осуществления своих замыслов и этим (научным) вариантом конструкции мира. Такое понимание мира Декартом как системы тонко сконструированных машин снимает различие между естественным и искусственным. Впоследствии аналогичный принцип был заложен в теорию моделирования разума - кибернетику: "Ни одна система не может создать систему сложнее себя самой". Таким образом, если мир - механизм, а наука о нем - механика, то процесс познания есть конструирование определенного варианта машины мира из простейших начал, которые находятся в человеческом разуме. В качестве инструмента Декарт предложил свой метод, в основу которого легли следующие правила: 1. Начинать с простого и очевидного; 2. Путем дедукции получать более сложные высказывания; 3. Действовать таким образом, чтобы не упустить ни одного звена (непрерывность цепи умозаключений) для чего нужна интуиция, которая усматривает первые начала, и дедукция, которая дает следствия из них.

Как истинный математик Декарт поставил математику основой и образцом метода, и в понятии природы оставил только определения, которые укладываются в математические определения - протяжение (величина), фигура, движение. Важнейшими элементами метода являлись измерение и порядок. Понятие цели Декарт изгнали из своего учения т.к. было устранено понятие души (как посредника между неделимым умом (духом) и делимым телом). Декарт отождествил ум и душу, называя воображение и чувство модусами ума. Устранение души в ее прежнем смысле позволило Декарту противопоставить две субстанции природу и дух, и превратить природу в мертвый объект для познавания (конструирования) и использования человеком, но при этом возникла серьезная проблема философии Декарта - связи души и тела, и раз все есть суть механизмы - попытался решить ее механистически: в "шишковидной железе" (где находится вместилище души по Декарту) механические воздействия, передаваемые органами чувств достигают сознания.