книги / Философские проблемы науки и техники

ГЛАВА 4. СТРУКТУРА НАУЧНОЙ ТЕОРИИ

Значение научных теорий. Можно прийти в изумление при виде эфемерности научных тeopий [7]. После нескольких лет расцвета эти последние постепенно сходят со сцены; наблюдается нагромождение развалин на развалины; можно предвидеть, что и господствующие теперь теории, в свою очередь, обречены на столь же быстрое разрушение, и заключить отсюда вывод об окончательной их бесполезности. Это можно назвать«банкротствомнауки».

Однако такой скептицизм был бы дилетантским, не представляющим цели и значения научных теорий, не видящим, что «развалины» могут еще быть на что-либо пригодными.

Нет теории, которая была бы, казалось, более прочной, чем теория Френеля, сводившая световые явления к движениям эфира. Однако ей в настоящее время предпочитают теорию Максвелла. Значит ли это, что творение Френеля оказалось бесполезным? Нет, ибо целью Френеля было не решение вопроса о реальности существования эфира, о том, слагается ли он из атомов и действительно ли эти атомы двигаются в таком-то и таком-то направлении, но цель его была иная: он стремился предвидеть оптические явления.

И вот этому требованию теория Френеля удовлетворяет вполне; она дает возможность предвидеть явления и теперь и столь же хорошо, как и до Максвелла. Входящие в нее дифференциальные уравнения остаются верными; мы всегда можем интегрировать их теми же самыми способами, и результаты этой операции постоянно сохраняют все свое прежнее значение.

Можно возразить, что таким образом физические теории низводятся до роли простых практических рецептов. Но это неверно. Уравнения выражают собою отношения, и если эти уравнения остаются верными, то лишь вследствие того, что отношения сохраняют свое действительное существование. Как прежде, так и теперь уравнения теории Френеля показывают нам, что между такою-то и такою-то вещью существует такое-то соотношение; разница лишь та, что то, что называлось прежде движением, мы называем теперь

51

электрическим током. Но названия были лишь символами, которые мыставимнаместореальностей, навсегдасокрытыхотнасприродой.

Истинныеотношениямеждуреальносуществующимивещами– вот единственная доступная нашему познанию реальность, и единственное условие этого познания состоит в том, чтобы между этими вещами были те же самые отношения, как и между теми моделями, которые мы вынуждены ставить на место последних. И если эти отношения нам известны, то не все ли равно, какою именно моделью покажется намудобным заменитьей предшествовавшую.

В самом деле, насколько данное периодическое явление (например, электрическое колебание) является результатом колебательного движения такого-то атома, который движется подобно маятнику и который действительно перемещается в соответствующем направлении, никому неизвестно, да и не представляет интереса. Но что между электрическим колебанием, движением маятника и всеми вообще периодическими движениями существует внутреннее сродство, отвечающее какой-то глубоко общей реальности, что это сродство, это подобие или, вернее, этот параллелизм между ними можно проследить вплоть до мелочей и что он является следствием более общих принципов – принципа сохранения энергии и принципа наименьшего действия, это мы можем утверждать с полной достоверностью, это – истина, которая всегда останется одной и той же, в какиебыоблачениянивздумалимы ее одеть.

Было предложено много тeopий рассеяния света; первые были несовершенны и заключали в себе лишь малую долю истины. Затем появилась теория Гельмгольца; впоследствии она также видоизменялась на разные лады, и сам ее автор построил новую, основанную на принципах Максвелла. Но, что особенно замечательно, все ученые после Гельмгольца пришли к тем же самым уравнениям, хотя и отправлялись от чрезвычайно далеких, по-видимому, одна от другой исходных точек. Можно утверждать, что все эти теории истинны в одно и то же время, и не только вследствие того, что они позволяют нам предвидеть одни и те же явления, но и потому, что они делают теоретически очевидным действительное

52

соотношение, существующее между поглощением и нормальным рассеянием света. Истинное в предпосылках предложенных теорий – это то, что является общим у всех авторов; истина заключается здесь в установлении известного отношения между вещами, носящими у одних одно, а у других – другое название.

Кинетическая теория газов дала повод ко многим упрекам, на которые было бы трудно ответить, если бы мы имели претензию видеть в ней абсолютную истину. Но, несмотря на все эти упреки, она все же оказалась полезной, и полезность ее выразилась, в частности, в том, что с ее помощью было установлено истинное соотношение между давлением газа и осмотическим давлением, оставшееся бы иначе навсегда сокрытым. Итак, в этом смысле она была, можно сказать, полезной.

Физик, констатируя наличность противоречия между двумя одинаково дорогими для него теориями, выражается иногда по этому поводу так: «Не станем особенно беcпокоиться на этот счет и будем лучше крепко держаться за оба конца цепи, хотя промежуточные звенья ее и скрыты от нас». Этот аргумент – он очень похож на доводы запутавшегося и прижатого к стенке богослова – был бы просто смешон, если физическим теориям необходимо нужно было бы придавать тот смысл, который приписывается им дилетантами. Тогда, действительно, в случае противоречия одна из теорий должна была бы по меньшей мире рассматриваться как ложная. Но если искать в теориях только то, что и нужно в них искать, то дело представляется тогда совсем иначе. И, действительно, может случиться, что обе теории выражают собою истинные соотношения, причем противоречие лежит лишь в тех символических образах, которыми мыоблеклиреально существующиевещи.

Тем, кто нашел бы, что мы слишком ограничиваем этим область, доступную ученому, можно ответить следующими словами: вопросы, которые мы исключаем здесь из вашего ведения и о которых вы столь сожалеете, не только не разрешимы, но и не имеют смысла, они представляют собою иллюзию.

Предположим, некий философ заявляет претензию объяснить «всю физику» взаимными ударами атомов. Если он просто желает

53

сказать этим, что между физическими явлениями существуют такие же отношения, как и между бесконечно большим числом взаимно ударяющихся бильярдных шаров, то такое утверждение можно проверить; такое утверждение может быть и верно. Но философ хочет сказать больше; и мы думаем, что понимаем его: мы, думается нам, знаем, что такое само по себе явление удара. Почему же мы знаем последнее? Да просто потому, что часто видели игру в бильярд. Но можем ли мы думать, что Бог, созерцая Свое творение, испытываеттежеощущения, которыеявляютсяунаспривидеигрывбильярд? Если мы не желаем придавать утверждению философа именно этот, довольно странный, смысл и в то же время отказываемся понимать его в том ограниченном смысле, который был только что выяснен и который является верным, то оно вообще не имеет смысла. Этого родагипотезы, следовательно, имеютсмыслтолькокакметафоры.

Ученому столь же необязательно избегать их, как поэт не обходит метафор, но он должен знать им цену. Они могут быть полезны, давая уму необходимое удовлетворение; вредными же они быть не могут, поскольку останутся лишьбезразличнымигипотезами.

После этих соображений становится ясным, почему известные теории, считавшиеся оставленными и окончательно отвергнутыми опытом, неожиданно вдруг возрождаются из пепла и начинают новую жизнь. Причина здесь в том, что они выражали собою истинные отношения между явлениямии непереставаливыражать ихв то время, когда мы по тем или иным основаниям сочли необходимым изложить те же самые отношения на другом языке. Таким образом, жизнь сохраниласьу них, так сказать, впотенциальнойформе.

Когда-то в науке не знали ничего более комичного, более наивного и более устарелого, чем электрические жидкости Кулона. Но в начале XX в. они снова выступают на сцену под именем электронов. Чем, в самом деле, отличаются они, эти постоянно наэлектризованные частицы, от электрических молекул Кулона? Правда, электричество в электронах имеет «носителя» в виде малого количества материи; другими словами, электроны обладают некоторой массой. Но и Кулон не отказывал своим жидкостям

54

в массе, а если даже и отказывал, то лишь с крайним неудовольствием. Было бы слишком смелым утверждать, что вера в электроны никогда более не потеряет обаяния; тем не менее любопытно констатировать факт столь неожиданного возрождения.

Особенно поразительный пример этого рода представляет принцип Карно. Карно вывел его на основании ложных гипотез. Когда удалось обнаружить, что теплота не является неуничтожаемой, но, наоборот, может быть превращена в работу, идея Карно была совершенно оставлена; впоследствии Клаузиус возвратился к ней и доставил ей окончательное торжество. В своей первоначальной форме теория Карно вместо действительных отношений выражала другие, неточные, загроможденные устарелыми идеями, но наличность этих последних не уменьшила реального значения остальных. Клаузиусу оставалось лишь удалить их, как при окультуривании деревьев подрезают отмершие ветви. Результатом был второй закон термодинамики. Отношения остались в нем те же самые, как и в теории Карно, хотя эти отношения связывали теперь – по крайней мере с внешней стороны – уже не те же самые объекты. Этого оказалось достаточным, чтобы принцип сохранил все свое значение. Самые рассуждения Карно не погибли бесследно от этого различия; правда, они были приложены к неверному содержанию, но форма их, т.е. все существенное, оставалась правильной.

Только что изложенные соображения обрисовывают нам вместе с тем и значение общих принципов, какими являются принцип наименьшего действия или принцип сохранения энергии. Эти принципы имеют весьма высокую ценность: люди пришли к ним, ища того, что было общего в содержании многочисленных законов физики; они являются, следовательно, квинтэссенцией бесчисленного множества наблюдений.

Во всяком случае, из самой общности их вытекает некоторое следствие: они не могут не быть оправданы опытом. Поскольку мы не можем дать энергии общее определение, то принцип сохранения энергии просто обозначает лишь то, что нечто остается постоянным. Итак, каковы бы ни были те новые понятия о мире,

55

которые дадут нам опыты будущего, мы уже заранее уверены, что в них всегда будет нечто такое, что останется постоянным и что мы можем назвать энергией. Значит ли это, что принцип сохранения энергии не имеет смысла и сводится к тавтологии? Вовсе нет; он обозначает, что все те различные вещи, которые мы называем энергией, связаны между собою истинным сродством; он устанавливает между ними реально существующее отношение. Но если в таком случае принцип этот имеет смысл, то он может оказаться ложным; мы, может быть, не имеем права бесконечно расширять область его приложения, и, однако, ему уже заранее гарантировано подтверждение – подтверждение в тесном смысле слова. Какими же средствами мы обнаружим момент, когда наш принцип достигнет крайней общности, какую только мы вправе ему придать? Это будет просто тогда, когда он перестанет быть нам полезным, т.е. перестанет служить для безошибочного предвидения новых явлений. В подобном случае мы будем уверены, что установленное рассматриваемым принципом отношение не будет уже реально существующим, так как иначе оно было бы плодотворным; опыт отвергнет новую попытку распространения принципа, не становясь с ним в прямое противоречие.

Физика и механическое миропонимание. Большинство тео-

ретиков имеют постоянное предрасположение к объяснениям, заимствованным из механики или из динамики. Одни из них почувствовали бы себя удовлетворенными, если бы могли свести все явления природы к движениям молекул, притягивающих одна другую по известному закону. Другие требовательнее и хотели бы исключить притяжение на расстоянии; их молекулы должны иметь прямолинейные траектории, и они могут отклоняться от своего пути лишь в силу взаимных столкновений. Еще некоторые, как, например, Герц, исключают также и силы, но зато молекулы их являются подчиненными геометрическим связям, аналогичными, например, тем, которые существуют в наших стержневых системах; они, таким образом, хотят свести динамику к особого рода кинематике.

56

Словом, каждый мыслитель желает втиснуть природу в особые рамки, вне которых его ум не способен найти себе удовлетворение. Но окажется ли природа достаточно гибкой для этого? Можно показать, что во всех случаях, удовлетворяющих закону сохранения энергии и принципу наименьшего действия, всегда возможно не только одно механическое объяснение, но бесконечное множество таковых. Затем можно доказать, что существует бесконечное множество способов для объяснения всех явлений гипотезой связей по системе Герца или, кроме того, гипотезой центральных сил. Столь же легко было бы, несомненно, доказать, что все явления всегда можно объяснить просто ударами атомов.

Для этой цели нужно, разумеется, идти дальше материи обыденного опыта, материи, которая является объектом наших органов восприятия и движения которой мы наблюдаем непосредственно. Здесь возможны две гипотезы: или мы предположим, что эта обыденная материя слагается из атомов, внутренние движения которых ускользают от нас, причем нашим чувствам доступно единственно лишь перемещение целого, или же мы вообразим себе одну из таких невесомых жидкостей, которые под названием эфира или под другими названиями ранее играли столь важную роль в физических теориях.

Часто идут еще дальше и рассматривают эфир как единственно реальную первичную материю или даже как единственно реальную материю вообще. Наиболее осторожные мыслители понимают материю обыденного представления как сгущенный эфир, – предположение, не заключающее в себе ничего отталкивающего. Но другие еще более, так сказать, развенчивают материю и видят в ней лишь геометрическое место особых проявлений свойств эфира. Для лорда Кельвина, например, то, что мы называем материей, есть лишь геометрическое место точек, где эфир обладает вихревыми движениями; для Римана материя была геометрическим местом точек, где эфир постоянно уничтожался; с точки зрения других авторов, например Лармора, она – место точек, где эфир подвергается скручиванию совершенно особого

57

свойства. Если кто-либо желает стать на одну из цитированных точек зрения, то у него можно спросить: по какому праву может он, под тем предлогом, что эфир есть истинная материя, распространять на него механические свойства обыкновенной материи, являющейся лишь материей фиктивной.

Невесомые жидкости старой физики: теплород, электрическая

ит.д. – были оставлены, после того как было установлено, что теплота уничтожаема. Но oни подверглись этой участи еще и по другой причине. Материализацией их подчеркивалась, так сказать, индивидуальность каждой; между различными «материями» разверзалась особого рода пропасть. И когда выросло очень яркое чувство единства природы, когда были открыты внутренние соотношения, связывающие все ее части, пропасть эту оказалось необходимым засыпать. Прежние физики, умножая список своих «жидкостей», не только создавали без всякой надобности метафизические субстанции, но разрушали иреально существующие связи.

Однако еще недостаточно, чтобы теория не устанавливала ложных отношений, необходимо, чтобы она не скрывала притом

иотношений истинных.

Имеет ли эфир реальное существование? Известно, чем обусловливается вера в последнее. Свет какой-нибудь отдаленной звезды доходит до Земли в течение нескольких лет. В это время он уже не находится на звезде и еще не находится на Земле. Необходимо, очевидно, допустить, что он все же где-нибудь да находится и имеет, так сказать, материальный носитель.

Ту же самую идею можно выразить в гораздо более математической и более абстрактной форме.

Констатируемые нами факты сводятся к изменениям, которым подвергаются материальные молекулы; мы видим, например, что фотографическая пластинка испытывает последствия явлений, совершавшихся в раскаленной массе звезды несколько лет тому назад. Но по нашей обыкновенной механике состояние рассматриваемой системы зависит лишь от состояния ее в момент, непосредственно предшествовавший данному; система

58

удовлетворяет, следовательно, дифференциальным уравнениям. Напротив, если бы мы не допустили существования эфира, cocтояние вселенной зависело бы не только от непосредственно предшествовавших состояний, но и от состояний гораздо более давнего времени; система удовлетворяла бы уравнениям конечных разностей. И вот, чтобы избавиться от этого уклонения от общих законов механики, и было создано понятие эфира.

Изложенное обязывает нас лишь наполнить эфиром пустое межпланетное пространство, но не заставляет, так сказать, пропускать его в самую внутренность материальной среды. Опыт Физо идет дальше. Посредством интерференции лучей, прошедших через находящийся в движении воздух и воду, этот физик показывает нам, как две различные среды проникают друг в друга и в то же время перемещаются одна относительно другой.

В этом опыте мы как бы «дотрагиваемся до эфира рукой». Однако можно представите себе такие опыты, которые застави-

ли бы нас войти с ним в еще более близкое соприкосновение. Предположим, что третий закон Ньютона неверен, если его прилагать к одной только материи, и что нам удалось констатировать этот факт. Геометрическаясуммавсехсил, приложенныхковсемматериальным молекулам, не равнялась бы тогда, как прежде, нулю. Но тогда, если только мы не пожелали бы изменить всю механику, нам необходимо пришлось бы ввести фактором именно эфир, чтобы действие, которому, очевидно, оказалась бы подвержена в этом случае материя, бы- лобыкомпенсированопротиводействиемматерииначто-тодругое.

Или, положим, мы обнаружили факт влияния движения Земли на оптические и электрические явления. Тогда нам пришлось бы заключить, что эти явления могут раскрыть нам не только относительные движения материальных тел, но и то, что являлось бы, по-видимому, их абсолютными движениями. И вот, нам необходимо было бы тогда допустить существование эфира, для того чтобы эти так называемые абсолютные движения не были перемещениями относительно пустого пространства, но перемещениями относительно чего-то конкретного.

59

Однако придем ли мы когда-нибудь к такому открытию? Надежда эта не столь уж нелепа. Например, если бы теория Лоренца, была бы верна, то принцип Ньютона был бы неприложим к одной только материи, и возникающая при этом разность довольно близко подходила бы к величине, доступной опыту.

С другой стороны, были исследования относительно влияния движения Земли на электрические и оптические явления. Результаты получались всегда отрицательные. Но уже сам факт, что опыты эти предпринимались, указывает на то, что исследователи не были уверены в их результате.

Маловероятно, что более точные опыты когда-либо окажутся в состоянии открыть нечто большее, чем относительные перемещения материальных тел. Произведенные до сих пор опыты имели целью обнаружить члены первого порядка. Результат получился отрицательный; не могло ли это быть случайностью? Никто не допускал этого; стали искать общее объяснение для этого факта, и Лоренц нашел его. Он показал, что члены первого порядка должны были взаимно уничтожиться, но что это не распространяется на члены второго порядка. Тогда были произведены более точные опыты; результат был снова отрицательный. Это также не могло зависеть от случайности; потребовалось объяснение; объяснение было найдено. Объяснения вообще находятся всегда: гипотезы – это фонд неисчерпаемый. Но мало того: не чувствуем ли мы, что останавливаться на этом значит еще отводить случайности чрезмерно важное значение? Не является ли случайным то странное совпадение, которое заставило известное обстоятельство прийти как раз вовремя для уничтожения членов первого порядка, тогда как второе обстоятельство, совершенно отличное от первого, но столь же способствующее аналогичному результату, взяло на себя труд уничтожить члены второго порядка. Нет, нужно найти для всех одно и то же объяснение, и тогда вся совокупность данных заставляет думать, что это же объяснение сохранит свою силу также и для членов первого порядка и что взаимное уничтожение этих последних станет правилом строгим и абсолютно верным.

60