Поворотные времена. Часть 2 - Анатолий Ахутин

Гейзенберг приводит разные основания, позволяющие считать систему понятий замкнутой: непротиворечивость математической структуры теории, возможность ее строгой аксиоматизации; надежная согласованность ее с широким кругом наблюдений и экспериментов; своеобразная компактность теории, т. е. тесная связь основных и производных понятий, образующих единую логическую систему, в которой нельзя изменить ни одного элемента, не разрушая всю систему; наконец, естественно вытекающий из перечисленного последний критерий – присущая такой системе тенденция к универсальности, всеобщности.

Возникнув на основе анализа ограниченного круга явлений, система понятий становится теоретической, поскольку выходит за рамки своего непосредственного эмпирического базиса, утверждается в качестве системы универсальных определений природы, в качестве самой логики естественнонаучного мышления, всеобщей методологии научного исследования, развертывается как теоретическая картина мира. Именно теоретическая «безграничность» и делает ее, как ни парадоксально это прозвучит, замкнутой системой.

Такая система обретает логическую самостоятельность, некую непреходящую истинность, ее нельзя ни улучшить с помощью новых понятий, ни просто отвергнуть. Она остается, как говорит Гейзенберг, априорной предпосылкой последующих теорий, сколько бы они от нее ни отличались. Новая система понятий, т. е. новый способ понимания, возникает на основе исследования особого круга явлений, но несет в себе равномощную потенцию универсальности. Она поэтому полностью преобразует предшествующую систему, но вместе с тем не отбрасывает, а лишь… ограничивает сферу ее применимости. Впрочем, мы забегаем вперед, отсюда и парадоксы.

Основной критерий замкнутости теоретической системы Гейзенберг видит не в связности математической структуры, всегда достаточно сложной, и, разумеется, не в эмпирической общности, всегда достаточно проблематичной, а в том, что он называет компактностью теории, т. е. в систематическом единстве понятий, образующих ее логику и онтологию. «Компактность замкнутой теории, – пишет он, – относится больше к логическому и понятийному, чем к формально математическому аспекту. Недаром в истории возникновения замкнутых теорий прояснение физического смысла понятий, как правило, предшествовало полному пониманию математической структуры»161. В основе любой замкнутой теоретической системы лежат некие развертываемые в ней фундаментальные понятия. Так, понятия точечных масс и действующих между ними сил лежат в основе ньютоновской механики. Они развертываются в системе кинематических и динамических понятий этой теории (координаты, скорость, импульс, ускорение, момент, кинетическая и потенциальная энергия и т. д.). В основе статистической физики лежит понятие канонического распределения и ансамбля, изображаемого точкой в фазовом пространстве. С помощью них интерпретируются специфические понятия термодинамики: теплота, температура, энтропия, свободная энергия и т. п. В основе электродинамики лежит понятие поля, подлинную универсальность которого впервые показал, как увидим, Эйнштейн. В основе квантовой механики лежит понятие состояния системы, описываемое функцией вероятности.

Каждое из этих фундаментальных понятий не может быть «дедуцировано» в системе прежних понятий. Оно формируется в попытках теоретически истолковать особый круг физических явлений и осмыслить тот математический формализм, который может быть уже создан для описания этих явлений, как было, например, с уравнениями Максвелла или матричной формулировкой квантовой механики.

В развертывании теоретической системы существует также своеобразный внешний симптом приближения к внутреннему пределу. Обнаруживается некая неуступчивая группа явлений. Пусть даже отдельный факт, упрямый факт, факт, в котором кроется новая система понимания. Требуется формирование новых идеализаций, новых моделей, схематизирующих эксперимент, новых понятий со своей логикой (типом связей) и онтологией (картиной мира). Требуется как бы заново начать работу понимания, а в контексте прежней – универсальной – системы это в особенности трудно.

Явления электромагнетизма или атомные спектры кажутся поначалу очередными открытиями в непрерывной работе экспериментаторов. Казалось бы, и работа теоретика состоит в соответствующем непрерывном совершенствовании своих теорий. Теперь мы можем заметить, что это далеко не так.

Дело в том, что фундаментальные физические теории строятся не просто как «описание» определенной совокупности фактов, скажем механических, или оптических, или электрических. Теория прежде всего устремлена к выяснению фундаментальных же, т. е. всеобщих, структур и законов природы как таковой.

Ньютон не создавал теорию особых механических явлений (даже неясно, что это такое). Он разрабатывал математическую механику как «Начала натуральной философии», как теорию всех возможных явлений. В XVIII в., как известно, ньютоновская механика представлялась именно универсальной системой естественнонаучного мышления. Она стала буквально мировоззрением – и не в силу своих внешних успехов или популяризации, а потому, что в ней были воплощены одновременно и идея полноты, точности и осмысленности теоретического знания вообще, и некая идеальная картина мира, идея реальности. Даже в XIX в., замечает Гейзенберг, «механика прямо отождествлялась с точным естествознанием. Ее задачи и сфера ее применимости казались безграничными».162

Итак, вдумываясь в концепцию замкнутой теоретической системы, мы, пожалуй, вправе установить еще один ее критерий: понятия, образующие основание ее систематизма, непосредственно связаны с определенной идеей реальности. Она обладает универсальной значимостью, поскольку представляет собой некий универсум, идеальный мир, в контексте которого познается мир реальный. Вот почему переход к другой теоретической системе, необходимость которого поначалу связана с попыткой осмыслить особый круг явлений, как бы частный случай, оказывается столь трудным делом. В действительности речь идет здесь об изменении идеи реальности и способа ее теоретического представления, а это значит – о глубинном преобразовании теоретического мышления. Уникальные в истории науки ситуации, когда оказывается необходимым изменить саму структуру мышления, Гейзенберг трактует как научные революции. Он подчеркивает, однако, что необходимость такого изменения носит сугубо внутренний характер. К этому вынуждают не внешние – психологические или социальные – обстоятельства, а сама логика научного познания. «Революция, – говорит он, – производится исследователем, пытающимся решить некую частную проблему и при этом стремящимся вносить как можно меньше изменений в предшествующую науку. Именно это желание вносить как можно меньше изменений обнаруживает, что введение новшества вынуждено самим предметом (Sachzwang), что изменить структуру мышления о явлениях требует сама природа, а не какой-нибудь человеческий авторитет»163.

Посмотрим теперь, соответствуют ли такому пониманию перечисленные Гейзенбергом системы. В самом ли деле образуют они подобные замкнутые миры? Могут ли они претендовать на универсальное теоретическое представление реальности?

Гейзенберг не распространяется о статистической физике. He стану и я входить здесь в обсуждение этого вопроса. Что же касается теории поля, утвердительный ответ вполне возможен. Тот человек, который впервые сделал понятие поля универсальным и связал его с новой идеей реальности, – Эйнштейн не раз, в частности в «Эволюции физики», написанной совместно с Л. Инфельдом, именно с этой точки зрения описывал историю возникновения теории относительности.

Понятие поля сформировалось, как известно, в экспериментах М. Фарадея. Уравнения Максвелла показали его теоретическую самостоятельность, которая окончательно утвердилась благодаря работам Герца и Лоренца. Когда Эйнштейн заменил классические преобразования Галилея преобразованиями Лоренца, он показал его (поля) подлинную всеобщность. Специальная теория относительности не уточнила, не усовершенствовала, а полностью преобразовала всю систему теоретической механики на новой основе. «Хотя теория, – замечают авторы „Эволюции физики”, – возникла из проблемы поля, она должна охватить все физические законы… Законы поля, с одной стороны, и законы механики – с другой, имеют совершенно различный характер. Уравнения электромагнитного поля инвариантны по отношению к преобразованиям Лоренца, а уравнения механики инвариантны по отношению к классическим галилеевским преобразованиям. Ho теория относительности требует, чтобы все законы природы были инвариантны по отношению к Лоренцовым, а не классическим преобразованиям».164 «Механистическое мировоззрение, – заключают они, – потерпело крах. В уравнениях Максвелла мы создали новый образ для законов природы»165. Специальную теорию относительности можно поэтому считать как бы новыми «Началами натуральной философии».