Ньютон і методологія природознавства

Харін Олексій, Новосибірський державний педагогічний університет

Введення.

Наукова революція вісімнадцятого століття призвела до виникнення природознавства як специфічного феномена духовної культури. Почавши із робіт Коперника, Галілея і Декарта, вона отримала своє відносне завершення у творчості Ісаака Ньютона і, звичайно, перш за все в його знаменитих "Математичних засадах натуральної філософії ".

Про геній Ньютона написано стільки, що одна лише перерахування всіх епітетів, метафор, гіпербол і т.д. могло б зайняти весь обсяг цієї роботи. Тут і знаменитий вірш Олександра Попа ( "сказав Господь:" З'явись, Ньютон! "І всюди розлилося світло"), і відоме жаль Лагранжа (Систему світу можна створити лише один раз, і це вже зробив Ньютон), і піднесене здивування Лопіталя (Невже Ньютон їв, як прості смертні?), і багато іншого. Говорячи про роль Ньютона у створенні науки, на мій погляд, слід чітко виділяти два аспекти. По-перше, це внесок Ньютона, виразився в створенні фундаментальних теорій фізико-математичного природознавства: ньютонівської механіки, ньютонівської теорії тяжіння і ньютонівської оптики. Ньютоном розроблені фундаментальні поняття, протягом століть зберігалися в основі поняття надзвичайно загального характеру -- абсолютний простір, абсолютна час, абсолютна (однозначна) причинність, так і фундаментальні фізичні поняття - сила, маса, кількість руху. Система понять ньютонівської фізики майже 200 років була, по суті, єдиною і лише в другій половині дев'ятнадцятого століття була доповнена системами Фарадей-максвеловской електродинаміки і статистичної фізики (саме доповнена, а не переглянута). Перегляд ньютонівської системи - справа двадцятого століття. Фізика двадцятого століття розтрощує ньютонівські абсолюти простору, часу і причинності, абсолютно необхідні в часи Ньютона, але фізики.

Щоб уникнути непорозумінь, слід повторити, що конкретні результати ньютонівської фізики були не відкинуті, а увійшли за принципом відповідності як граничних випадків у нові концептуальні системи релятивістської та квантової фізики. Вже одного цього було б достатньо, щоб будь-яка оцінка вкладу Ньютона в науку не здавалася завищеною.

Другий аспект носить більш загальний характер і пов'язаний з тією печаткою, яку наклала діяльність Ньютона на сам вигляд науки. Якщо перший аспект назвати конкретно науковим, то друге я б запропонувала іменувати методологічним.

В методологічному аспекті можна виділити, на мій погляд, чотири моменти, які визначають обличчя природознавства (в усякому разі, в його найбільш розвинених формах) до теперішнього часу. Більш того, за відсутності цих чотирьох моментів природознавство взагалі неможливо. Ці моменти: 1) математичний мову, 2) закон та початкові умови, 3) метод принципів, 4) гіпотетико-дедуктавная структура наукової теорії - з рівною ступенем подробиці будуть розглянуто нижче.

Математичний мова.

Виникнення науки нового часу часто зв'язується (в усякому разі, часто пов'язувалося в минулому столітті) перш за все з розвитком досвідчених досліджень і широким розповсюдженням експериментального методу. Анітрохи не ставлячи під сумнів важливість експериментального методу, слід проте з усією рішучістю помітити, що головний крок, який призвів до створення науки, був пов'язаний з підключення експериментального методу з математичним описом як результатів експерименту, так і в цілому підлягає вивченню предметної області. Ще Галілей зауважив, що книга природи написана мовою математики. Він дав і перші зразки прочитання текстів природи. Але у Галілея це були "уривчасті тексти". Тільки в "Математичних засадах" ми зустрічаємо першу систематичну реалізацію галілеївських постулату. У цьому сенсі ньютонівські "Початки" задають зразок природничо-наукової теорії.

Аналіз проблеми математизації наукового знання - дуже велика область методологічних досліджень, і тому в цій роботі ми її торкатися не будемо. У свій час в нашій літературі вирували дискусії про застосування математики в біології, соціології і т.д. Спори ці не повністю затихли і зараз, хоча можна, мабуть, вважати досить обгрунтованим і широко прийнятим тезу, виражений в наступних словах К. Маркса: "Наука тільки тоді досягає досконалості, коли їй вдається користуватися математикою "(1).

Закон і початкові умови.

Поділ закону і початкових умов - геніальне методологічне відкриття Ньютона. Навколишній світ неймовірно складний і різноманітний. Людський розум не міг би впоратися з цією складністю, якщо не знайшов ефективного засобу її "приборкання". Ця думка виключно чітко була сформульована Е. Вігнер: "Складності отримали назву початкових умов, а те, що абстраговані від випадкового, - законів природи. Яким би штучним ні здавалося подібне розбиття структури світу при самому неупередженому підході і навіть попри те, що можливість його здійснення має свої межі, що лежить в основі такого розбиття абстракція належить до числа найбільш плідний ідей, висунутих людським розумом. Саме вона дозволила створити природничі науки "(2).

Розбиття реального безлічі досліджуваних явищ на початкові умови і закони далеко не можливо завжди легко. Фізика досягла високого ступеня розвитку в порівнянні з іншими природними і суспільними науками багато в чому тому, що в її рамках таке розбиття легко можна реалізувати. Варто відзначити, що ця риса тісно пов'язана з попередньою, так як розбивка на закон і початкові умови ефективно лише у випадку використання математичної мови. На якісному рівні опису реальності таке розбиття взагалі втрачає сенс або, інакше кажучи, не вносить ніякого спрощення в опис реальності. У сучасних суперечках про статус теоретичної біології багато вчених відзначали, що головна складність в її розробки полягає саме в труднощі поділу явищ на початкові умови і закон.

Труднощі цього разделе6нія існують і у фізиці. Тут вони проявляються, по-перше, в космології, де при побудові космологічних моделей ми не можемо чітко відокремити закон від початкових умов. Наприклад, тому що Всесвіт представляє собою унікальний об'єкт, то закон, що описує її функціонування, повинен включати в себе і початкові умови.

По-друге, в динамічних системах, далеких від рівноваги, тобто в широкій області, що іменується зараз вивченням нелінійних процесів, "порушується незалежність двох основних елементів ньютонівської динаміки: закони руху та початкових умов "(3). У цьому другому випадку мова йде не про можливість виділення початкових умов, а про їх залежно від ходу еволюції системи, тобто закон руху та початкові умови втрачають незалежність, але їх поділ зберігає сенс.

При всіх труднощі, пов'язані з практичним проведенням поділу на закон і початкові умови, на мій погляд, і сьогодні вона становить фундаментальну рису розвинутого природознавства.

Метод принципів.

Ньютон, різко виступаючи проти довільних гіпотетичних конструкцій картезіанської фізики, розробив і систематично застосовував метод, який сам характеризував наступним чином: "вивести два або три загальних принципу руху з явищ і після цього викласти, яким чином властивість і дії всіх тілесних речей випливають з цих явних принципів, було б дуже важливим кроком у філософії, хоча б причини цих принципів і не були ще відчинені ",. Саме це формулювання Ньютона С.І. Вавилов називає методом принципів (4).

Метод принципів дозволяє уникати модельних гіпотез про ті чи інші "внутрішніх механізмах "досліджуваних явищ і дає можливість найбільш безпосередньо спиратися на дослідні дані. "Принципи - це узагальнені досвідчені факти ", - констатує С. І. Вавилов (5). Зрозуміло, це не треба розуміти в дусі примітивного індуктівізма. Встановлення принципів є результат складної творчої роботи. С.І. Вавилов вірно підкреслював, що "принципи зовсім не простий еквівалент досвіду, а дуже складний результат свідомого вибору, математичного узагальнення досвіду і системи визначень і понять. Знаходження і правильне формулювання таких принципів, як закон механіки, перше і друге початку термодинаміки, рівняння електромагнітного поля, принцип відносності, співвідношення неточностей - важкий і самий важливий етап створення наукової системи, який ніяк не можна прирівняти простому встановлення результатів досвіду "(4).

Значення та роль методу принципів з часів Ньютона ніким і ніколи не піддавалася сумніву. Цим методом побудовані такі найважливіші фізичні теорії, як класична механіка, феноменологічна термодинаміка, макроскопічна електродинаміка, теорія відносності. У своїй спрямованості проти довільних гіпотетичний конструкцій цей метод демонструє плідність і силу.

Але метод принципів неодноразово піддавався абсолютизації в історії фізичного знання. Тут доречно зазначити, як мінімум, на дві історично мали місце абсолютизації: "ньютонівську" і позитивістську (особливо енергетичну). Не будемо скільки-небудь докладно торкатися першого, відзначивши лише, що вона полягала в принциповому відмову від визнання ролі гіпотез і що сам Ньютон в ній повинен в мінімальному обсязі.

Позитивістська абсолютизація методу принципів так само була пов'язана з запереченням ролі гіпотез, але перш за все була спрямована проти атомістичної гіпотези. У рамках перший (Конт) та другого (Мах, Освальд) позитивізму виникла проблема співвідношення феноменологічних та пояснювальних теорій. Позитивізм проголосив єдиним завданням науки опис явищ і третирував пояснення як процедуру метафізичну, що виходить за рамки науки.

У наші дні цю абсолютизацію можна вважати похованої самим ходом розвитку науки. Атомістична гіпотеза перестала бути гіпотезою; якщо завгодно, вона перетворилася в принцип, причому найважливіший, принцип науки - принцип атомізму, який Р. Фейнман, наприклад, характеризує як "найважливіше, що ми дізналися про світі "(5). В актив фізики гіпотез зараховуються такі видатні завоювання фізичної думки, як статистична фізика, мікроскопічна електродинаміка, які по відношенню до відповідних теорій, побудованим методом принципів (феноменологічної термодинаміки та макроскопічної електродинаміки), безумовно дають більш глибоке пізнання дійсності.

Проте на цьому грунті не повинна складатися переоцінка методу гіпотез, а тому необхідно детальніше розібратися у взаєминах методу принципів і методу гіпотез, пам'ятаючи про багатозначності самих понять "принцип" і "гіпотеза".

На роз'ясненні поняття "принцип" у контексті методу принципів я не буду зупинятися, вважаючи його досить чітко охарактеризовано вище, а значення терміна "гіпотеза" має бути уточнено. Цей термін вживається, як мінімум, у трьох значеннях (докладніше див (6)): гіпотеза як проблематична значення; гіпотеза як здогадка (гіпотеза в широкому розумінні) та гіпотеза як ідея, що дозволяє об'єднати деяку сукупність знань у систему знання (гіпотеза у вузькому сенсі).

У першому значенні гіпотетичність характеризує і метод принципів (щоправда, у меншій мірі, ніж метод гіпотез).

У другому сенсі гіпотеза необхідно входить в обидва методи. С.І. Вавилов зазначав, що оскільки принципи - це узагальнені досліди, то "в цьому по суті довільному узагальненні криється елемент гіпотези і в самих принципах ".

Нарешті, гіпотеза в третьому, або вузькому, сенсі. Це і є гіпотеза, що фігурує в метод гіпотез. Це гіпотеза, що у разі свого підтвердження перетворюється в теорію, і після такого перетворення сама може розглядатися як принцип (або сукупність принципів).

Таким чином, відмінність методу принципів і методу гіпотез є достатньою мірою відносним. Є ситуації, коли ця різниця фіксується абсолютно чітко, наприклад, при створенні Ньютоном теорії тяжіння або при зіставленні феноменологічної та статистичної термодинаміки. До подібних ситуацій відноситься і характеристика методу принципів як засобу тимчасово обійти невирішені проблеми (4). На мій погляд, було б неправильно поширювати цю характеристику на будь-які застосування методу принципів. Ні класична механіка (без теорії тяжіння), ні теорія відносності ніяк не є способом "тимчасово обходити невирішені загадки".

Відносність відмінності методу принципів і методу гіпотез яскраво виявляється при розгляді С.І. Вавіловим третього методу, який отримав основний розвиток перш за все в некласичної фізики, - методу математичної гіпотези. Як показує саме назву, цей метод насамперед примикає до методу гіпотез, представляючи його сучасну різновид.

Суть методу полягає в математичній екстраполяції, і С.І. Вавилов взагалі називає його "методом математичної гіпотези або математичної екстраполяції" (4).

З іншого боку, С.І. Вавилов розглядаючи методу математичної гіпотези як деяку різновид методу принципів, прямо характеризуючи математичну екстраполяцію як інше найменування методу принципів. "Ньютон, - пише він, - був засновником методу, який можна назвати "методом принципів", і дав його Перший приклад. Під різними назвами - "термодинамічного методу "," математичної екстраполяції "," принципу наблюдаемості "- метод Ньютона безперервно воскресає і розвивається до наших днів, набуваючи, особливо в новій фізиці, надзвичайну евристичну силу "(4).

Опозиція методу принципів і методу гіпотез, дуже гостра в часи Ньютона, була знята ходом розвитку природознавства в двадцятому столітті, що пов'язано з істотним переосмисленням співвідношення опису і пояснення і подоланням нігілістичного ставлення до останнього. У цьому плані надзвичайно повчально свідоцтво Р. Карнапа, у 20-х роках відстоював суб'єктивістською концепцію чистого опису і виступив проти питання "чому?" на користь питання "як?", а після істотно змінило свою позицію: "Зараз філософська атмосфера змінилася