§ 2. Закономерности формирования физической теории

Вопрос о природе физической теории теснейшим об­разом связан с вопросом о закономерностях ее форми­рования.

Природа научного исследования может быть выяснена лишь на основе тщательного анализа и обобщения фактов истории всех конкретных наук. При этом особое значение имеет обобщение накопленного oi 1ыта в таких областях, где (в силу сравнительной простоты изучаемых объектов, на­пример, в физике) процесс исследования выступает в наи­более развитой форме и поэтому может служить удобной «моделью» для изучения его общих законов.

Научное исследование в самом широком смысле это-то слова сеть такой вид деятельности, при котором субъект исследования через посредство средств иссле­дования взаимодействует с изучаемым объектом. Под

объектом исследования подразумевается некоторая пред-1 метная область, т. е. совокупность явлений, обладающих сходными признаками (например, совокупность газов,! жидкостей, кристаллов, движений частиц, механических воли, отражении и преломлений света и т. д.)- Разумеет­ся, в частном случае исследовать можно и отдельный, объект. Однако в общем случае исследуемся множество-объектов, ибо цель науки состоит в открытии объектив­ных законов, а последние не могут быть обнаружены без сопоставления различных явлений. Научное исследова­ние всегда предполагает, что его объект представляет собой конечный фрагмент объективной реальности, т. е. что от! существует не только до. вне и независимо от со­знания исследователя, но и до. вне и независимо от лю­бых форм его деятельности.

Под субъектом исследования подразумевается научный работник, т. е. человек, обладающий набором вполне определенных «свойств»: 1) нормальными и достаточно развитыми органами чувств, чтобы быть способным к чувственному познанию объекта исследования; 2) раз­витой способностью к абстрактному мышлению, учиты­вающему законы логики; 3) хорошей памятью, обеспе­чивающей ему необходимый запас знаний; 4} творческим воображением, позволяющим выдвигать новые идеи.

Кроме того, научный работник обязательно должен руководствоваться определенными методологическими правилами и определяющим эти правила философским мировоззрением (хотя бы не вполне ясным н не приве­денным в стройную философскую систему).

Научное исследование в XX в. в явном виде приобре­ло общественный характер: в роли его субъекта теперь, как правило, выступает не изолированный индивидуум, а научный коллектив, т. е. фактически некоторое соци-

118

алыюс учреждение (например, научно-исследовательс­кий институт). Это обстоятельство, однако, отнюдь не умаляет значения индивидуальной научной деятельно­сти в рамках такого учреждения. В последнем существует разделение научного труда (например, один исследова­тель специализируется на теоретической работе, а дру­гой — на экспериментальной).

Философы XVI-XVIII вв. считали, ч го структура ис­следования всегда двучленна: оно есть непосредственное взаимодействие субъекта с объектом. Но развитие наук в XIX XX вв. со всей очевидностью показало, ч го струк­тура исследования в общем случае трехчленна: взаимо­действие субъекта с объектом опосредуется определенны­ми средствами исследования, в роли которых выступают орудия н условия исследования (материальные объекты двоякого рода). К первым относятся измерительные при­боры, счетно-вычислительные, пишущиеусгройсштит. п., ко вторым — научная литература, протоколы наблюде­ний, фотографии, магнитофонные записи и т. п. Разли­чие между этими двумя типами объектов состоит в том, чго первые не содержат запаса старой информации, за­фиксированной на каком-либо языке, а вторые содержат.

Предметная об.часпи,, изучаемая с помощью прибо­ров определенной чувствительности, образует то, что обычно называют предмет ом исследования. Последний представляет собой ту форму, в которой объект иссле­дования проявляется в материальных средствах, исполь­зуемых для его изучения. Предмет" исследования нельзя ни отождествлять с объектом исследования в целом, ни противопоставлять ему. Предмет исследования образу­ет одну из сторон объекта исследования. Содержание объекта исследования раскрывается по мере развития предмета исследования. Запас накопленной предшеству-

119

тощими поколениями информации, содержащийся в ус- 4 ловиях исследования и в памяти его субъекта, образует * так называемую информационную область исследовате- | ля, которая определяет степень его эрудиции и сквозь • «призму» которой он с самого начала «смо грит» па изу- ^;' чаемую предметную область. ;

Исследование как взаимодействие субъекта с изучае- ; мым объектом при помощи средств исследования состо­ит из ряда операций (познавательных процедур). Глав­ная задача методологии научного исследования заклю- [ чается в выяснении тех основных закономерностей, которым подчиняются эти процедуры.

При изучении творчества выдающихся исследовате­лей с первого взгляда может показаться, что научная , деятельность каждого из них совершенно индивидуаль­на и неповторима (один и тот же результат часто полу- = чается совершенно разными путями, на исследование оказывает влияние множество чисто случайных факто- : ров, большую роль играют непредсказуемые эмоции , и т. д.). Но при более глубоком анализе творчества, на­пример, Галилея и Ньютона — при создании ими клас­сической механики, Фарадея и Максвелла — при созда­нии классической электродинамики, Бора и Гейзенбер- • га—при формировании ими квантовой теории и др., , несмотря на различие изучаемых явлений, националь­ной и социальной принадлежности исследователей, ис­торических условий их творчества, в их деятельности об­наруживаются некоторые общие черты. Последние «на­вязываются» творчеству различных исследователей,так сказать, «принудительно», независимо от их воли и же­лания, если только они объединены общим стремлени­ем достичь истины.

120

Чтобы уловить основную закономерность в чрезвы­чайно сложной картине деятельности многих тысяч на­учных работников, необходимо подойти к анализу на­учной деятельности с точки зрения принципа развития. В применении к процессу формирования теории этот принцип имеет следующий смысл. Ответ на вопрос, что такое физическая теория, дает процесс ее формирова­ния. Последний представляет главный практический ин­терес: если знать последовательность познавательных процедур («операций»), которые надо выполнить, что­бы построить новую теорию, то в принципе можно ее построить. Следует отметить, что между разными про­цедурами существует особая зависимость: некоторая процедура О; (например, формулирование эмпиричес­кого закона) может быть выполнена без предваритель­ною осуществления процедуры О₂ (например, форму­лирования теоретического закона, объясняющего дан­ный эмпирический закон), тогда как О₂ не может быть выполнена без предварительного осуществления О/. Следовательно, существуют процедуры более простые и более сложные. Поэтому в основу анализа физическо­го исследования и должен быть положен принцип раз­вития (последовательного перехода от более простых форм исследования к более сложным).

Итак, проблема заключается в установлении:!) тех познавательных процедур (и их результатов), которые совершает исследователь при построении новой истин­ной теории, взаимодействуя с объектом и средствами ис­следования; и 2) естественной последовательности про­цедур, учитывающей развитие исследования.

Реальное исследование имеет столь сложный и запу­танный характер, что без внесения дополнительных уп-

121

рощающих предположений научный анализ этого про­цесса невозможен. Мы сделаем следующие допущения:

1. Все операции осуществляются уже сложившимся ис­ следователем па современном уровне научного развития.

2. Этот исследователь: а) способен осуществлять лю­ бые процедуры, т. е. отвлечемся от разделения умствен­ ного труда; б) не способен допускать ошибки при вы­ полнении пронедур,т. е. отвлечемся от несовершенства субъективных способностей; в) знает заранее естествен­ ную последовательность процедур, вследствие чего ни­ когда не берется за решение более сложной задачи, не решив более простую, т. е. отвлечемся от несовершен­ ства квалификации; г) доводит всякую процедуру до кон­ ца, т.е. отвлечемся от влияния эмоций.

3. В распоряжении исследователя находятся все необ­ ходимые для построения некоторой теории средства, причем они свободны от недостатков, которые могли бы помешать выполнению соответствующих процедур (например, приборы не имеют технических неполадок, литература не содержит ошибок и т. п.).

4.11редме i ная область фиксирована (не сужается и не расширяется).

Очевидно, что, делая такие допущения, мы идеализи­руем и исследователя, и средства исследования, и само исследование. Такая идеализация необходима для пони­мания реального исследования по той причине, что за­коны исследования невозможно установить, не абстра­гируясь от сопутствующих им несущественных обстоя­тельств. Зная идеализированный процесс, реальный процесс легко попять как результат «воздействия» на «идеализированный» процесс побочных обстоятельств (которыми мы вначале пренебрегли).

122

Применяя к физическому исследованию принцип раз­вития, можно обнаружить, что познание объективных законов данной предметной области в физике проходит следующие основные стадии: 1) эмпирическое исследо­вание. 2) нефупдаменталыюс теоретическое, 3) умозри­тельное, 4) фундаментальное теоретическое. Возникают вопросы: почему таких стадий именно четыре, и почему именно такова их последовательность?

Как отмечалось в предыдущем параграфе, конечная цель исследования заключается ti раскрытии сущности наблюдаемого класса явлений. Но предварительным ус­ловием объяснения явлений служит их описание. Эту задачу решает эмпирическое исследование и потому на­учное исследование должно начинаться именно с него. Объяснение, однако, может даваться двумя существен­но разными способами - с помощью старого и с помо­щью нового знании. Поэтому теоретическое исследова­ние бывает двух существенно разных типов: то, которое позволяет достичь объяснения нового эмпирического знания с помощью старого теоретического знания (не-фундамептальное теоретическое исследование), и то, которое достигает этой пели лишь с помощью нового теоретического знания (фундаментальное теоретическое исследование). Поскольку принципиально повое теоре­тическое знание не может быть получено ни путем ин­дуктивного обобщения опытных данных, ни путем де­дуктивного вывода из старого теоретического знания, приходится для ею построения прибегать к помощи творческого воображения, т. е. к умозрительным ком­бинациям (фантазии, догадке, «интуиции» и т. п.) и от­бору. Одним из первых, кто обратил внимание филосо­фии науки на эту сторону дела, был выдающийся фран­цузский математик А.Пуанкаре.

123

Следовательно, после того, как изучаемая предмет-пая область описана, вначале делается попытка объяс­нить ее с помощью старого теоретического знания (име­ющегося п информационной области исследователя). Этот путь наиболее простой, и (согласно принципу раз­вития применительно к процессу исследования) его надо испробовать, прежде чем прибегать к более сложному пути. Обращаться сразу к фундаментальному исследо­ванию было бы так же неразумно, как применять для лечения начинающейся болезни самое сильнодействую­щее лекарство, не попробовав предварительно более слабое. Только когда на указанном пути не удастся дос­тичь успеха, приходится обращаться к сильнодейству­ющим средствам, т. е. к поиску принципиально новых идей (умозрительное исследование). После того как та­кие идеи выдвинуты, их можно попробовать применить для объяснения нового эмпирического знания (фунда­ментальное теоретическое исследование).

На первый взгляд может показаться, что история на­уки изобилует множеством отклонений от описанной закономерности. Действительно, немало ученых зани­мались только одним из указанных видов исследования (например, только эмпирическим или только умозри­тельным; это, как говорится, люди с «компилятивным» или «спекулятивным» складом ума). Есть и такие, кото­рые предпочитают только два вида исследования (на­пример, эмпирическое и нефундаментальное теоретичес­кое). Это особенно характерно для «прикладников», испытывающих страх перед любыми умозрительными построениями. В противоположность им так называе­мые «ультрановаторы», склонные производить «рево­люцию» в науке по всякому пустячному поводу, счита­ют возможным ограничиться эмпирическим, умозри-

124

тельным и фундаментальным теоретическим исследова­нием. Наконец, многие исследования велись не в той пос­ледовательности, которая была описана выше (например, некоторые исследователи сначала занимались умозри­тельными построениями, не имея никаких представлений об изучаемой предметной области, а затем приступали ,. _ее эмпирическому изучению, подгоняя результаты под свои умозрительные построения). Общий же итог всех таких'отклопений от описанной закономерности — в луч­шем случае фрагменты истины. Относительно же полное объяснение данной предметной области давалось лишь большим количеством ученых, принадлежащих к разным поколениям и после многих творческих «зигзагов», ко­лебаний и неудач- Можно без преувеличения сказать, что описанная закономерность универсальна, но выявить се можно только при обобщении историко-научпых данных. Она так сказать, «выстрадана» многовековой напряжен­ной работой многих поколений ученых самого различ­ного творческого масштаба. Кажущиеся «отклонения» от общего процесса развития исследования являются в дей­ствительности не «отклонениями», а его «незрелыми» (неразвитыми) формами.

Как известно, ^в зарубежной «философии науки» (с самого начала ее возникновения на рубеже XIX-XX вв.) принято выделять в процессе исследования -только две стации: эмпирическую и теоретическую. Однако более глубокий анализ истории науки вообще и истории фи­зики в особенности показывает, что при таком подходе не -только смешиваются два существенно различных вида исследования (цефундамептальное и фундаментальное теоретическое), но и теряется основное промежуточное чвсно между эмпирическим и теоретическим исследова-

125

пием — умозрительное, вследствие чего становится не­понятным сам переход от эмпирического исследования к теоретическому.

Чтобы он был понятным, нельзя ни исключать умоз­рение из сферы методологии научного исследования вообще и относить его только к сфере компетенции пси­хологии научного творчества, пи включать его в теоре­тическое исследование в качестве составной части пос-ледне! о. Конечно, не всякий акт творческого воображе­ния в пауке является умозрительным исследованием, а только такой, который из множества возможных ком­бинаций, создаваемых в результате стихийной игры фан-1азпи исследователя, позволяет выделить подмножество комбинаций осмысленных (т. е. логически непротиворе­чивых). Очевидно, что такое умозрение становится ис­следованием и уже по этой причине должно быть пред­метом специального методологического анализа.

Рассматривать же умозрение как составную часть те­оретического исследования нельзя потому, что в таком случае останется непроясненным характер взаимоотно­шения между ра'зпыми стадиями научного исследования вообще. Целью эмпирического исследования является возможно более точное описание опытных данных, от­носящихся к изучаемой предметной области. Оно проч­но стоит на почве фактов. Напротив, умозрительное ис­следование стремится выйти за рамки известных опыт­ных данных, так сказать, «порвать» с фактами и уйти в мир подчас необузданной фантазии. Нетрудно заметить, что цель умозрительного исследования прямо противо­положна цели эмпирического исследования. Фундамен­тальнее же теоретическое исследование ставит своей за­дачей согласовать результаты обеих стадии исслсдова-

126

ния, т. е. преодолеть глубокое противоречие, существу­ющее между ними.

Из сказанного ясно, что, вопреки традиционному представлению, эмпирическому исследованию противо­положно исследование не теоретическое, а умозритель­ное. Именно по той причине, что у умозрительного и теоретического исследования существенно разные пели, первое не может быть «составной частью» второго. Ста­дии эмпирического и умозрительного исследования яв­ляются подготовительными тшпами для теоретичсско-ю исследования.

Обратим теперь внимание на то, что принцип разви­тия применим не только к научному исследованию в целом, но и к каждому его этапу в отдельности. Это значит, что каждое из рассмотренных четырех видов ис­следования представляет собой «пеночку» специфичес­ких и притом закономерно усложняющихся процсдур-Уровенъ эмпирического исследования характеризуем­ся послсдова тельным переходом от наблюдения к изме­рению, затем к статистической обработке результатов измерений, индукции, интерполяции, аналогии и т. Д-вплоть до использования метода проб и ошибок и осу­ществления полной систематизации и классификации фактов, относящихся к изучаемой предметной области (построение так называемой феноменологической кон­струкции).

Рассмотрим эмпирическое исследование более под­робно.

Простейшей процедурой при исследовании новой предметной области, о которой нет никакой предвари­тельной информации, является наблюдение. Последнее Может быть пассивным (когда объект воспринимается

127

в естественных условиях, определяемых природой) активным (когда объект воспринимается r искусствен* ных условиях, определяемых исследователем). Активное! наблюдение принято называть реальным эксперимент том. Результатом наблюдения является чувственный! образ (ощущение или восприятие). Так как развитое на-i б л юдение имеет не только качественную, но и количе-ствспную сторону («измерение»), го его результатом является количественно определенный образ, т. с. ото­бражение некоторой физической величины (имеющей в зависимости от выбора единицы измерения ту или иную числовую характеристику, например 45,6 °С). Иде­альный исследователь, использующий идеальные сред­ства, не допускает в процессе измерения промахов или систематических ошибок; случайные же ошибки он ис­ключает путем статистической обработки результатов измерений. Результатом последней процедуры является следующее статистическое резюме: а ± Дд. где Да —- по­грешность измерения, например (45,6 ± 0,1) °С. Это ре­зюме и составляет содержание понятия «эмпирический факт». Последний выражается на естественном языке с помощью протокольного высказывания, например та­кого: «Температура данного количества водорода в ус­ловиях данного эксперимента равна (45,6 ±0,1) °С».

Дальнейший прогресс исследования невозможен без сравнения полученного факта с другими фактами. По­этому исследователь приступает, повторяя измерения и их статистическую обработку, к накоплению фактов. Предположим, что кроме температуры Т¹ был измерен объем У одного моля газообразного водорода при по­стоянном давлении и получено (26,9 ± 0,1) л. Пусть за­тем исследователь повторно измерил те же величины при

128

тех же условиях, но у газообразного гелия. Если значе­ния Т у водорода и гелия совпадают, то существуют, вообще говоря, две возможности: а) V гелия Ф V водо­рода; б) Кгслия = Кводорода. Первый случай не привел бы к получению чего-либо существенно нового; напро­тив, второй случай (который и имеет место в действи­тельности) означает, что исследователь обнаружил меж-цу фактами повторяющуюся зависимость («если Т во­дорода или гелия = (45,б'± 01) °С, то V= (26,9 ± 0,1) л»), Эту зависимость обычно называют «регулярностью». Следующий шаг состоит в выделении этой регулярнос­ти в чистом виде путем отвлечения от неповторяющего­ся («эмпирический анализ») и в распространении ее на более широкую предметную облает ь, нежели наблюдае­мая («эмпирическое обобщение», или индукция).

Результатом индукции является элементарный эмпи­рический закон: «если температура газа (при указанных условиях) равна (45_П6 ± 0,1) ^СС, то его объем равен (26,9 ±0,1) л». Оп тоже легко может быть выражен на естественном языке. Однако высказывание, формулиру­ющее этот закон, содержит новый элемент, которого не было в протокольном высказывании: в нем речь идет не о конкретном («единичном») газе («этот водород», «этот гелий» и г. п.), а о газе как таковом («газе вообще»). В этом термине отображено то сходное, что есть в раз­ных индивидуальных газах (отсутствие собственной формы, способность к сжатию и расширению, вес и т. п.). Сходство в материальных объектах отражается в так на­зываемых «общих» представлениях о них. «Общие» (или эмпирические) представления являются результатом пер­вичного, эмпирического анализа, которому подвергают­ся восприятия («абстракция отождествления»), В резуль-

129

тате же вторичного анализа, которому подвергаются сами «общие» представления, и последующего эмпири­ческого синтеза образуются эмпирические понятия. На­пример, отвлекаясь от специфических свойств водоро­да, гелия и т. п., мы получаем «общее» представление о газе; выделяя в этом представлении такие наглядные признаки, как способность к сжатию, вес и г. п., мы раз­лагаем представление на отдельные компоненты: син­тезируя же эти компоненты так, как это имеет место в опыте, мы получаем эмпирическое понятие о i азе. По­скольку содержание эмпирических понятий определяет­ся совокупностью наглядных признаков, выделенных в «общем» представлении, такие понятия определяются путем описания наблюдательных процедур, с помощью которых фиксируются эти признаки («операциональные определения»). Элементарный эмпирический закон в общем виде может быть сформулирован следующим образом: если эмпирическому понятию С_с присущ при­знак Р] (не содержащийся в определении СД то ему при­сущ и признак Р-, (гакже не содержащийся в том же оп­ределении). Описанный закон обладает двумя функция­ми: а) объяснение фактов известных: и б) предсказание неизвестных. Последнее обстоятельство дает возмож­ность проверить закон с помощью эксперимента и от­делить истинный закон от ложного.

Дальнейший прогресс эмпирического исследования состоит в накоплении истинных элементарных законов и установлении зависимости между ними («интерполя­ция»). Результатом такой процедуры является иптеграль-Hhiii эмпирический закон (рис. 9). Последний, как прави­ло, уже не может быть выражен на естественном языке, поскольку для этого шнребовалось бы, вообще говоря,

130

бесконечное множество высказываний. Интегральный закон формулируется на искусственном языке с помо­щью математического понятия функции (графики, ана­литические выражения и т. п.).

Указанны]': закон в общем виде можно определить как зависимость между элементарными эмпирическими зако­нами, принадлежащими к определенной совокупности.

После завершения интерполяции возникает пробле­ма экстраполяции (не смешивать с индукцией!) L в не­исследованную область значений х и г. Она решается с помощью умозаключения по аналогии. Указанная про­цедура возможна лишь после накопления интегральных 'законов, но последнее ставит перед исследователем но­вую задачу: проблему естественной классификации этих законов. Такая классификация осуществляется с помо-

131

щью фундаментального эмпирического закона. Простей­шим примером последнего (по отношению к предмет­ной области, состоящей из реальных газов, находящих­ся при не очень низких температурах и не очень высо­ких давлениях) является уравнение КланейропарК = RT. Как известно, интегральные эмпирические законы Бой-ля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака легко могут быть получены из него как частные случаи. Следовательно, фундаментальный эмпирический закон представляет со­бой, вообще говоря, некоторое уравнение, решениями которого являются интегральные законы. В более слож­ных случаях указанный закон может выражаться па бо­лее сложном искусственном языке, чем язык уравнений. Однако какова бы ни была математическая структура, выражающая этот закон, известные интегральные зако­ны должны получаться из нее как ее компоненты. В об­щем случае фундаментальный эмпирический закон мож­но определить как зависимость между интегральными эмпирическими законами, принадлежащими к опреде­ленной совокупности.

Фундаментальный (как и всякий эмпирический) за­кон обладает функциями эмпирического объяснения и эмпирического предсказания. Но эти функции у него более развиты: если элементарный закон объяснял и предсказывал факты, интегральный закон — элементар­ные законы, то фундаментальный закон объясняет все известные (в данной предметной области) интегральные законы и предсказывает (в той же области) новые ин­тегральные законы. Например, на основании уравнения Клапейрона можно не только дать эмпирическое объяс­нение законам Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люсса­ка, но и предсказать новые газовые законы (формулы

132

Пуассона). Истинный фундаментальный закон получа­ется методом проб и ошибок: из множества возможных математических структур, известных исследователю из математической литературы, он выбирает такие, из ко­торых в принципе можно получить посредством мате­матической дедукции все известные интегральные зако­ны. При этом разные структуры выделенного подмно­жества предсказывают, вообще говоря, разные новые интегральные законы. Последовательно производя экс­периментальную проверку этих предсказаний, исследо­ватель отбирает ту структуру, которая даст предсказа­ние, согласующееся с экспериментом.

Таким образом, на основе фундаментального эмпири­ческого закона может быть построена некоторая форма­лизованная дедуктивная система, которую мы пззоъъм. фе­номенологической конструкцией. Искусственный язык этой системы (ее «математический аппарат») может быть, во­обще говоря, сколь угодно сложным. Степень его слож­ности зависит от характера той предметной области, к которой относится данная конструкция. Специфическая черта последней состоит в том, что ее физический смысл определяется, в конечном счете, теми эмпирическими понятиями, которые входя г в содержание фундаменталь­ного закона {например, понятия газа, температуры, дав­ления и объема в уравнении Клапейрона).

Перейдем теперь к анализу нефундаментального тео­ретического исследования. На уровне нефундаменталь­ного теоретического исследования вначале изучаются научные тексты (подготовленные разными поколения­ми ученых), затем методом дедукции из старых фунда­ментальных теоретических законов выводятся новые частные теоретические законы, объясняющие новое эм-

133

лирическое знание (строятся фрцгмснтные теории, т. е. |

новые разделы старой теории). Дальнейшее развитие не-1

фундаментального теоретического исследования прсдус-|

матривает построение разного рода комплексных теорий |

и, наконец, так называемой гибридной теории, пытаю-1

щейся объяснить новое эмпирическое знание е помощью |

комплекса старых теорий, по при этом приводящей!

к особого рода внутренним противоречиям (теоретичес-1

ким парадоксам). i

Рассмотрим теперь этот процесс более подробно. |

Чтобы объяснить полученную феноменологическую!

конструкцию, исследователь выходит за рамки эмпири-1

ческого знания и обращается к имеющемуся теоретичес- *

кому знанию. Источником последнего является воспри-я

ятие устных и письменных научных текстов («знаковое \

наблюдение»). Именно на стадии нсфундаменталыюго J

теоретического исследования становится в полной мере|

очевидной та истина, что чувственное восприятие от-*

пюдь не сводится к восприятию объекта исследования,*

(непосредственному или через приборы). Процедура зна- *

кового наблюдения сменяемся процедурой дскодирова-'J

пня (расшифровка значения знаков и смысла выраже-1

ний, т. е. комбинаций знаков). Следующий шаг состоит!

в проверке правильности декодирования. Это достига-!

стся (в простейшем случае) путем составления исследо-3

вателем вспомогатслвного текста и изучения знаковой!

реакции на него со стороны другого исследователя («зна-3

ковый эксперимент», например устная или письменная|

консультация или дискуссия). Результаты знакового на-г

блгодсния и эксперимента фиксируются в памяти и из-|

впекаются оттуда по мере надобности. Все это приво-|

дит, в конечном свете, к тому, что, когда исследователь^

134 I

приступает к изучению некоторой предметной области. oil. вообще говоря, уже с самого начала смотрит па ре­зультаты эмпирического исследования сквозь призму накопленного теоретического знания. Поэтому в извес­тном смысле можно утверждать, что наличное теорети­ческое знание обладает относительной априорностью. Для объяснения полученной в ходе эмпирического исследования фепомеполо! и ческой конструкции надо объяснить тот фундаментальный эмпирический закон, на основе которого построена эта конструкция. Для ре­шения этой задачи исследователь использует старый фундаментальный теоретический закон (законы), кото­рый О1личается от нсфундаменталыюго теоретичсско-ю закона тем, что его нельзя получить дедуктивным nyieM из какой бы то ни было совокупности известных теоретических законов. Из этого закона он выводит но­вый нефунда ментальны и теоретический закон (законы), е помощью которого можно объяснить известный фун­даментальный эмпирический закон и предсказать новый фундаментальный эмпирический закон. Например, из фундаментального теоретического закона классической те­ории статистическою равновесия (распределение Гиббса

) можно путем математической дедукции полу-

чить новый нефундамептальный теоретический закон (уравнение состояния идеального газа р V = /сА'У), кото­рый объясняет известный фундаментальный эмпиричес­кий закон (уравнение Клапейрона рУ - RT}: из пего в принципе можно вывести еще один нефундамепталь­ный теоретический закон (уравнение состояния идеаль­ною кристалла), па основе которого можно предсказать новели фундаментальный эмпирический закон (эмпири-

135

ческое уравнение состояния реальных кристаллов, рас­сматриваемых при определенных условиях).

Таким образом, главной проблемой нефундаменталь­ного теоретического исследования является поиск ново­го нефундаменталыюго теоретического закона. Эта про­блема решается посредством процедуры дедуктивного вывода («теоретическое доказательство»). Чтобы най­ти истинный закон, надо отыскать правильное («стро­гое») доказательство. Исследователь находит подобное доказательство путем выбора из множества возможных доказательств такого, которое удовлетворяет известным логическим и математическим аксиомам и теоремам. При этом возможны три случая:

1. Из фундаментального теоретического закона (за­ конов) некоторой (известной исследователю из литера­ туры) теории T_s удается получить дедуктивным путем новый нсфундаментальный закон (законы), объясняю­ щий (в данной предметной области) все известные эм­ пирические законы и предсказывающий новые эмпири­ ческие законы, подтверждаемые экспериментом. Фор­ мализованную дедуктивную систему, построенную на основе нового нефундамептального теоретического за­ кона (законов), в данном случае естественно назвать фрагментной теорией, поскольку ее можно рассматри­ вать в качестве фрагмента старой теории T_s. Типичным примером такой теории является теория броуновского движения, построенная Эйнштейном с помощью зако­ нов классической статистической физики, или теория сверхтекучести жидкого гелия, построенная Ландау с по­ мощью законов квантовой механики.

2. Для объяснения известных эмпирических законов (и предсказания новых) фундаментальных законов тео-

136

рии Т] недостаточно и требуется привлечь фундамен­тальные законы некоторой другой (известной исследо­вателю) теории Т₂ (относящейся к другой предметной области, нежели Т/). Если из совокупности фундамен­тальных законов ti и Т₂ удается вывести новый нсфун­даментальный закон, объясняющий все известные эм­пирические законы и предсказывающий новые, то мы имеем дело с комплексной теорией (например, магнит­ная гидродинамика).

3. При применении законов Т_} и Т₂ к. некоторой по­вой для них предметной области удается объяснить лишь часть наличного эмпирического знания (например, часть интегральных законов) и верно предсказать часть ново­го эмпирического знания (например, некоторые пред­сказываемые интегральные законы подтверждаются эк­спериментом, а другие не согласуются с ним). При этом в построенной на основе объединения законов Т₁ и Т₂ формализованной дедуктивной системе обнаруживают­ся парадоксы. В результате возникас г своеобразная гиб­ридная теория. С методологической точки зрения она представляет собой нечто существенно повое по срав­нению с предыдущими случаями. Фрагментная и комп­лексная теории являются или истинными (если они по­строены на основе правильного доказательства) или ложными (если доказательство было неправильным). К гибридной же теории как целостной системе понятия «истина» и «заблуждение» вообще неприменимы. При­мером гибридной теории могут служить различные ме­ханические теории электромагнитного поля, построен­ные в XIX в. (в частности, Кельвином). Пытаясь объяс­нить свойства нового объекта (поля), они сочетали теоретические законы, несовместимые в одной предмет-

137

ной области (например, законы движения твердого тела и. законы движения жидкости). Обычно в физической литературе эти теории (на основании того, что они не являются истинными) считают ложными. Однако, если подойти к вопросу с точки зрения принципа развития научного знания, становится ясно, что «неистинное» не всегда тождественно ложному.

Природа гибридной теории перестает быть загадоч­ной, если учесть, что она есть не «копия» исследуемого объекта (каковыми являются в определенном смысле фрагментная и комплексная теории), а лишь вспомога­тельный инструменм для построения такой «копии».

Как уже отмечалось, гибридная теория содержит па­радоксы. Последние относятся к числу фундаменталь­ных, ибо они не связаны с идеализацией объекта иссле­дования (подобно, например, гидродинамическому па­радоксу Ньютона и т. п.). Наличие парадоксов не делает, однако, гибридную теорию логически противоречивой. Логическое противоречие есть совмещение взаимоиск­лючающих теоретических положений в такой предмет­ной области, которая лежит¹ а границах применимости этих положений, а фундаментальный теоретический па­радокс — совмещение таких положений в предметной области, лежащей ш пределами их применимости. По­явление в гибридной теории парадоксов свидетельству­ет о невозможности исчерпывающе объяснить новое эм­пирическое -знание старыми теоретическими-методами. Это. в конечном счете, обусловлено тем, что объект ис­следования лежит за пределами применимости старых теоретических понятий.

Фундаментальный теоретический парадокс есть сво­еобразный сигнал, предупреждающий исследователя

138

о том, что он должен выйти за рамки этих понятий. Именно он и дает- «толчок» для умозрительного иссле­дования.

Умозрительное исследование начинается с процессов создания новых идеализированных образов в информа­ционной области исследователя, затем следует построе­ние умозрительных моделей («моделирование»), далее -их обобщение до уровня умозрительных понятий (кон­структов), выдвижение на основе таких конструктов не­которых принципов и построение с помощью последних особой дедуктивной системы (умозрительной концеп­ции). Завершается умозрительное исследование сравни­тельным анализом разных умозрительных концепций, построенных в информационной области исследовате­ля, с точки зрения их логической непротиворечивости и выделением из множества всевозможных концепций под­множества непротиворечивых («осмысленных»).

Рассмотрим теперь подробнее умозрительное иссле­дование.

Парадоксы гибридной теории могут быть устранены лишь путем построения новых неэмпиричсских понятий. Процесс формирования таких понятий в его наиболее развитой форме начинается с идеализации старого эм­пирического и теоретического знания. Идеализацией («абстракцией потенциальной осуществимости») назы­вается процедура перехода от эмпирических понятий или теоретических представлений к так называемым предель­ным представлениям («идеализированным объектам», или «идеалам»). В развитых эмпирических понятиях и теоретических представлениях их наглядные компо­ненты имеют количественную характеристику. При стремлении одной и.з компонент к пулю остальные стре-

139

мятся к некоторым предельным значениям (в частном случае некоторые компоненты неограниченно возрас­тают, исчезают вообще или остаются неизменными). На­пример, в эмпирическом понятии твердого тела имеют­ся четыре признака: масса, объем, форма и способность к определенным деформациям. Устремляя объем к нулю, в пределе получаем идеал «материальная точка».

Накопив необходимое количество идеалов, исследо­ватель приступает к наблюдению (обычному или зна­ковому) некоторого структурного образа, который мы назовем «гешгальтом». Его роль может играть любой наглядный образ (восприятие, эмпирическое или теоре­тическое представление и т. п.). Например, при постро­ении Кеплером умозрительного понятия о всемирном тяготении роль гештальта сыграло эмпирическое пред­ставление о магните, притягивающем железо. Замещая элементы гештальта идеалами, исследователь получает умозрительное представление («модель»). Например, замещая в эмпирическом представлении о рос мошек каждую мошку материальной точкой, получаем модель идеального газа. Гештальт является своего рода «литей­ной формой», по которой «отливается» модель.

Модель определяет содержание умозрительного по­нятия. Объем же последнего определяется процедурой, которую мы назовем генерализацией: исследователь приписывает содержание модели определенной совокуп­ности предметов, причем «в одно и то же время и в од­ном и том же отношении». Например, если приписать такую модель идеального газа совокупности реальных газов, получим одно умозрительное понятие, а если сде­лать это по отношению к совокупности реальных крис­таллов, то получим другое. Генерализация имеет важ-

140

неяшес значение в формировании умозрительных поня­тий: благодаря этой процедуре умозрительное понятие приобретает черты, отсутствующие у эмпирических по­нятий, — ненаглядность и необходимость (по отноше­нию к каждому предмету из совокупности). Формиро­вание умозрительного понятия завершается его обозна­чением (па естественном или искусственном языке) и определением, т, е. образованием высказывания, раскры­вающего значение понятия (его содержание, отнесенное к определенному объему).

Описанный способ образования умозрительных по­нятий (на современном этапе развития научного иссле­дования) имеет совершенно общий, характер. Впрочем, с первого взгляда может показаться, что это не так. На­пример, можно образовать умозрительное понятие пу­тем генерализации идеала, путем замещения элементов гештальта неидсалшированными образами и т. п. Не­трудно, однако, заметить, что во всех этих случаях мы имеем дело или с фрагментами описанного способа, или е его незрелыми формами. Поэтому общность данного способа обусловлена его развитостью. В э'юй общнос­ти легко убедиться практически, если рассмотреть са­мые различные случаи образования указанных понятий. Казалось бы, приемы формирования столь различных понятий как «световая волна» (Ггошенс, XVIT в.) и «си­ловое поле» (Фарадей. XIX в.), должны быть совершен­но различными. Между тем первое понятие образовано путем замещения в теоретическом представлении о зву­ке («гсштальт») воздуха эфиром («идеал») и приписыва­ния модели эфирной волны совокупности всевозможных видимых излучений («генерализация»); второе же поня­тие получено путем замещения в теоретическом пред-

141

ставленин о поле скоростей в движущейся жидкости («гештаяьт») скоросми каждой частицы силовым цент­ром («идеал») с последующим приписыванием модели силового ноля совокупности всевозможных (наблюдае­мых) электромагнитных взаимодействий («генерализа­ция»).

Умозрительные понятия мы будем называть также конструктами. Появление (и накопление) конструктов создает возможность сравнивать их со старыми эмпи­рическими и теоретическими понятиями, а также между собой. При этом могут быть установлены разного рода отношения между указанными понятиями. Эти <.л ноше­ния формулируются в виде общих высказываний. Ос­мысленные общие высказывания, которые содержат конструкты (определенные независимо от этих выска­зываний), обычно называются умозрительными принци­пами. Например, высказывание «сила всемирного тяго­тения действует па расстоянии мгновенно» (принцип Ньютона) содержит конструкт Кеплера, определенный, очевидно, независимо от этого высказывания. Таким образом, сформулировать принцип — значит (в простей­шем случае) приписать конструкту какой-нибудь при­знак, не содержащийся в его определении.

Одной из важнейших задач умозрительного исследо­вания является выделение из множества возможных ком­бинаций копсфуктов со старыми эмпирическими и те­оретическими понятиями и между собой подмножества осмысленных комбинаций. В связи с этим возникает вопрос: в чем заключается смысл умозрительных прин­ципов и каков критерий их осмысленности? Характер­но, что идеальный исследователь сталкивается с этой проблемой только на стадии умозрительного исследо-

142

вания: поскольку он не допускает ошиоок в осуществ­лении процедур, в процессе эмпирического и псфунда-менгалыюго теоретического исследования не может возникнуть бессмысленных высказываний. Напротив, умозрительное исследование по самой своей природе предполагает построение не только осмысленных, по и бессмысленных высказываний. Указанная проблема ре­шается однозначно, если предположить, что смысл прин­ципа аналогичен значению конструкта: это есть содер­жание принципа, отнесенное к его «объему», ч. с. к об­ласти его применимости (по не само по себе!). Принцип является бессмысленным, если он приписывает конст­рукту (конструктам) такой признак, который несовмес­тим с каким-нибудь признаком, содержащимся в опре­делении конструкт (конструктов). Поскольку в этом случае он не имеет области применимости, ч о, обладая определенным содержанием, он в то же время лишен смысла. Стало быть, критерием осмысленности прин­ципа является отсутствие противоречия между его со­держанием и определением входящего в него конструк­та (конструктов). Например, принцип «Мидас является бедняком» не имеет смысла, так как его содержание про­тиворечит античному определению конструкта «Мидас» (человека, способного простым прикосновением превра­щать любые предметы в золото). С другой стороны, принцип «сфинкс способен закидывать загадки» (прин­цип Эдипа) является осмысленным, так как не противо­речит античному определению конструкта «сфинкс».

Механизм формирования принципов в некотором отношении напоминает механизм формирования кон­структов, по наряду со сходством сечь и различие. Вме­сто идеалов исследователь накапливает теперь конструк-

143

ты. В качестве гештальта он использует не какой-нибудь наглядный образ (в частности, эмпирическое или теоре­тическое представление), а эмпирический или теорети­ческий закон. Так как законы формулируются на есте­ственном или искусственном языке, то на этот раз геш-тальт обязательно представляет собой некоторую знаковую структуру. Принцип получается путем заме­щения элементов такой структуры знаками, обознача­ющими конструкты. Например, замещая в эмпиричес­ком законе «человек способен запутывать загадки» эм­пирическое понятие «человек» конструктом «сфинкс», получаем упоминавшийся уже принцип Эдипа; замещая в теоретическом законе F₁₂ - -F₂/ (равенство сил грави­тационного действия и противодействия) теоретическое понятие «сила тяготения между материальными точка­ми» конструктом «сила магнитного взаимодействия между бесконечно малыми элементами тока», получа­ем принцип Ампера. Легко заметить, что в результате замещения в знаковом гештальте эмпирических или те­оретических поня'1 ни конструктами исследователь авто­матически получает общее высказывание. Поэтому про­цедура формирования принципов не требует генерали­зации.

Умозрительные принципы с первого взгляда чем-то напоминают лейбницевские и кантовские синтетические суждения a priori. Они не «выводятся из опыта», а явля­ются результатом синтетической деятельности творчес­кого воображения, причем оно создает такие комбина­ции опытных данных, которые нередко находятся в рез­ком противоречии с известными эмпирическими и теоретическими законами. Стало быть, умозрительные принципы «априорны» в более глубоком смысле, чем пе-

144

фундаментальное теоретическое знание: они не могут быть получены не только с помощью обычного, но и с помощью знакового наблюдения и эксперимента. Но на этом сходство указанных принципов с синтетически­ми суждениями a priori кончается. Прежде всего, первые в отличие от вторых являются относительно априорны­ми, ибо возникают на основе комбинации опытных дан­ных; во-вторых, их содержание не является врожденным, а приобретается исследователем в результате большой тренировки творческого воображения; в-третьих, их со­держание не является необходимым, ибо исследователь может строить прямо противоположные принципы.

Последнее обстоятельство с первого взгляда придает принципам некоторое сходство с «конвенциями» Пуан­каре. Как известно, последний полагал, что принципы являются скрытыми определениями тех понятий, кото­рые в них входят, подобно тому, как правила шахмат­ной игры суть скрытые определения шахматных фигур. Поэтому он уподобил принципы правилам игры, кото­рые не могут быть истинными или ложными (посколь­ку им ничего не соответствует в действительности), а только удобными или неудобными (подобно научным терминам или системам координат). Действительно, различие между принципом и определением, вообще говоря, относительно: если мы включим признак, при­писываемый принципом конструкту, в определение кон­структа, то принцип превратится в определение. Напри­мер, если признак «способность загадывать загадки» включить в определение сфинкса, то принцип Эдипа превратится в одно из возможных (неполных) опреде­лений сфинкса. Однако можно поступить и наоборот: исключить какой-нибудь признак из определения кон-

145

структа, и тогда одно из возможных определении кон- $ структа станет новым принципом (например, если из определения сфинкса исключить признак «туловище льва», то мы получим принцип «сфинкс обладает туло­вищем льва»). Уже эта симметрия во взаимопереходе -принципов и определений друг в друга свидетельствует ] о том, что относительность различия между ними не оз­начает отсутствия различия. Важнее, однако, другое: принцип не является скрытым определением входящего • r него конструкта, ибо когда мы включаем содержание .? принципа в определение этого конструкта, то мы изме­няем определение и, следовательно, получаем новый кон­структ. Стало быть, действительный интерес проблемы относительности различия между принципами и опре­делениями заключается в указании па относительность различия между принципом и конструктом.

Отметим, что «произвольность» (не необходимость) принципов (как и конструктов) является относительной: число возможных комбинаций компонент старого зна­ния и их характер не зависят от воли исследователя; от последней зависит только превращение возможных ком­бинаций в действительные.

Присоединяя к одному принципу другие и применяя правила логического вывода, исследователь сталкива­ется с двумя возможностями: 1) из выбранного подмно­жества принципов не вытекает никаких следствий; 2) из этого подмножества вытекают следствия. Систему из. двух или более умозрительных принципов, из которой получаются дедуктивным путем какие-то следствия, ес­тественно назва! ь умозрительной концепцией. Формали­зация такой концепции (запись принципов и правил вывода на искусственном языке) имеет важное значение

146

для обеспечения ее непротиворечивости. Последняя яв~ лястся необходимым и достаточным условием осмыслен­ности концепции.

Умозрительное исследование создает необходимый базис (так сказать, закладывает фундамент) для решаю­щей стадии в формировании новой теории - фундамен­тального теоретического исследования. Это исследова­ние начинается с выбора из множества умозрительных принципов ограниченного их подмножества в качестве исходных принципов повой фундаментальной теории (построение теоретической программы). Далее на осно­ве теоретических принципов выбирают из множества знаковых структур, содержащихся в информационной области исследователя, владеющего не только естествен­ным, но и искусственным языком, некоторую структуру как форму выражения нового фундаментального теоре­тического закона (построение теоретической схемы). Затем начинается дедуктивное развертывание схемы, т. е. получение дедуктивным путем из общего закона ча­стных теоретических законов двух родов: а) объясняю­щих известные эмпирические законы, установленные на уровне эмпирического исследования, и б) предсказыва­ющих новые эмпирические законы. Дальнейшее разви­тие фундаментального теоретического исследования предполагает осуществление процедур семантической, эйдетической и эмпирической интерпретации новых частных теоретических законов (проведение мысленных экспериментов и превращение тем самым теоретической схемы в теоретическую гипотезу). Завершается фундамен­тальное теоретическое исследование переходом от мыс­ленного эксперимента к реальному и сопоставлением предсказываемых теорией новых эмпирических законов с законами, полученными в результате эксперимента (под-

147

твсрждение или опровержение гипотезы, т. е. превраще­ние ее в рамках изучаемой предметной области и исполь­зуемых приборов в истинную или ложную теорию).

Таким образом, мы вновь возвращаемся к эмпиричес­кому исследованию, но на новом уровне, а затем весь про­цесс исследования повторяется, приводя в дальнейшем к построению более общей фундаментальной теории, от­носящейся к более широкой предметной области, и г. д.

Рассмо грим теперь более подробно фундаментальное теоретическое исследование.

Выполнение операций, связанных с получением умоз­рительного знания, с первого взгляда, кажется бесплод­ным занятием. Присмотримся, однако, к делу ближе. Сре­ди умозрительных концепций могут оказаться концепции следующих пяти типов: 1) не допускающие сравнения с фундаментальным эмпирическим законом («спекуля­ции»): 2) объясняющие этот закон, но не предсказываю­щие новый (псевдотеории 1-го рода); 3) предсказываю­щие новый, по не объясняющие известный закон (псев­дотеории 2-го рода); 4) объясняющие известный закон и предсказывающие новый, но предсказание которых рас­ходится с экспериментом (ложные теории); 5) концепция, объясняющая известный закон и предсказывающая но­вый, причем предсказание согласуется с экспериментом.

Таким образом, фундаментальное теоретическое ис­следование начинается с процедуры выбора из множе­ства возможных умозрительных принципов ограничен­ного числа таких принципов (в частном случае — одно­го). Уже из этого ясно, что теоретическое исследование невозможно без умозрительного. Ясно также, что умоз­рительное знание, вообще говоря, не тождественно спе­кулятивному: оно может быть как спекулятивным, так и теоретическим.

148

Фундаментальное теоретическое исследование прохо­ди г четыре основные стадии: 1) теоретическая програм­ма; 2) теоретическая схема; 3) теоретическая гипотеза: 4) фундаментальная теория. Подпрограммой будем под­разумевать систему теоретических принципов (в част­ном случае — один такой принцип). Теоретическим принципом будем называть умозрительный принцип, позволяющий из множества возможных математических структур выбрать такую, которая является выражением фундаментального теоретического закона. Классичес­ким примером теоретического принципа является декар­товский принцип инерции в классической механике, с помощью которого Ньютон из множества возможных уравнений движения материальной точки выбрал свое уравнение движения, а также фарадеевский принцип блпзкодействия в классической электродинамике, кото­рый дал возможность Максвеллу из множества возмож­ных электродинамических уравнений выбрать свои уравнения электромагнитного поля.

Отметим, что процедура выбора теоретических прин­ципов из умозрительных с методологической точки зре­ния прямо противоположна процедуре вывода. Вывод связан с логической зависимостью принципов, т. е. воз­можностью их взаимной дедукции друг из друга; выбор; напротив, — е логической независимостью принципов (их нсвыводимостыо друг из друга). Если бы все умоз­рительные принципы были зависимыми, стала бы воз­можной «логика открытия» (типа машины Р. Луллия и т. п.). ибо тогда из любого спекулятивного принципа (принципов.) можно было бы путем изощренной дедук­ции получить истинный теоретический принцип (прин­ципы). Но именно потому, что принципы, принадлежа­щие к разным умозрительным концепциям, вообще го-

воря, независимы, надо делать выбор. Следовательно,! неизбежность выбора и означает невозможность «логи-1 ки открытия», поскольку процедура выбора не являет- 1 ся логической операцией. :

Может показаться, что теоретический принцип и фун- \ даментальный теоретический закон — одно и то же. ', Тогда естественно допустить, что нефундаментальный \ теоретический закон, объясняющий фундаментальный _:; эмпирический закон, может быть получен дедуктивным . путем непосредственно из теоретического принципа (принципов). Но как мы уже видели, теоретический принцип, будучи по своему происхождению умозритель- • ньш, получается путем замещения конструктами элемен­тов старой математической структуры (выраженной на . старом искусственном языке). Указанный же теоретичес­кий закон может быть выражен с помощью существен-. но повой математической структуры (требующей ново­го искусственного языка). Подобную же структуру .; нельзя получить дедуктивно из старой.

Эту трудность исследователь преодолевает следую­щим образом: с помощью теоретического принципа он ; выбирает из множества новых математических структур; (в новых разделах математики) такую, из которой де­дуктивно можно получить упомянутый теоретический закон. Именно с этим обстоятельством связано раздво­ение теоретического знания на принципы и законы (и отличие теоретического принципа от фундаментально­го теоретического закона). Теоретичеекий принцип со­четает новое содержание (новые конструкты) со старой формой (языковая структура, заимствованная из старо­го эмпирического или теоретического знания). Только фундаментальный теоретический закон объединяет но­вое содержание (новые конструкты) с повой формой

150

(языковая структура, заимствованная из новых разде­лов математики).

Чтобы удачно выбранный умозрительный принцип мог выполнить свою селективную функцию (по нахож­дению фундаментального теоретического закона), он должен быть подвергнут специальной обработке: каждо­му конструкту должна быть сопоставлена определенная величина с указанием способа ее измерения или вычисле­ния, или хотя бы метода, посредством которого такой способ может быть найден («квантификация»); квцнти-фипированный принцип должен быть записан на искус­ственном языке («формализация»); формализованный принцип должен быть переведен со старого искусствен­ного языка на новый («тождественное преобразование»).

Поясним это на простейшем примере, связанном с ис­торией формирования ньютоновской теории тяготения. Один из принципов этой теории гласил: «сила всемир­ного тяготения, действующая в данной точке, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника». Умозрительный принцип, на основе которого возник указанный теоретический принцип, был получен еще до Ньютона путем замещения в эмпирическом законе «ос­вещенность в данной точке обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника» эмпирического по­нятия «освещенность» конструктом «сила всемирного тяготения». Квантификация состоит в сопоставлении 'этому конструкту величины F; формализация — в запи­си указанного принципа, например, в форме: F

т Г

перевод—в переходе, например, к записи: F = f —

(использование нового математического понятия — ? «функция»). Очевидно, что принципу в этой форме из ' множества возможных выражений для закона тяготения: ]

р = / -, т,, т₂ , /2 т* ^mi- ^тг • /з Т' ^mb ^m2

'

1 \ \

ния:

и т. д. — - удовлетворяет только второе. ;

После 'того как фундаментальный закон выбран, из •; него путем строгой математической дедукции выводят •' следствия и сопоставляют их с опытом. Это обычная процедура проверки теории. Как известно, она очень , трудоемка. Поэтому прежде чем ее производить, надо • иметь какой-то шанс на успех. Этот шанс обеспечивает- • ся на стадии программы так называемой потенциаль- ; пой проверкой принципов теории. Такая проверка осу- _v ществляется особым методом, специфичным для про- •• граммного исследования, который мы назовем методом ; потенциальной дедукции. •

Среди множества принципов, построенных в резуль- \ •тате игры творческого воображения исследователя, су-'-шествуют принципы, содержащие одинаковые конструк- , ты и имеющие разную степень общности («квазинеза-j висимые»). Например, принципы «сила тяготения-: действует между массами» и «сила тяготения распрост-< рапястся (между массами) с конечной скоростью» содер-t жат одинаковый конструкт; при этом первый принцип-имеет большую общность, чем второй, поскольку вто-: рой предполагает справедливость первого, тогда как^ первый не предполагает обязательную справедливость..^ второго (первый принцип совместим с принципами И; близкодействия и дальнодействия). В свою очередь, от-^ носительно принципа близкодействия существует своЙ| квазипезависимый принцип: «сила тяготения распрост-]

152 *

рапяется со скоростью, равной скорости света» (прин­цип близкодействия совместим как с ним, так, напри­мер, и с принципом «сила тяготения распространяется со скоростью, меньшей скорости света»).

Нетрудно заметить, что (в общем случае) множество принципов р}, р₂ ... р/, квазинсзависимых относительно принципа Р. формально можно рассматривать как мно­жество возможных следствий Р. Тогда возникает про­блема определения того, какое из этих следствий явля­ется наиболее вероятным. Это та самая проблема, с ко­торой столкнулась в свое время так называемая вероятностная логика. Как известно, в вероятностной логике эту проблему пытались решить формальными ме­тодами (путем подсчета логической вероятности след­ствий и выбора того pf., которое соответствует макси­мальному значению этой вероятности). Между тем есть серьезные основания полагать, что данная проблема не является формальной и поэтому не может быть решена формальными методами. Содержательный же подход от­крывает следующий путь ее решения.

Новое эмпирическое и старое теоретическое знания содержат наряду с позитивной компонентой (знание о фактах, законах или доказательствах—«результаты») так­же и негативную компоненту (знание о незнании опреде­ленных фактов, законов или доказательств — «пробле­мы»). Результаты выражаются в форме утвердительных или отрицательных высказываний, а проблемы - в фор­ме вопросов. Любая исследовательская процедура, давая определенный результат, решает, тем самым, некоторую проблему и в то же время ставит новую. Поэтому связь между результатом и проблемой в общем случае такова, что результат есть решение проблемы и в то же время по-

становка новой проблемы. Подобно тому как результат •! может быть правильным или ошибочным, проблема мо- •' жет быть реальной или мнимой («псевдопроблема»); и \ точно так же, как правильный результат может быть ча- ' сгным или общим, реальная проблема может быть при- '• кладной или фундаментальной (вопрос общего характе- ] ра, от ответа на который зависит ответ на многие другие вопросы). Таким образом, новое эмпирическое и старое теоретическое знание всегда содержит некоторый набор фундаментальных проблем с/;, q₂,... q_s, которые па уров­не эмпирического или нсфупдаментального теоретичес­кого исследования кажутся независимыми.

Предположим, что среди возможных следствий Р (рис. 10) pf дает решение (положительное или отрица­тельное) q₁,a.p₂, ... pi не дают решения ни одной из про­блем ^, q₂. ... q_s.

Тогда мы можем считать, что р/ обладает максималь­ной вероятностью, и выбрать его. У p_h в свою очередь, есть некоторый набор возможных следствий ;//, ... р'_т. Допустим, что р _т даст решение q-,. Если эту процедуру удается продлить так далеко, что ею будут охвачены все <•!}• '/->• • • • <7,_f (^{или гю} крайней мере большинство из них), то исследователь может считать принцип Р выдержавшим потенциальную проверку. Такое заключение покоится на том основании, что в этом случае Р удовлетворяет пра­вилу проблемной простоты («правилу гордиева узла»): независимые фундаментальные проблемы оказываются связанными и получают решение из одного источника.

Программа, удовлетворяющая этому правилу, явля­ется перспективной и называется теоретической концеп­цией (соответственно программа, не удовлетворяющая ему. называется бесперспективной). Эта концепция от­личается от умозрительной тем, что связана с реальной содержательной проблематикой, а также с вероятност­ной (а не дедуктивной)логикой.

Следующая стадия формирования теории есть схема. Под схемой подразумевается система фундаментальных теоретических законов (в частном случае — один закон). Фундаментальный теоретический закон отличается от фундаментального эмпирического закона как по содер­жанию (содержит вместо эмпирических понятий конст­рукты), так и (вообще говоря) по форме (формулирует­ся па новом искусственном языке, отличном как от но­вого эмпирического, так и от старого теоретического языка). Классическим примером схемы являются урав­нения Максвелла, содержащие конструкты «электромаг­нитное поле», «ток проводимости» и «ток смещения» и выраженные па языке векторного анализа (этот язык по

155

отношению к эмпирическому и теоретическому знанию, которым располагали Максвелл и Герц, был новым ис-кусстпеппым языком).

Так как множество возможных математических струк­тур, из которого выбирается фундаментальный теоре­тический закон (законы), ограничивается с помощью программных принципов, то указанный закон (законы) содержит те же конструкты, что и соответствующие принципы. Как правило, программные принципы не га­рантируют вполне однозначный выбор искомого зако­на. Чтобы обеспечить такой выбор, производится до­полнительное ограничение выделенного подмножества с помощью методологических правил соответствия и конструктивной простоты (согласно последнему, из под­множества структур, удовлетворяющих правилу соот­ветствия, надо выбрать простейшую).

Схема может быть проверяемой или непроверяемой. В первом случае из фундаментального закона могут быть получены следствия, сопоставимые с опытом, а во втором —- нет. Дальнейший прогресс в формировании теории состоит в выводе таких следствий («дедуктивное развертывание схемы»). Здесь мы (вообще говоря) по­падаем в область применимости понятия «строгое до­казательство»: фундаментальное теоретическое исследо­вание на этой ступени по форме совпадает с нефунда­ментальным исследованием. Однако по содержанию оно отличается от последнего гипотетическим характером получаемых нефундаментальных законов. Именно по этой причине данную стадию формирования теории ес­тественно назвать гипотезой. Этот термин тем более оп­равдан, что фундаментальный теоретический закон практически считается гипотезой только тогда, когда он приводит к проверяемым на опыте предсказаниям; пос-

156

ледние же прсдпола! ают дедуктивное развертывание этого закона. Таким образом, па стадии гипотезы тео­ретическое знание впервые становится дедуктивной си­стемой, обладающей функциями объяснения и предска­зания. Гипотеза считается правдоподобной, если она согласуется со старым, фундаментальным эмпирическим законом и предсказывает новый такой закон, и неправ­доподобной, если она предсказывает новый эмпиричес­кий закон, но противоречит старому.

Главная проблема, с которой сталкивается теорети­ческое исследование на стадии гипотезы, есть проблема интерпретации. Дело в том, что теоретическое предска­зание делается на языке производных теоретических понятий (нефундамснтадьныс конструкты). Последние получаются с помощью обычных определений через базисные понятия (конструкты, входящие в фундамен­тальный закон). Процедура предсказания на языке тео­ретических понятий нефундаментального теоретическо­го закона (лежащего в основе нового фундаментально­го эмпирического закона) называется семантической интерпретацией гипотезы. Результаты же наблюдения и эксперимента описываются на языке эмпирических понятий. Поэтому возникает своего рода пропасть меж­ду гипотезой и опытом. Ясно, что предсказания будут иметь практическое значение только в том случае, если удастся выразить их с помощью эмпирических понятий (или, что эквивалентно, эмпирических представлений).

Проблема интерпретации решается следующим обра­зом. Связь теоретического понятия (дающего теорети­ческое предсказание) с эмпирическим понятием (даю­щим эмпирическое предсказание.) устанавливается с помощью двух операций: 1) построения теоретическо­го представления («теоретической модели»), соответ-

157

ствующего ланному теоретическому понятию; благода­ря этому осуществляется дегснсрализация понятия и, тем самым, переход от предсказания закона к предсказанию явления; 2) выполнения «мысленного эксперимента» (мысленного взаимодействия теоретической модели с эмпирическим представлением о приборе); результатом мысленного 'эксперимента является новое эмпирическое представление («эмпирическая модель»), которое и де­лает возможной связь гипотезы с опытом. Процедуру построения теоретической модели будем называть эй­детической, а процедуру выполнения мысленного экс­перимента (или, что то же. построения эмпирической мо­дели)— эмпирической интерпретацией. Таким образом, процедура интерпретации гипотезы состоит из трех пос­ледовательно осуществляемых процедур (семантичес­кой, эйдетической и эмпирической интерпретаций).

Иллюстрацией этого является раскрытие физическо­го смысла гипотезы Максвелла о существовании элект­ромагнитных волн. Семантическая интерпретация зак­лючалась в раскрытии физического смысла решений волнового уравнения (вытекающего из уравнений Мак­свелла) с помощью понятия электромагнитной волны; эйдетическая— в переходе от этого понятия к наглядно­му представлению об электромагнитной волне; эмпири­ческая — во взаимодействии модели электромагнитной волны с эмпирическим представлением, например, об искровом детекторе: участкам волнового поля с повы­шенной напряженностью соответствует увеличение ис­кры, а участкам с пониженной — уменьшение искры (мысленный эксперимент Герца).

Рассмотрим теперь роль моделей в формировании теории более подробно.

158

Закономерности формирования физической теории требуют исследования такой более специальной гносе­ологической проблемы как роль моделей в формирова­нии теории. Анализ же этой проблемы, в свою очередь, приводит к обсуждению еще более узкого вопроса — проблемы взаимоотношения изобразительных и функ­циональных моделей. Эта проблема в физике XX века приобрела особое значение. Поэтому она требует весь­ма обстоя1сльно1 о обсуждения.

В методологии научного исследования термином «мо­дель» обычно обозначается наглядное представление, отражающее некоторый материальный объект с той или иной степенью полноты и точности. С точки зрения от­ношения к моделируемому объекту существуют следу­ющие типы моделей; 1) изобразительные (имеющие объективный аналог и играющие эвристическую роль в исследовании); 2) спекулятивные (не имеющие объек­тивного аналога и не играющие эвристической роли); 3) функциональные (не имеющие объективного анало­га, по играющие эвристическую роль)¹. Если первые два типа с теоретико-познавательной точки зрения не пред­ставляют каких-либо трудностей, то третий создает се­рьезную гносеологическую проблему.

Природа изобразительных моделей проста: они име­ют качественное сходство с оригиналом и поэтому иг­рают эвристическую роль. Примером таких моделей в классической физике являются теоретические представ-

Отсгода термин «функциональные»: не имеюгобьскчишюю анало­ги, но обладают эвристической функцией. Функциональные модели суть не что иное, как мсчафорнчсскпе представления, лежащие в основе ис­ходных ПОНЯ1ИП метафорической теории.

159

ления о силовых полях, а в современной физике — электронно-ядерная модель атома и нуклонная модель ядра. Иллюстрацией функциональной модели в класси­ческой физике может служить эфирная модель электро­магнитного поля (в которой напряженности поля моде­лируют «натяжениями)) в особой деформируемой среде-эфире), а в некласеичеекой физике — пук-лонная модель пионов (Ферми, Янг, 1949) и сакатоппая модель мезонов (Саката, 1956).

Основная теоретико-познавательная проблема, по­рождаемая функциональной моделью, заключается в следующем: эта модель (в отличие от изобразительной) не имеет качественного сходства с оригиналом (эфира как «носителя» электромагнитного поля не существует, пионы в действительности не состоят из нуклонов, а мезоны—из сакатонов и т. д.); тем не менее, она играет эвристическую роль при описании и объяснении физи­ческих явлений. Такое поведение кажется весьма загадоч­ным: с точки зрения принципа отражения в теории по­знания представляется естественным, что образ, не отра­жающий соответствующий объект, не может играть эвристическую роль при исследовании этого объекта.

¹ Чисто количественное сходство функциональной модели с ориги­налом делает понятым, почему некоторые предсказываемыс era коли­чественные закономсрносш могут, (в определенных пределах с очень большой точное 1ъю) подтверждаться эксперименюм. Последнее обсто­ятельство и сочдаеч обманчивое впечатление об адекватном отражении такой моделью не только количеетвснной. но и качественной определен­ности изучаемого объекта. Тем самым создается иллюзия совпадения ме-1афорнческой теории с нет иной. С другой стороны, отсюда следует важ­ный втеорегико-мониава!ельпом отношении вывод, чю количественная проверка 6e:j качественной так же недостаточна, как и чисто качествен­ная бе:! количественной. Надежная проверка предсказаний теории тре-бует гармонического сочетания обоих подходов к проблеме проверки.

160

Отмеченный парадокс разрешается следующим обра­зом. Функциональная моделв играет эвристическую роль потому, что она адекватно отражает не качествен­ную, а количественную сторону исследуемого объекта.¹ Следовательно, не имея объективного аналога в виде соответствующего объекта, она, тем не менее, имеет объективное содержание.

Возникает вопрос: как отличить изобразительную модель от функциональной? Ведь если эвристическая функция модели пе является, вообще говоря, достаточ­ным признаком ее качественного сходства с оригиналом, тогда любой модели, играющей эвристическую роль, можно приписать функциональный характер. Посколь­ку функциональная модель дает иносказательное (услов­ное, метафорическое) описание объекта, такое заклю­чение может привести к агностическим выводам¹.

История физики показывает, что в общем случае су­ществуют, но крайней мере, четыре признака, по кото­рым можно отличить функциональную модель от изоб­разительной: 1) неполнота объяснения и предсказания яв­лений в исследуемой предметной области; 2) наличие аномальной предсказательной функции (предсказание принципиально ненаблюдаемых объектов); 3) теоретичес­кие парадоксы, присущие самой модели; 4) несогласован­ность с принципом соответствия (качественная опреде­ленность модели, используемой в более общей теории, не переходит с необходимостью в качественную опреде­ленность модели, фигурирующей в менее общей теории).

Ср., например, следующее высказывание Пуанкаре: «...они (физи­ческие представления -- В. Б.) имеют лишь метафорическое 'значение. "^ нельзя запретить ученому, как нельзя запретить метафор поэту. Но °" Должен знать, какова их ценпосн,». (Цит. по: ДорфманЯ. Г. Пссмир-^1[ая история (1)н лжи от начала XIX до середины XX в. М., 1979. С. 160).

161

Классическим примером неполноты объяснительной и предсказательной функции функциональных моделей является модель магнитного диполя в классической элек­тродинамике. С помощью этой модели можно с боль­шой точностью описывать магнитное поле замкнутого проводника с током вдали от проводника, но нельзя описывать то же поле вблизи него. Сакатопная модель элементарных частиц объясняла свойства мезонов, но не была столь же успешной в объяснении свойств бари-опов (в отличие, скажем, от нуклошюй модели ядра, которая объясняет свойства всех ядер). Интересным при­мером аномальной предсказательной функции, прису­щей функциональной модели, является предсказание кварковой моделью адронов множества принцнпиаль-. но ненаблюдаемых «цветных» адропов. Чтобы избавить-_: ся от этих «избыточных» частиц, постулируется так на- • зываемый принцип бесцветности, запрещающий их об-" разованис. Характерно, что основоположник гипотезы «.цветных» кварков Намбу квалифицирует его как «ис­кусственный прием».

Не менее поучительным примером тех парадоксов, с¹. которыми нередко бывает связана функциональная мо-> дель, являются противоречия, присущие квантово-поле^ вьш представлениям об элементарных частицах и их вза­ имодействии. С одной стороны, согласно квантовой те-- ории поля элементарная частица считается «точечной» (и, следовательно, бесструктурной), с другой—она мо*. жет излучать и поглощать другие частицы. Но это зна-^; чит, что она способна к «возбуждению» и «ра:зрядке>>< А такое поведение возможно лишь при наличии внут--_: рениих «степеней свободы», т. е. в том случае, если чае? тица имеет внутреннюю структуру (является в некотсА ром смысле «протяженной»). г

162 -;

Аналогичные противоречия возникают и при кван-тово-полевом описании взаимодействия. С одной сто­роны, оно имеет локальный характер (т. е. совершается в точке ,т_и)„ с другой - - оно осуществляется через по­средство «шубы» виртуальных частиц, т. е. в некоторой области (нелокалыюсть). Взаимодействию частиц в квантовой теории поля присущи черты как близкодей-ствия (виртуальные частицы могут излучаться и погло­щаться в любой точке пространственно-временного кон­тинуума), так и дальнодействия (они могу! распростра­няться со сколь угодно большой скоростью).

Что касается неподчинения функциональных моделей принципу соответствия, то здесь хорошей иллюстраци­ей может служить взаимоотношение сакатонной моде­ли мезонов с кварковой моделью адронов. Хотя после­дняя, казалось бы, является более общей (охватывая как мезоны, так и барноны), тем не менее при переходе от общей теории адронов к частной теории мезонов сака-тонпую модель нельзя получить как частный (предель­ный) случай кварковой модели.

Подведем итог анализу одной из важнейших гносео­логических проблем физики XX века — проблеме взаи­моотношения функциональных и изобразительных мо­делей. Суть проблемы, как мы уже видели, в следующем: как отличить функциональную модель от изобразитель-нон'¹ Если не существует надежного способа сделать это, то неизбежно их смешение. Последнее же ведет к двум принципиальным затруднениям философского характе­ра: 1) или надо приписать всем моделям функциональ­ный характер, что ведет к агностическим выводам (фи­зическое кантианство); 2) или же следует придать всем моделям изобразительный статус, что приводит к объек-

163

тивировапию произвольных умозрительных конструк­тов (физический платонизм).

Из изложенного ясно следующее: разграничение фун­кциональных и изобразительных моделей становится возможным потому, что объяснительная и предсказа­тельная функции функциональной модели, с одной сто­роны, и соответствующие функции изобразительной модели - с другой, существенно различны. Как уже от­мечалось, объяснительная функция функциональной модели связана с парадоксами (антиномиями) и не удов­летворяет принципу соответствия, предсказательная же функция той же модели неполна и аномальна. В отли­чие от этого объяснительная функция изобразительной модели свободна от парадоксов и удовлетворяет прин­ципу соответствия, а ее предсказательная функция пол­на и нормальна. Именно по указанной причине, как бы ни было велико количественное сходство между этими моделями, всегда существует возможность, в конечном счете, установить их качественное различие.

Итак, корректное решение проблемы взаимоотноше­ния функциональных и изобразительных моделей заклю­чается не в сведении одной из них к другой, а в выясне­нии той специфической роли, которую каждая играет в процессе формирования фундаментальной теории. Если получение изобразительной модели, дающей адекватное отражение исследуемого объекта, является целью иссле­дования, то построение функциональной модели --- вспо­могательным средством для достижения этой цели.

Функциональная модель, являющаяся важным вспо­могательным инструментом, позволяющим связать но­вые теоретические понятия с опытом, дает повод к ее абсолютизации (отождествлению с изобразительной

164

моделью — метафоризм). Эта абсолютизация заключа­ется в допущении, что атрибуты пемакросконической материи могут быть описаны (качественно) только на языке атрибутов макроматерии. В частности, это озна­чает, что поведение микрообъектов может описываться только на языке макропространства, макровремени, мик­родвижения, макро при чинности, макровзаимодействня и макроструктуры. Очевидно, что в основе такого пред­положения лежит неявно принимаемый постулат о том, что указанные макроскопические типы атрибутов явля­ются единственно возможными (онтологический макро-центризм). Другими словами, такая точка зрения озна­чает приписывание привилегированного статуса макро­атрибутам при описании нсмакроскопическпх форм реальности. Его философским основанием является предположение, что человек не в состоянии выйти за рамки макропредставлений (и макропонятий) и макро­скопических познавательных процедур, а также макро­скопических средств исследования (классическая систе­ма отсчета) в силу того, что он есть макросущество (гно­сеологический макроцентризм).

Последнее заключение вполне справедливо, если рас­сматривать человека исключительно как физический объект, в принципе не отличающийся от любого друго­го макрообъекта. Но он есть также и социальное суще­ство, т. е. элемент функционирующей и развивающейся социальной системы. Благодаря этому он приобретает новые свойства, которыми не обладал бы. будучи изо­лирован от этой системы. Так. например, как физичес­кое существо человек не может преодолеть ограничен­ность своего чувственного восприятия, а как существо социальное он преодолевает эту ограниченность с по-

165

мощью измерительных приборов. Точно так же, будучи социальным существом, он может, как показала прак­тика XX в., преодолеть с помощью компьютеров даже ограниченность своего абстрактного мышления. Есте­ственно допустить, что благодаря своим социальным свойствам человек может пойти еще дальше и преодо­леть природную ограниченность своего творческого воображения путем изобретения новой методологии и связанных с нею принципиально новых тгтавательпых средств¹.

Как показывает анализ механизма творческого вооб­ражения, в процессе социального развития исследова­тель приобретает способность преобразовывать макро­скопические средства исследования, познавательные процедуры, представления и понятия в немакроскопи-чсскис. Вследствие этого он может, как это ни парадок­сально, преодолеть природный макроцентризм своего положения в мире. Это оказывается реальным благода­ря возможности экспериментальной проверки пемакрос-копических понятий с помощью предсказываемых ими новых макроскопических явлений. Именно в переходе от макро- к немакроцентрическому взгляду на окружа­ющий мир (как «в малом», так и «в большом»), по-ви­димому, и заключается одна из самых характерных осо­бенностей революции в науке XX в.

¹ Ильин В. В. Негеоцентрические мотивы к современной пауке / в сб. Эволюция материи и ее структурные уровни. \1., 1981, с.68.

Примером таких немакроскопическнх тмнавшельшлх средств явля­ется понятие «квантовая система отсчет;!», введенное в киашоиой тео­рии относительности (Иранский R, П. Теории члемешариых частиц как объект методологически! о исследования. Л., 1989. с.39 50).

166

Если воспользоваться популярным (хотя и нестрогим) термином «научная картина мира», то эту идею можно выразить и иным способом (вполне эквивалентным пре­дыдущему): сущность революции в физике XX века зак­лючается в переходе от геоцентрической («макроцентри-ческой») онтологической «картины мира» или, что более точно, онотологической «модели» реальности кнегеоиен-трической («пемакроцептрической») онтологической «картине .ш//7(/»(онтологической «модели» реальности).

Насколько принципиальный характер имеет пробле­ма взаимоотношения изобразительных и функциональ­ных моделей, можно осознать с особой ясностью па при­мере таких моделей в физике XX века как модель кван-тово-полевого вакуума и модель черной дыры. Большинство теоретиков приписывают этим моделям существование соответствующего объективного анало­га (физического объекта) и, следовательно, считают их изобразительными. Между тем, квантово-полевой ваку­ум, по определению, есть не что иное, как совокупность виртуальных частиц. Очевидно, что методологический статус вакуума зависит от статуса виртуальной части­цы. Виртуальная частица есть возможная частица, но при этом такая, которая не подчиняется закону причин­ности. Это значит, что виртуальная частица это ака-умлъиан возможная частица. Если причинность являет­ся атрибутом физической реальности, тогда ясно, что, такая частица не может иметь объективный аналог и. следовательно, является лишь вспомогательным умоз­рительным конструктом для описания взаимодействий и взаимопревращений элементарных частиц. Но в этом случае и «вакуум» становится умозрительным конструк­том, подобным теплороду или эфиру. Такой конструкт

167

играет важную эвристическую роль в проведении мате­матических расчетов, но не является отражением осо­бой объективно существующей физической среды, как это обычно считается.

То же самое можно скачать и относительно «черной дыры». Этим термином в общей теории относительнос­ти обозначается такое состояние физического тела, при котором масса тела сжимается до размеров ниже грави­тационного радиуса (г < г„). Такое тело должно испы­тывать гравитационный коллапс, т. е. должно спонтан­но сжиматься в точку, где его плотность стремится к бес­конечности. Большинство физиков и в этом случае склонно приписывать модели объективный аналог, и, следовательно, изобразительный статус. Тем не менее, природу этой модели можно интерпретировать и ина­че: «дыра» существует не в объективном мире, а в обла­сти применимости общей теории относительности. Это, так сказать, «запретная зона» для применения реляти­вистского закона тяготения Эйнштейна. Практически это означает, что среди множества тяготеющих масс есть подмножество масс, сжатых ниже гравитационного ра­диуса. К этим массам релятивистский закон тяготения не применим и нужно искать какой-то другой закон. Другими словами, если «черная дыра» является функ­циональной моделью, то это не некий физический объект в пределах известного мегамира, а «окно» в неведомый нам онтологически иной материальный мир.

Итак, весьма вероятно, что «черная дыра» — это «дыра» не в объективном мире, а в теории (так сказать, «прокол» в теории) и она является именно «черной» (а не «белой» или «серой»), ибо связана с методологи­ческим коллапсом фундаментальной теории.

168

С другой стороны, естественно ожидать, что при ком­бинировании двух (или нескольких} функциональных моделей вместе, мы получим функциональную модель более сложного типа. Потому соединяя квантово-поле-вой вакуум с космологической сингулярностью, мы кон­струируем еще более сложную функциональную модель, которая может быть очень полезной для математичес­ких расчетов, по столь же далекой от качественной при­роды описываемой ею физической реальности как и со­единение эфира с теплородом.

Переход от мысленного к реальному эксперименту приводит к превращению правдоподобной гипотезы (т. е. вероятного теоретического знания) в собственно теорию (т. е. достоверное теоретическое знание) — истинную (если предсказание подтверждается) или лож­ную (если оно опровергается). С первого взгляда кажет­ся, что точная проверка гипотезы невозможна, ибо для этого надо экспериментировать с бесконечным множе­ством объектов и ставить эксперименты с бесконечно вы­сокой точностью. Между тем, множество объектов, дан­ное в опыте, всегда конечно, а приборы всегда имеют ог­раниченную чувствительноеть. Невозможность такой проверки гипотезы означает невозможность превраще­ния вероятного теоретического знания в достоверное. По­этому главной проблемой на этой заключительной ста­дии исследования становится проблема проверки.

Исследователь решает ее следующим образом. Точ­ная проверка гипотезы означает установление границы ее применимости. Эта граница определяется пределами применимости того эмпирического знания, которое ги­потеза объясняет и предсказывает. Эмпирическое же знание (по определению) всегда связано с ограниченной

169

чувствительностью приборов и конечным множеством объектов. Поэтому точная проверка гипотезы требует по­становки экспериментов только над теми объектами и с той точностью, которые предусмотрены предсказывае­мым гипотезой эмпирическим знанием. Гипотеза счита­ется истинной, если вес такие эксперименты согласуются с ее предсказаниями («верификация»), и ложной, если хотя бы один из них противоречит одному из ее предсказаний. Если гипотеза оказалась истинной, то для уточнения гра­ницы ее применимости производятся дополнительные эксперименты или над объектами из «соседней» предмет­ной области, или над прежними объектами, по с повы­шенной точностью. При этом, вообще говоря, обнару­живается ее несостоятельность («фальсификация»). В ре­зультате получаем следующую картину (рис. 11).

1 — область применимости фундаментального эмпирического закона, объясняемого 7_V; 2 —область применимости фундаментального эмпи­рического закона, предсказываемого T_v: 3 — область применимости фун­даментального эмпирического закона, не объясняемого и не предсказы­ваемого Т,,

170

Итак, фундаментальное теоретическое исследование завершается постановкой реального эксперимента, в результате чего мы вновь возвращаемся к эмпирическо­му исследованию. Так как реальный эксперимент ста­вится (как мы видели) для проверки гипотезы, то полу­чается, что простейшая процедура — наблюдение (и, значит, эмпирическое исследование вообще) — невоз­можно без предварительного теоретического исследо­вания. Но мы-только что показали, что последнее, в свою очередь, невозможно без предварительного эмпиричес­кого, исследования (теоретические принципы выбира­ются из умозрительных, а такой выбор лишен смысла, если нет эмпирического знания). Отсюда следует тео­ретико-эмпирический парадокс: исследование не может начаться, ибо для выполнения любой процедуры надо предварительно выполнить бесконечное множество дру­гих процедур.

Посмотрим, как можно преодолеть этот парадокс. Хотя реальный эксперимент ставится, вообще говоря, для проверки некоторой теории (и. следовательно, пла­нируется), результат далеко не всякого такого экспери­мента имеет поверочный смысл. Оказывается, что кро­ме поверочного эксперимента, результат которого под­тверждает или опровергает некоторую теорию, существует еще «случайный» эксперимент. Результат последнего не подтверждает и не опровергает предска­зания той теории, для проверки которой он ставится. Классическим примером такого эксперимента является эксперимент Беккереля (1896), приведший к открытию естественной радиоактивности. Но если результат «слу­чайного» эксперимента не зависит от его цели, то воз­можен и такой случайный (непреднамеренный) экспери-

171

мент, целью которого является не проверка теории, а удовлетворение каких-то практических потребностей. Например, человек, заблудившийся в джунглях, для уто­ления голода может съесть плод неизвестного растения и испытать при этом галлюцинации: так будет открыто новое психогенное вещество. Повседневная практичес­кая деятельность людей включает в себя огромное мно­жество такого рода экспериментов. Последние делают возможным появление эмпирического исследования, не­зависимого от теоретического. В то же время оказыва­ется невозможным теоретическое исследование, незави­симое от эмпирического (поскольку такое исследование эквивалентно умозрительному). По этой причине и на­рушается «симметрия» между эмпирическим и теорети­ческим исследованием, которая лежит в основе упоми­навшегося парадокса.

Только теперь (после завершения фундаментального теоретического исследования) раскрывается действи­тельная сущность теоретического знания: последнее яв­ляется таким шл,ом умозрительного знания, которое дает исчерпывающее объяснение некоторого эмпирического знания и предсказание нового эмпирического знания. Если специфика эмпирического знания заключается в опоре на опыт (феноменологическая конструкция), то специфика умозрительного — в выходе за рамки опыта (умозрительная концепция). Стало быть, умозрительное знание (с методологической точки зрения) не только отличается от эмпирического, но в определенном смыс­ле противоположно ему. Специфика же теоретического знания заключается в своеобразном синтезе черт как эм­пирического, так и умозрительного знания. Одним из самых ярких и в то же время наиболее прост ых приме-

172

ров синтеза эмпирического и умозрительного знания в физике является «старая» квантовая теория Бора (1913). Как известно сначала Бор сконструировал новую умоз­рительную модель атома водорода, соединив вместе представление Резерфорда о планетарной структуре ато­ма с представлением Планка о квантах энергии. На ос­нове умозрительного наглядного представления о кван­тованной планетарной модели атома возникло абстрак­тное понятие о квантованном атоме водорода. Это понятие стало базисом для формулировки нового физи­ческого принципа, резко расходившегося с фундамен­тальными теоретическими законами классической ме­ханики и классической электродинамики, --- принципа кааппшаания атома водорода. Согласно последнему, атом водорода может находиться лишь в дискретных энергетических состояниях Б,, Е₂... Е_п и може г перехо­дить из одного состояния в другое только посредством некоего «квантового скачка». Эти «квантовые скачки» настолько противоречили классической физике, чю были вначале главным объекюм нападок на теорию Бора со стороны ортодоксальных физиков. Они возму­щались смелостью боровского умозрения и требовали любой ценой устранить этот плод необузданной фанта­зии, не желающей считаться с прошлым опытом.

Между тем. руководствуясь указанным принципом, Бор выбрал из множества возможных математических структур для выражения фундаментального теоретиче­ского закона, которому должны были подчиняться все водородные атомы, следующее простейшее вы­ражение:

Здесь hv — известное выражение Плапка для энергии световых квантов.

Подчеркнем, что этот закон тоже имел, строго гово­ря, чисто умозрительное происхождение, так как он не был получен ни индуктивным путем из опыта, ни дедук­тивным путем из каких-то старых физических принци­пов. Он не был «выведен», а был выбран из множества возможных математических выражений на основании принципа квантования атома и методологического пра­вила конструктивной простоты.

И закон Бора не оставил бы следа в истории физики, если бы не оказалось, что он обладает, прежде всего, замечательной объяснительной функцией; из него полу­чается на основе чисто логического вывода давно изве­стная эмпирическая закономерность распределения спектральных линий в спектре излучения атома водо­рода (формула Бальмера)

(v -- - частота излучаемого света).

Эго уже был замечательный результат, но если бы дело ограничилось только этим, то это не была бы пол­ноценная теория, ибо синтез умозрения с эмпирией был бы незавершенным (неполным). Однако вскоре выясни­лось, что закон Бора не ограничивается объяснением известной эмпирической закономерности, по и предска­зывает новую эмпирическую закономерность;

Эта формула описывает распределение спектральных линий в спектре уже не водородного атома, а ионизиро­ванного (одпоэлектроппого) гелия. Она оказалась в пре­красном согласии с экспериментом. То был один из са­мых замечательных примеров слияния умозрительного и эмпирического знания в нечто единое — подлинно теоретическое знание.

Как мы убедились, теоретическое знание не механи­чески соединяет элементы того и другого знания, а пред­ставляет собой качественно новый вид знания, отлича­ющийся, вообще говоря, как от эмпирического, так и от чисто умозрительного. Это особенно накиядно прояв­ляется в том, что физическая теория не являемся ни ак­сиоматической системой типа феноменологической кон­струкции (эмпирические законы), ни аксиоматической системой типа умозрительной концепции (умозритель­ные принципы), а представляет собой селективно-акси­оматическую систему (ввиду наличия в ней как теорети­ческих принципов, так и теоретических законов). С дру-юй стороны, теорию можно рассматривать также как своеобразный возврат в процессе развития исследова­ния от умозрительной концепции к феноменологичес­кой конструкции, но на основе первой.

Таким образом, анализ закономерностей формирова­ния физической i еории i юдтвсрждаст го решение пробле­мы природы теории, которое было дано в предыдущем параграфе. Становится совершенно очевидной недопус­тимость отождествления теории как с феноменологичес­кой конетрукцией (эмпириокритицизм и неопозитивизм), так и с умозрительной концепцией (постпозитивизм).

Не менее очевидно и то, что все попытки изгнать по­нятие «объективной истины» из теоретической деятель-

175

ности в области любой содержательной науки (и в об­ласти физики в особенности) связаны с игнорировани­ем принципа конкретности научной истины, то есть на­личия у любой научной истины определенной границы применимости (причем как в пространстве, так и во вре­мени). Из этого принципа вытекает, что нельзя рассуж­дать об «истинности» какого бы то пи было научного утверждения «вообще», безотносительно к определен­ной предметной области, изучаемой с помощью прибо­ров определенной чувствительности. Но если такая об­ласть и материальные средства для ее изучения фикси­рованы, тогда различие между истинной и заблуждением становится столь же четким, как и различие между дви­жением тела и его покоем относительно фиксированной системы отсчета.

Из всего сказанного следует важный вывод: единство умозрительного и эмпирического знания, которое дос­тигается в выдержавшей экспериментальную проверку теории, позволяет говорить об истинности информации, даваемой теорией, не только об изучаемых ею явлени­ях, но и о сущности этих явлений.

Резюмируя проведенный анализ закономерностей формирования физической теории, мы приходим к сле­дующему определению; физическая теория есть форма достоверного знания о сущности некоторого множества сходных явлений, которая имеет:

7¹4гслекшивло-дедуктивную структуру¹;

2) функции описания, объяснения и предсказания:

3) семантическую, эйдетическую и эмпирическую ин­терпретацию¹ .

Курсивом в данном определении выделены моменты, на которые надо обратить особое внимание.

Достоверность знания означает его проверенность, которая может быть двоякой - подтверждение правиль­ности первоначальной гипотезы или ее опровержение. Поэтому под указанное определение подходит как ис­тинная, так и ошибочная теория. Знание сущности ука­зывает на объективное содержание теории (ее отноше­ние к отражаемой сто объективной физической реаль­ности'). Это объективное содержание двойственно —оно касается как наблюдаемой сущности, так и множества принципиально наблюдаемых явлений (с которыми эта сущность связана). Но адекватное отражение явлений и сущности предполагает познание феноменологических и эссенциальных законов. Указание на селективно-де­дуктивный характер теории показывает невозможность придать содержательной теории чисто дедуктивную структуру, как это имеет мест о в чисто формальных те­ориях. Мы видели, что не только исходные принципы, но и фундаментальные законы теории не «выводятся», а «выбираются».

Мы не случайно подчеркнули также предсказатель­ную функцию теории. Эта функция отличает настоящую теорию от псевдотеории I рода, которые только объяс­няют, но ничего не предсказывают.

Такая ефуктурп предполагает 'запись чаконов теории ни искусст-пснном языке (математическим аппарат), беч которого певошожно o^-i-рачить количественную сторону чаконов.

176

Интерпретация математическою аппарата требуем использовать естественный язык. Отсюда следует, что полноценная теория обязатель­но должна гармонично соче1ать искусственный и естественным яуык.

177

В то же время предсказательная функция научной те­ории принципиально отличается от ненаучных предска­заний («пророчеств»): научное предсказание всегда свя­зано с объяснением; поэтому оно лишено какого бы то ни было мистического привкуса, столь характерного для ненаучных предсказаний. Именно анализ природы фи­зической теории показывает, почему ненаучные пред­сказания окутаны, обычно, некоторой мистической аурой: это происходит потому, что эти предсказания не связаны с объяснением.

Наконец, мы не случайно подчеркнули в определении теории семантическую интерпретацию. Последняя пред­полагает истолкование смысла формальных структур теории (ее искусственного «языка», без которого невоз­можно отразить количественную сторону исследуемых теорий объективных законов) с помощью понятий, име­ющих, в конечном счете, умозрительное происхождение (и только благодаря этому способных отражать ненаб­людаемую сущность).

Между прочим, такой признак теории как наличие у нее эйдетической интерпретации автоматически включает все многообразие моделей, которые используются в рам­ках теории и ее приложений к описанию опытных фак­тов. Модели, как мы видели, нужны не только для того, чтобы построить исходные умозрительные конструкты, по и для того, чтобы связать эти умозрительные конст­рукты, заключенные в основаниях теории, с опытом.

Итак, мы убедились, что проблема природы теорети­ческого знания стала центральной гносеологической проблемой физики XX века. Решение этой проблемы, как показал анализ закономерностей формирования те­ории, состоит в выводе о диалектической природе тео­ретического знания.

Насколько нетривиален этот вывод видно из следую­щего. В новейшем фундаментальном труде, посвящен­ном природе теоретического знания (Степин В. С. Тео­ретическое знание, М., 2000) проблема синтеза в теоре­тическом знании таких противоположностей как знание эмпирическое и умозрительное в явном виде не рассмат­ривается. Однако автор вплотную подходит к ее поста­новке, показывая, какое значение имеет для понимания природы научной теории процесс ее формирования (ко­торый исследуется в книге со скрупулезной тщательно­стью) и какую роль в этом процессе играет научное ми­ровоззрение. После такого фундаментального исследо­вания читатель ждет в конце четкого определения, что же такое теория, но, к своему удивлению, такого опре­деления не находит. И это, видимо, не случайно: в под­заголовке книги вместо «Природа теоретического зна­ния, его структура и историческая эволюция» первые три слова отсутствуют (!).

Дело в том, что в авторской концепции справедливо уделяется очень большое внимание «конструктивному» (В. С. Степин) введению умозрительных представлений и понятий в «тело» теории (т. е. установлению, в конеч­ном счете, их связи е опытом¹), но упускается из виду наблюдающаяся в истории пауки противоположная тен­денция — «деструктивное» введение таких представле­ний и понятий, вступающих в резкое противоречие с прежним опытом. Все это связано, видимо, с сохране-

¹ Несомненной jLiaiyi ой методологической концепции В. С. Стопина является исслелонаммс обратной связи, существующей между дедуктив­ным развертыванием первоначальной теоретической схемы и харакче-ром заложенных в нее умозрительных понятий.

179

нием традиционного предрассудка относительно того, что противоположностью эмпирического исследования и эмпирического знания является теоретическое иссле­дование и теоретическое знание, тогда как в реальном процессе научного творчества эмпирическому исследо­ванию и эмпирическому знанию противостоит не тео­ретическое, а умозршельное исследование и умозритель­ное знание и природу теоретического знания невозмож­но раскрыть полностью, если игнорировать тот синтез эмпирического и умозрительною знания, о котором говорилось выше.

В заключение этого раздела следует затронуть еще одну проблему, так сказать последнюю по счету, но не последнюю по важности. Когда мы обсуждали вопрос о природе физической теории, мы выяснили, что в конце XX века существовало девять фундаментальных физи­ческих теорий. Был дан сравнительный анализ этих тео­рий, но две из них — квантовая теория поля (или. что то же, теория квантового поля) и физическая синергетика были оставлены для последующего обсуждения. Теперь, после того как были исследованы закономерности фор­мирования физической теории, время для такого обсуж­дения пришло. Дело в том, что квантовая теория поля и физическая синергетика при ближайшем рассмотрении не укладываются в полученную нами общую схему физи­ческой теории (рис. 8). Однако особый методологичес­кий статус этих форм физического знания отнюдь не уменьшает общность приведенной схемы. Это становит­ся ясно 'только теперь, после рассмотрения общих зако­номерностей формирования теоретического знания.

Мы видели, что на пути формирования полноценной теории научное знание проходит разные стадии (сту-

180

печи} зрелости: феноменологическая конструкция, гиб­ридная теория, умозрительная концепция, программа, схема, гипотеза и, наконец, собственно теория (теория в строгом смысле этого слова). В повседневном обиходе теоретиков существует некий ((рабочий» жаргон, допус­кающий применение термина «теория» ко всем указан­ным формам научного знания. Хотя термин сам по себе пс может быть «правильным» или «неправильным». а может быть только удобным (если он исключает пута­ницу понятий) или неудобным (если способствует такой путанице), тем не менее, расширительное толкование термина «теория» в практике научного творчества мо­жет принести немалый вред, создавая иллюзию досш-жепия пели там, где цель еще не достигнута. Ученый, проявляющий указанную терминологическую небреж­ность, уподобляется спортсмену, который в беге на оп­ределенную дистанцию постоянно принимает промежу­точные отметки на своем пути за финиш.

Посмотрим с этой точки зрения, прежде всего на ту форму физического знания, которую принято называть квантовой теорией поля, В основе этой теории лежит понятие квантового ноля, иод которым подразумевает­ся область пространственно-временного континуума Минковского, в точках которой могут уничтожаться и рождаться точечные квантовые объекты. Если мы вспом­ним, что понятие пространства-времени Минковского является основным понятием специальной теории отно­сительности, а понятие точечного квантового объекта, описываемого волной функций ^(х. у, z, t), — основным понятием квантовой механики, то станет ясно, что по­нятие квантового поля является формальным объеди-

181

пением двух старых фундаментальных понятий, заим­ствованных из теории относительности и квантовой ме­ханики. В основе квантовой теории поля, поэтому фи­гурируют принципы специальной теории относительно­сти и нерслятивистской квантовой механики. Никаких новых физических принципов содержательного харак­тера (как это мы видели на примере других физических теорий) она не вводит.

При этом, однако, в теории возникают теоретические парадоксы, связанные с появлением т. н. расходимостей, т. е. бесконечных и поэтому бессмысленных физических величин. Хотя в некоторых вариантах квантовой тео­рии поля эти расходимости успешно устраняются, но достигается это с помощью совершенно искусственно­го приема (т.н. метод перенормировок, не имеющий ни­какого отношения к исходным принципам теории).

Если мы посмотрим на процесс формирования физи­ческой теории, подвергнутый анализу в этом разделе, то заметим, что подобная форма физического знания нам уже встречалась в образе т. н. гибридной теории. Суть последней заключалась в том, чтобы объяснить поеме эмпирические закономерности с помощью старых тео­ретических понятий. Возникающие при этом теорети­ческие парадоксы указывают на незаконный выход за границы применимости старых понятий и на необходи­мость конструирования принципиально новых теорети­ческих понятий.

С подобной гибридной теорией физики уже имели дело па рубеже XIX-XX века. Ее роль играла эфирная теория электромагнитного поля, пытавшаяся «уложить» электромагнитные явления в быстро движущихся сре­дах в «прокрустово ложе» механических понятий.

182

Из сказанного ясно, что существуют серьезные осно­вания, чтобы придать квантовой теории поля статус гибридной (и, тем самым, «метафорической») теории, являющейся подобно эфирной теории классического поля, не копией исследуемой реальности, а осооымвспо-могательиым инструментом для построения такой копии¹.

Нечто подобное в квалификации методологического статуса наблюдается и в случае е физической синергети­кой. С первого взгляда она производит впечатление па-стоящей физической теории, поскольку в ней имеется си­стема нелинейных управлений, которую как будто мож­но интерпретировать как фундаментальный теоретический закон. Однако при ближайшем рассмот­рении такое впечатление оказывается обманчивым. Если мы вспомним уравнения Тьюринга, описывающие са­моорганизацию в днссипативной системе, то заметим, что в эти уравнения входят только наблюдаемые величи­ны. Следовательно, содержательный смысл этих урав­нений раскрывается исключительно с помощью эмпи­рических понятий. Но из рассмотренных закономерно­стей формирования физической теории следует, что наличие в фундаментальном законе (лежащим в осно­вании некоторой дедуктивной системы) только наблю­даемых величин и отсутствие ненаблюдаемых является характерным признаком фундаментального эмпиричес­кого закона, образующего базис некоторой феномено­логической конструкции.

Эфирная теория классическш о силорюго поля были таким вспомо­гательным мнсфументом для дсйсшшсльноп копии анскфомагнитной реальное [ и — релятивистской ллекфолинампки.

183

Отсюда ясно, что физическая синергетика на совре­менном уровне ее развития совпадает, по-видимому, с тем мысленным образованием, которое следовало бы называть не теорией, а феноменологической конструкци­ей. В таких конструкциях математическая формулиров­ка фундаментального эмпирического закона, описыва­ющего соответствующие физические системы и проте­кающие в них процессы, может быть, вообще говоря, сколько угодно сложной, но это обстоятельство недо­статочно, чтобы такая конструкция имела право назы­ваться «теорией».

Из рассмотренных закономерностей формирования физической теории получается важный вывод: фундамен­тальный эмпирический закон должен получить умозри­тельное объяснение, исходя из до! [ущсния существования некоторых ненаблюдаемых величин. Другими словами, для превращения физической синергетики в теорию в строгом методологическом смысле этого термина не­обходимо не простое описание диссипативных структур и их формирования в процессе самоорганизации, а рас­крытие ненаблюдаемой физической сущности этого про­цесса (например, подобно тому, как наблюдаемые эмпи­рические закономерности распределения спектральных линий получили объяснение с помощью ненаблюдаемой

Нспабгподаемость сущности не противоречит принципу наблюдае­мости в составе научного мировоззрения, Ведь этот принцип относится к объектам, которые являются единством принципиальною наблюдае­мо: о явления и принципиально ненаблюдаемой супшосш. Не будучи наблюдаемой, реальная cymiiocib. однако, принципиально проявляема'. понятие о сущности не только объясняет известные явления, но и пред­сказывает новые. Реальность сущности доказывается совпадением пред­сказаний с опытом.

184

волной функции 4*(x,y,z,t)). Но до этого уровня физичес­кой синергетике, по-видимому, еще далеко.

Все сказанное свидетельствует о том, что процесс ин­дуктивного обобщения фундаментальных физических чеорий и их эволюции отнюдь не тривиален. Подтверж­дается известная поговорка — «не все то золото, что бле­стит». Не всякая форма знания имеет право называться «теорией», хотя этим термином нередко злоупотребляют. Особенно рискованно придавать статус повой фундамен­тальной теории какой-либо форме знания па основе чис-1 о формальных признаков, без учета содержательной сто­роны, т. е. характера физических понятий, раскрываю­щих физический смысл формальных структур.