Дисциплине Истории и философия науки
 Скачать 1.88 Mb.
|
|
От методологических идей к теории и новой картине мира Первым шагом на пути к специальной теории относительности была фиксация принципа относительности в качестве одного из важней- ших операциональных оснований, коррелятивно которому должны вводиться в фундамент физического познания те или иные онтологи- ческие представления. Такая трактовка принципа относительности была намечена еше Пуанкаре, но в наиболее отчетливой форме она выражена в работах Эйнштейна. Принцип относительности рассматривался Эйнштейном в двух аспектах. Первый аспект рассмотрения принципа относительности характери- зует его как методологический регулятив теоретического описания ре- альности. На языке такого описания физическая лаборатория, движуща- яся равномерно и прямолинейно, обозначается как инерциальная система отсчета, и «согласно принципу относительности законы приро- ды не зависят от движения системы отсчета» 4 . При теоретическом опи- сании в физике используется язык математики. На этом языке система отсчета характеризуется как система координат, а законы природы выра- жаются в форме уравнений, в которых определенным образом связаны физические величины. Независимость законов природы от движения системы отсчета формулируется как требование ковариантности соот- ветствующих уравнений относительно преобразования системы коорди- нат (при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой). Второй аспект представлял принцип относительности в качестве глубинного постулата экспериментально-измерительной деятельнос- ти. В этом аспекте формулировка принципа относительности утверж- дает, что физические процессы протекают одинаково во всех лаборато- риях, движущихся равномерно и прямолинейно, а поэтому никакими экспериментами внутри физической лаборатории нельзя обнаружить ее инерциального движения. Принцип воспроизводимости экспериментов и измерений кон- кретизируется не только посредством принципов воспроизводимости экспериментов в разных точках пространства и в различные моменты времени (на что указывалось выше), но и посредством принципов, фиксирующих влияние движения лаборатории на протекание физи- ческих процессов. Физические лаборатории всегда связаны с движущимися телами, и проблема воспроизводимости экспериментов и измерений требует учета этого обстоятельства. Если существуют ситуации, когда движе- ние лаборатории вносит возмущения в протекание процесса, то необ- ходим способ учета этих возмущающих воздействий. Для этого следу- ет выделить некоторую эталонную ситуацию, в которой относительное движение двух лабораторий не изменит картины исследуемого про- цесса. Отклонения от данной ситуации уже можно рассматривать как возмущения, которые принципиально могут быть выявлены и учтены (контроль за такими возмущениями возможен только тогда, когда из- вестна ситуация, в которой они отсутствуют). В классической физике с самого начала ее формирования в качестве эталонной ситуации рас- сматривалось инерциальное движение. Такой подход имеет довольно глубокие основания (хотя последние не всегда осознавались в классическом естествознании). Дело в том, что 280 Глава 6. Научные революции и смена типов научной рациональности Феномен научных революций. Внутридисциплинарные революции 281 экспериментальное исследование физического процесса предполагает что он должен быть получен в максимально «чистом» виде. А для этого необходимо изолировать лабораторию от внешних воздействий, которые могут накладываться на изучаемый процесс, искажая или затемняя его, либо компенсировать такие воздействия. В предельном случае, допуская полную изоляцию лаборатории от внешних воздействий, мы получаем идеализированную лабораторию, которая по определению является инерциальной системой отсчета (на нее не действуют внешние силы). Экспериментально-измерительная деятельность физики предпо- лагает, что всегда возможно отыскать ситуацию, когда движение ре- альной лаборатории может с определенным допуском считаться инер- циальным. В каждой такой (локально-инерциальной) лаборатории при прочих равных условиях все процессы будут протекать одинаково (никакими экспериментами внутри лаборатории нельзя обнаружить ее относительного движения), а поэтому результаты экспериментов будут воспроизводимы. Поскольку процессы природы протекают в соответствии с объективными законами, то возможность воспроизве- дения одного и того же процесса в различных инерциально движу- щихся лабораториях означает, что законы природы не зависят от инерциального движения системы отсчета. Принцип относительности как раз и выражает это содержание и, таким образом, предстает как формулировка весьма важных допуще- ний, которые лежат в фундаменте экспериментально-измерительных процедур физики. Интерпретируя принцип относительности как важнейший компо- нент схемы метода, посредством которого выявляются характеристи- ки физического мира, Эйнштейн формулирует проблему онтологиче- ских постулатов физики в необычном с классической точки зрения виде: он ставит вопрос, как будет выглядеть физическая реальность (какова будет физическая картина мира), если принцип относитель- ности распространяется на описание любых взаимодействий (в том числе и электромагнитных) 5 Реализуя эту программу, Эйнштейн проанализировал онтологиче- ские постулаты физики конца XIX в., составляющие электродинами- ческую картину мира. Это был второй шаг на пути к специальной те- ории относительности. В процессе анализа обнаружилось, что постулат о существовании ми- рового эфира, заполняющего абсолютное пространство, несовместим с принципом относительности, поскольку он приводит к неодинаковому описанию электромагнитных процессов в различных инерциальных си- стемах отсчета. Это означало, что мировой эфир принципиально нена- блюдаемый объект, так как он не укладывался в схему эксперименталь- но-измерительных процедур физики. Подчеркнем особо это важное обстоятельство. Элиминация из фи- зической картины мира представлений о мировом эфире как о субстан- ции, передающей электромагнитные взаимодействия, обычно связыва- ется с результатами опытов А. Майкельсона, А. Физо и других, не обнаруживших движения Земли относительно эфира. В своих много- численных изложениях СТО Эйнштейн также использует эту аргумен- тацию. Но в первой своей работе «К электродинамике движущихся тел», содержащей изложение всех основных идей новой теории, Эйнштейн лишь вскользь говорит о неудавшихся попытках «обнаружить движение Земли» относительно «светоносной среды», но не упоминает опыта Майкельсонаб. Более того, он отмечал в одном из своих писем, что при построении СТО опыт Майкельсона не сыграл решающей роли (это об- стоятельство тщательно проанализировал Холтон, и его анализ подтвер- дил справедливость отмеченного утверждения Эйнштейна 7 ). Чтобы квалифицировать постулат о мировом эфире как не соот- ветствующий принципу наблюдаемости, ссылки на результаты кон- кретных опытов, типа опыта Майкельсона, были необязательны (хо- тя сами эти опыты могли выступить в качестве подтверждения ненаблюдаемости эфира). Важно, чтобы была выявлена структура экспериментально-измерительной практики и показано, что в ней не может быть принципиально зафиксирован такой гипотетический объект, как мировой эфир. Принцип относительности как раз и ха- рактеризовал весьма существенные аспекты этой структуры. Поэтому противоречие постулатов картины мира принципу относительности означало, что данные постулаты не имеют операционального обосно- вания и должны быть пересмотрены. С этих позиций Эйнштейн критиковал не только представление об эфире, но и постулат о существовании абсолютного пространства и времени. Этот постулат выделял лабораторию, покоящуюся относи- тельно абсолютного пространства, в качестве привилегированной си- стемы отсчета, отличной от движущихся лабораторий, что противоре- чило принципу относительности. После того как были выявлены «слабые точки» электродинамиче- ской картины мира, возникли новые проблемы. Элиминация пред- ставлений об эфире и абсолютном пространстве разрушала прежнюю картину физической реальности, на которую опиралось ядро электро- динамики Максвелла—Лоренца. Поэтому требовалось установить, как это скажется на электродинамике движущихся тел. Такого рода анализ лежал в основе формулировки второго (после принципа отно- 282 Глава 6. Научные революции и смена типов научной рациональности Феномен научных революций. Внутридисциплинарные революции 283 сительности) фундаментального принципа СТО — постулата посто- янства скорости света. Эфир в теории Лоренца включал важное физическое свойство: не- зависимо от того, движется или покоится тело, излучающее свет, све- товой луч распространяется в системе, покоящейся относительно эфира, с постоянной скоростью с. Чтобы элиминация эфира не разру- шила классической электродинамики, требовалось постулировать, что существует система отсчета, в которой каждый световой луч рас- пространяется в пустоте с постоянной скоростью с независимо от движения источника. Но поскольку, согласно принципу относитель- ности, все инерциальные системы отсчета физически эквивалентны, то отсюда следовало, что принцип постоянства скорости света спра- ведлив для любой системы отсчета 8 , и это позволяло придать ему ста- тус универсального фундаментального постулата теории. Данный по- стулат включал специфическое содержание и в этом смысле был независим от принципа относительности. Последний, однако, позво- лял обосновать универсальность постулата о постоянстве скорости света, что явилось третьим важным шагом в формировании СТО. Четвертый же, решающий шаг состоял в анализе измерительных процедур, посредством которых обосновывались свойства простран- ства и времени. В соответствии с идеалом операционального обосно- вания постулатов теории Эйнштейн тщательно проанализировал про- цедуры измерения пространственных и временных интервалов. Он выявил схему этих процедур, показав, что в их основе лежат операции с жесткими стержнями инерциальной системы отсчета и ее часами, синхронизированными с помощью световых сигналов 9 . Роль этих процедур в построении теории относительности уже отмечена в мето- дологической и историко-физической литературе. Однако не всегда подчеркивается то важное обстоятельство, что Эйнштейн из анализа схемы измерения временных и пространственных интервалов полу- чил преобразования Лоренца (этот вывод содержится в работе Эйн- штейна «К электродинамике движущихся тел»). Такой вывод придавал преобразованиям Лоренца и их следствиям реальный физический смысл. Характеристики пространственных и временных интервалов, вытекающие из преобразований Лоренца, обосновывались схемой измерений, которая выявляла реальные про- странственно-временные свойства и отношения природных объек- тов. Поэтому данные характеристики следовало считать отражением признаков пространства-времени самой природы. Если все эти познавательные процедуры описать в терминах совре- менного методологического анализа, то можно сказать, что Эйнштейн осуществил операцию конструктивного обоснования тех новых гипо- тетических свойств пространственно-временных интервалов, которые следовали из преобразования Лоренца. И это было как раз то самое не- достающее звено, которое связывало отдельные мозаичные предполо- жения, принципы и математические выражения в целостную систему новой физической теории. Только после того как преобразования Ло- ренца получили связь с опытом, можно было считать физически кор- ректными все основные следствия из них (закон сложения скоростей, закон изменения массы с изменением скорости, связь массы и энергии и т.п.). Эти следствия также вывел и обосновал Эйнштейн. Эйнштейн вывел преобразования Лоренца не из требований кова- риантности уравнений, а на основе анализа локальной процедуры синхронизации часов. Пуанкаре отмечал важность такой процедуры, но не показал, как можно вывести отсюда преобразования Лоренца. В методологическом отношении особо важно подчеркнуть, что подход Эйнштейна к обоснованию гипотез, связанных с новыми пространст- венно-временными преобразованиями, был тем самым методом, ко- торый фиксировал своеобразный водораздел между классическим и неклассическим построениями физической теории. В явной форме процедура конструктивной проверки новых абст- рактных объектов, возникающих на стадии гипотезы, стала приме- няться только в неклассических исследованиях. Ее можно обнару- жить, например, в истории квантовой механики, когда знаменитые соотношения неопределенности, в принципе выводимые в качестве следствия из применяемых в математическом аппарате теории пере- становочных соотношений, Гейзенберг получает на основе знамени- того мысленного эксперимента по наблюдению за положением элек- тронов с помощью идеального микроскопа (Гейзенберг показал, что взаимодействие электрона с квантом света не позволяет одновремен- но со сколь угодно большой точностью установить его координату и импульс). Та же стратегия лежала и в основе процедур Бора — Розен- фельда в квантовой электродинамике. Величины и их основные признаки, вводимые «сверху» на основе математической гипотезы, получают подтверждение в системе мыс- ленных экспериментов, аккумулирующих реальные особенности опыта. Только после этого им можно приписывать реальный физиче- ский смысл. После того как Эйнштейн ввел новую интерпретацию преобразований Лоренца, представления физической картины мира об абсолютном пространстве и времени были заменены релятивист- скими представлениями. Правда, здесь еще не было целостного обра- за пространства-времени, но переход к нему уже обозначился. И хотя 284 Глава 6. Научные революции и смена типов научной рациональности новое понимание пространства и времени, включенное в физическую картину мира, противоречило стереотипам обыденного здравого смысла, оно довольно быстро обрело признание в научном сообщест- ве и отрезонировало в других сферах культуры. Европейская культура конца XIX — начала XX в. всем своим пред- шествующим развитием оказалась подготовленной к восприятию но- вых идей, лежащих в русле неклассического типа рациональности. Можно указать не только на своеобразную перекличку между идеями теории относительности Эйнштейна и концепциями «лингвистичес- кого авангарда» 70—80-х гг. XIX в. (Й. Винтелер и др.), но и на их ре- зонанс с формированием новой художественной концепции мира в импрессионизме и постимпрессионизме, а также новыми для литера- туры последней трети XIX столетия способами описания и осмысле- ния человеческих ситуаций (например, в творчестве Достоевского), когда сознание автора, его духовный мир и его мировоззренческая концепция не стоят над духовными мирами его героев, как бы со сто- роны, из абсолютной системы координат описывая их, а сосуществу- ют с этими мирами и вступают с ними в равноправный диалог 10 Этот своеобразный резонанс идей, развиваемых в различных сфе- рах культурного творчества в конце XIX — начале XX столетия, обна- руживал глубинные мировоззренческие основания, на которых выра- стала новая, неклассическая наука и в развитии которых она принимала активное участие. Новые мировоззренческие смыслы, по- степенно укоренявшиеся в эту эпоху в культуре техногенной цивили- зации, во многом обеспечивали онтологизацию тех необычных для здравого смысла представлений о пространстве и времени, которые были введены Эйнштейном в физическую картину мира. Дальнейшее развитие этих представлений было связано с творчест- вом Г. Минковского, который разработал новую математическую фор- му специальной теории относительности и ввел в физическую картину мира целостный образ пространственно-временного континуума, ха- рактеризующегося абсолютностью пространственно-временных ин- тервалов при относительности их разделения на пространственные и временные интервалы в каждой инерциальной системе отсчета. Утверждение в физике новой картины исследуемой реальности со- провождалось дискуссиями философско-методологического характе- ра, в ходе которых осмысливались и обосновывались новые представ- ления о пространстве и времени и новые методы формирования теории. В процессе такого анализа уточнялись и развивались фило- софские предпосылки, которые обеспечивали перестройку классиче- ских идеалов и норм исследования и электродинамической картины Научные революции и междисциплинарные взаимодействия 285 мира. Таким путем они превращались в философские основания ре- лятивистской физики, во многом способствуя ее интеграции в ткань современной культуры. Таким образом, перестройка оснований науки не является актом внезапной смены парадигмы (как это считает Т. Кун), а представляет собой процесс, который начинается задолго до непосредственного преобразования норм исследования и научной картины мира. На- чальной фазой этого процесса является философское осмысление тенденций научного развития, рефлексия над основаниями культуры и движение в поле собственно философских проблем, позволяющее философии наметить контуры будущих идеалов научного познания и выработать категориальные структуры, закладывающие фундамент для построения новых научных картин мира. Все эти предпосылки и «эскизы» будущих оснований научного по- иска конкретизируются и дорабатываются затем в процессе методо- логического анализа проблемных ситуаций науки. В ходе этого анали- за уточняется обоснование новых идеалов науки и формируются соответствующие им нормативы, которые целенаправляют построе- ние ядра новой теории и новой научной картины мира. Рефлексия над уже построенной теорией, как правило, приводит к уточнению и развитию методологических установок, к более адекват- ному осмыслению новых идеалов и норм, запечатленных в соответст- вующих теоретических образцах. Поэтому перестройка оснований науки включает не только начальную, но и завершающую стадию ста- новления новой фундаментальной теории, предполагая многократ- ные переходы из сферы специально-научного в сферу философско- методологического анализа. Научные революции и междисциплинарные взаимодействия Научные революции возможны не только как результат внутридис- циплинарного развития, когда в сферу исследования включаются но- вые типы объектов, освоение которых требует изменения оснований научной дисциплины. Они возможны также благодаря междисципли- нарным взаимодействиям, основанным на «парадигмальных привив- ках» — переносе представлений специальной научной картины мира, |