Неопозитивистская интерпретация коперниканской революции (по X. Рейхенбаху)

Согласно представителю логического позитивизма, немецкому философу Хансу Рейхенбаху (1891—1953), то, что Аристотель знал о структуре мира, было недостаточно для формулировки общих законов. Его астрономия покоится на геоцентрической системе мира, согласно которой центром Вселенной является Земля. Никто не обвиняет Аристотеля в том, что он еще ничего не знал о вещах, которые могли быть открыты лишь с помощью телескопа или микроскопа. Однако если Аристотель и не мог знать этих вещей, то его ошибкой было замещение объяснения плохими аналогиями. Подобно другим космологиям его времени, например учению Платона об идеях, являющемуся не наукой, а поэзией, учение Аристотеля — продукт фантазии, а не логического анализа.

Пример

Платоновская космология, изложенная им в «Тимее», отличается от наивной сказки лишь абстрактным языком, которым она написана. У древних греков не было науки, которую можно было бы сравнить с нашей физикой, а Платон не знал, чего можно достичь с помощью комбинирования математики с наблюдением. И все же даже ко времени Платона была развита одна область естествознания — астрономия, имевшая огромный успех в этом отношении. С помощью тщательных наблюдений и геометрических соотношений были уже с очень высокой точностью установлены математические законы обращения звезд и планет. Однако Платон не был склонен признать вклад наблюдения в астрономию и стоял на том, что астрономия лишь постольку является наукой, поскольку движение звезд познается с помощью разума и интеллекта. Наблюдения за звездами не могут многого сказать о законах, которые определяют их обращение, поскольку их действительное движение является несовершенным и не строго управляется этими законами.

Согласно Платону, предположение о том, что действительное движение звезд вечно и не имеет погрешностей, является абсурдным. Платон очень резко отзывается об астрономах-наблюдателях: те, кто пытается глазеть наверх или бросать взгляд вниз, чтобы что-нибудь научно схватить с помощью чувственных восприятий, никогда и нигде ничего не изучит научно, поскольку нечто такого рода вообще не имеет ничего общего со «знанием». Вместо того чтобы наблюдать за звездами, мы должны пытаться открыть законы их движения с помощью размышления. Сильнее, чем с помощью этих слов, которые выражают убеждение в том, что знания о природе не требуют никаких наблюдений и возможны с помощью одного лишь разума, вероятно, нельзя отбросить в сторону эмпирическую науку.

По Рейхенбаху, греки имели успех лишь в тех науках, в которых могли применить математические методы. Их астрономические открытия были собраны в системе Птолемея, александрийского ученого II в. н.э., который доказывал, что Земля является шаром. Птолемей сопоставил прошлые астрономические наблюдения с геометрическими доказательствами, однако отталкивался от того, что движется не Земля, а вращаются небесные сферы и вместе с ними Солнце, Луна и звезды. По этим сферам допускались также независимые движения, поскольку Солнце и Луна не имели какого-либо закрепленного за ними места под звездами, а двигались по своим собственным круговым орбитам. Планеты описывали кривые необычной формы, которые, по Птолемею, были результатом двойного кругового движения. Эти движения происходили одновременно и их можно себе представить на примере движения человека, сидящего на карусели, которая смонтирована на еще большем эксцентрическом круге. Рейхенбах отмечает, что птолемеева астрономическая система, называемая также геоцентрической, используется сегодня лишь для того, чтобы отвечать на все астрономические вопросы, связанные только с картиной звездного неба, т. е. в особенности в связи с навигационными проблемами. Подобная практическая применимость системы Птолемея показывает, что она была в высокой степени истинной.

Представление о том, что Солнце находится в состоянии покоя, а Земля и планеты движутся вокруг него, было незнакомо грекам. Хотя Аристарх Самосский еще в 200 г. до н.э. разработал гелиоцентрическую систему, его современники не могли оценить эту истину. Греческие астрономы не могли последовать Аристарху, так как в это время механика была еще весьма несовершенной. Птолемей в противоположность Аристарху утверждал, что Земля должна покоиться, ибо в противном случае падающий камень двигался бы по направлению к Земле не перпендикулярно, а птицы в воздухе запаздывали бы за движущейся Землей и садились бы на ее поверхности на другое место. Только в XVII в. был проделан эксперимент, показавший ошибочность аргументов Птолемея.

Пример

Пьер Гассенди (1592—1655), французский аббат, провел эксперимент на движущемся корабле, сбросив с мачты на палубу камень, который упал точно к подножию мачты: если бы механика Птолемея была истинной, камень упал бы далеко позади нее. Тем самым Гассенди экспериментально подтвердил незадолго до того открытый Галилеем закон свободного падения, согласно которому падающий камень заключает движение корабля уже в самом себе и сохраняет его во время падения.

Рейхенбах задается вопросом: почему же Птолемей не провел эксперимента, аналогичного эксперименту Гассенди? По этому поводу, считает он, можно ответить лишь следующее: грекам вообще не приходила в голову мысль о научном эксперименте в отличие от простого наблюдения и измерения. Эксперимент — это вопрос, поставленный природе; научный эксперимент изолирует отдельные факторы друг от друга. С помощью таких искусственных событий в рамках планируемого эксперимента сложные явления природ!.] разлагаются на отдельные части.

По Рейхенбаху, именно с Галилея начинается эпоха современной науки. Итальянский ученый является творцом количественного и экспериментального метода. В эксперименте, с помощью которого он установил свой закон свободного падения, и был создан метод, который соединил воедино эксперимент с измерением и математической формулировкой. Вместе с Галилеем целое поколение ученых перешло к использованию эксперимента для научных целей. Например, телескоп, изобретенный голландским шлифовальщиком линз, был впервые использован Галилеем для наблюдения за небом. Другой итальянец, ученик Галилея, Эванджелиста Торричелли (1608—1647) изобрел барометр и показал, что воздух оказывает давление, которое, как свидетельствовали более поздние эксперименты, уменьшается с увеличением высоты. Немецкий инженер Отто фон Герике (1602—1686) изобрел воздушный насос, а дворцовый врач королевы Елизаветы I Вильям Гильберт (1544—1603) провел исследования магнетизма (рис. 2.2) и опубликовал результаты. Так наблюдения и эксперименты создали совершенно новый мир научных фактов и законов.

Первый шаг к научному исследованию составила классификация системы наук, но Ф. Бэкон был не в состоянии разработать теорию индуктивного метода математической физики. Лишь Галилей, современник Бэкона, создал математический метод, который превзошел бэконовскую классификацию. Однако для развития действительно научного под;

Рис. 2.2. Учение о магните В. Гильберта

Вильям Гильберт в труде «О магните…» (1600) соотносит физические представления и экспериментально-технический опыт. Знания, полученные в эксперименте с искусственно обработанным магнитом (тереллой), переносятся им на природный, физический объект — Землю хода, по мнению Рейхенбаха, необходимо было еще разработать метод математической гипотезы. Впервые удалось это Ньютону в его гравитационной теории, показавшей большое значение комбинирования дедуктивного и индуктивного методов. Значение математического метода для понимания физического мира, метода, важность которого так ясно подчеркивалась в греческой астрономии, было подтверждено самим развитием современной науки. Однако в связи с экспериментом как критерием истины продуктивность данного метода была не только подтверждена, но и значительно расширена, что привело к успехам совершенно иного масштаба. Заслугой современной науки является создание гипотетико-дедуктивного метода (объяснительной индукции), представляющего собой объяснение в форме математической гипотезы, из которой могут быть дедуцированы наблюдаемые факты. Так, открытие Коперника никогда бы не нашло единодушной поддержки ученых всего мира, если бы не было дополнено исследованиями Кеплера и в конечном счете не было включено в математическую теорию, которую представляет собой труд Ньютона.

Пример

Иоганн Кеплер, мистически настроенный математик, сделавший набросок подробного математического плана для доказательства гармонии Вселенной, был достаточно умен, чтобы отказаться от своей первоначальной гипотезы, когда увидел, что согласно наблюдениям имеют место совершенно иные движения планет. Таким образом, он стал первооткрывателем трех знаменитых законов, по которым планетные орбиты являются не круговыми, а элипсоидными. Кеплер многократно перепроверяет данные наблюдений за движением Марса и все время приходит к тем же самым результатам. В одном из своих писем он даже написал о том, что если бы орбиты планет были эллиптической формы, то задачу объяснения планетных движений смогли бы решить уже Архимед и Аполлоний. Кеплер усердно работает, собрав множество частичных данных, но общая картина все еще отсутствует: отказаться от круговых орбит он пока не решается — так глубоко в его сознании сидит исходная античная установка. Однако приведенные в порядок хаотические данные наблюдения, их систематическое представление больше не оставляют места для сомнений в том, что движение Марса происходит по эллиптической орбите, а Солнце находится в фокусе эллипса (первый закон Кеплера). Если поверхности Л одинаковы, то и время прохождения отрезков с будет одинаковым, и наоборот, поскольку вблизи от Солнца планеты движутся быстрее (второй закон Кеплера, рис. 2.3).

Рис. 2.3. Второй закон И. Кеплера.

Заштрихованные площади, описанные радиусом — вектором планеты в равные промежутки времени, равны между собой^[1]

За открытиями Кеплера последовал величайший труд всего этого периода — закон притяжения масс, известный как закон всемирного тяготения И. Ньютона, имеющий форму достаточно простого математического уравнения. Говоря логическим языком, закон представляет собой гипотезу, которая не может быть непосредственно верифицирована. Ее правильность, напротив, может быть доказана лишь опосредованно. Из нее могут быть выведены, как показал Ньютон, все результаты наблюдений, которые связаны с законами Кеплера. Закон свободного падения Галилея также может быть выведен из закона Ньютона. То же самое относится и к другим фактам наблюдения, например таким, как появление приливов и отливов, связь которых с обращением Луны уже давно была известна.

Сам Ньютон, полагает Рейхенбах, отчетливо видел, что подтверждение его закона зависит от верификации выводов из него. Однако, несмотря на блестящие успехи математической дедукции, Ньютон остается неудовлетворенным.

Он хотел бы получить количественное, эмпирическое доказательство и проверял для этого выводы из закона, наблюдая за Луной, месячное обращение которой демонстрирует приложение закона гравитации. Ньютон разочарован, установив, что результаты этих наблюдений не согласуются с его данными. Вместо построения теории, настолько же математически стройной, насколько соответствующей фактам, Ньютон похоронил свой манускрипт в письменном столе. Примерно через 20 лет, после того как французская экспедиция сделала новые измерения периметра Земли, Ньютон увидел, что числа, на которых были основаны его расчеты, неправильные, в то время как откорректированные измерения согласовывались с его теоретическими результатами. Только тогда он впервые опубликовал свой закон гравитации.

Для Рейхенбаха история ньютоновского открытия является прекрасной иллюстрацией современного научного метода. Исходным пунктом этого метода выступает материал наблюдений, но наблюдения сами по себе еще не исчерпывают всего метода. Они дополняются математическим объяснением, которое выходит далеко за пределы наблюдаемого. Тогда объяснение подчиняется математическим выводам, которые делают различные их следствия отчетливыми. В первую очередь эти следствия проверяются наблюдениями, которые должны ответить на вопрос: «да или нет?», и потому такого рода метод является эмпирическим. Ньютон имел мужество отважиться на абстрактное объяснение, однако был достаточно осторожным, не полностью доверяя такому объяснению, до тех пор, пока наблюдения его не подтвердили. В своем дальнейшем развитии, которое происходило более чем два столетия, теория Ньютона находила все новые и новые подтверждения.

Таким образом, математический метод подарил современной физике силу предсказания. По мнению Рейхенбаха, говоря об эмпирической науке, не следует забывать: наблюдение и эксперимент смогли построить современную науку лишь потому, что опирались на математическую дедукцию. Иными словами, математическая дедукция в связи с наблюдением является инструментом, который сделал возможным успех современной науки. Ньютоновская физика отличается от представления индуктивной науки, развитого Ф. Бэконом, тем, что в ней физические законы представлены в форме математических уравнений. Слова Галилея о том, что книга природы написана языком математики, подтвердились в последующие столетия в такой степени, в какой сам Галилей не мог даже представить. Математические законы выступают не только инструментом упорядочения, но также и предсказания наблюдений, предоставляя физикам власть смотреть в будущее.

Астрономия с ее различными представлениями планетарной системы, утверждает Райхенбах, дает пример диалектического закона: птолемеева теория геоцентрической Вселенной, в которой Земля находится в центре универсума, была заменена коперниканской системой гелиоцентрической Вселенной, в которой Земля движется, а Солнце покоится в центре. Обе эти противоположные системы сегодня преодолены и «синтезированы» в релятивистском представлении Эйнштейна. Теперь и геоцентрическая, и гелиоцентрическая система могут рассматриваться в качестве допустимых интерпретаций, если отказаться от утверждения об абсолютном движении^[2].

• [1] URL: commons.wikimedia.org/wiki/File: Kepler%27s_law₂_ru.svg? uselang=ru (дата обращения: 08.01.1213).
• [2] Reichenbach H. Der Aufstieg der wissenschaftlichen Philosophie. Braunschweig: Friedr. Vieweg & Sohn, 1968. S. 24, 32, 34—35, 41—42,83.