ОГЛАВЛЕHИЕ
>>>
Современная физика подошла сейчас к новому рубежу. Перед учеными встали наиболее фундаментальные задачи, связанные с исследованием субъядерного мира, ультрамикроскопических областей. Быть может, раскрыв тайны этих процессов, научное познание обогатится возможностью отличать физический объект от геометрического, частицу от пространственно-временной локализации, движение частицы от четырехмерного геометрического образа, так называемой мировой линии. Для того чтобы продвинуться вперед в этой области, физике необходимы мощные ускорители в сотни миллиардов электрон-вольт, дальнейшее применение математических методов, представляющих собой абстракцию очень высокого порядка.
Наряду с этим встают проблемы и методологического характера: каковы перспективы научного предвидения, скажем, при ответе на вопрос о возможности эффекта физики высоких энергий или, например, в поисках новой концепции пространства и времени (приведших к представлению о каркасе мировых линий, составляющем основу мироздания). Решение их непосредственно связано с гносеологическим анализом ряда специфических форм познавательного процесса.
Достижения физической науки, образно выражаясь, настоятельно требуют привнесения элемента релятивизма в процесс разграничения чувственного и логического познания мира. Теоретическое познание уже не может рассматриваться только как априорное, а чувственное как только эмпирическое. В философии и в науке не может быть эмпирических констатации, принимаемых без рационального обобщения, так же как не может быть и логически "очевидных" фактов, не имеющих своих эмпирических источников, т.е. представляющих собой чисто априорные понятия. Современное физическое познание в большей части состоит из сложнейших комбинаций, осуществляющих трансформацию от чувственных образов к новому понятию и от известных понятий к новым наглядным образам, т.е. во взаимодействии чувственного и логического познания.
Трудности исследования механизмов и компонентов научного творчества обусловлены прежде всего тем, что всякое открытие выступает в науке как готовый результат, имеющий общественно-историческую значимость.
Интуиция является важным условием самого процесса научного творения. Судить о ее гносеологических механизмах по воспоминаниям, отчетам и прочим феноменологическим описаниям ученых, сделавших открытие, хотя и заманчиво, но, как уже отмечалось, бесполезно. И поэтому вслед за анализом гносеологических механизмов интуиции нам предстоит выяснить ее место и роль в конкретном научном исследовании, определить критерии, по которым можно судить об истинности интуитивного знания. А для этого есть единственный путь: рассмотреть роль интуиции в формировании новой научной теории, проследить сам процесс ее создания и не по высказываниям ученых.
В качестве эмпирического материала мы избрали область микрофизики, поскольку своеобразие микрообъектов, выразившееся в невозможности их непосредственного наблюдения, уже само по себе обусловливает действие интуитивного.
Начнем с общего анализа процесса формирования новой физической теории1.
Любое научное исследование представляет собой особый вид трудовой деятельности и предполагает взаимодействие трех компонентов: предмета (объект) исследования; субъекта исследования; методов или средств исследования. Обращение к исследованию всякого нового объекта, о котором субъект исследования не имеет никакого предварительного знания (нередко сам факт существования этого предмета исследования является лишь предположением), начинается с эмпирического наблюдения. Этот уровень обычно называют эмпирическим исследованием. Результатом чисто эмпирического исследования выступают чувственные образы ощущения или восприятия.
Следует отметить, что на современном уровне научного познания эмпирическое исследование в чистом виде – своего рода идеализация. Ученый всегда подходит к изучению нового предмета исследования с учетом имеющегося у него теоретического знания. В этом случае мы имеем дело чаще всего с нефундаментальным теоретическим исследованием. Но на этом уровне научное исследование не может привести к искомому результату прежде всего потому, что предполагает оперирование новыми эмпирическими фактами в старых теоретических понятиях. Это затрудняет исследование, ибо новая эмпирически найденная предметная область требует и новых как эмпирических, так и теоретических понятий.
Эти трудности вводят субъект исследования на уровень фундаментального теоретического исследования. Последнее, по мнению В. П. Бранского, проходит четыре основные стадии: "1) теоретическая программа, 2) теоретическая схема, 3) теоретическая гипотеза, 4) фундаментальная теория"2. Результатом прохождения вышеупомянутых стадий является фундаментальное теоретическое открытие.
Основываясь на всем предшествующем изложении этой книги, мы можем сказать, что в процессе формирования новой фундаментальной теории существенную роль играет интуиция. Чтобы раскрыть это конкретно, необходимо подвергнуть анализу сам процесс исследования, иными словами, провести метаисследование. "Иначе говоря, нельзя объяснить универсальные замкнутости исследования исходя из каких-то черт самого исследования, ибо, поступая таким образом, мы неизбежно попадем в порочный круг. Очевидно, что понятием, позволяющим вырваться из этого порочного круга, является понятие объективной реальности и ее атрибутов"3.
Объективной реальностью в диалектическом материализме объявляется все то, что существует вне и независимо от индивидуального и общественного человеческого сознания. Частным случаем объективной реальности выступает физическая реальность.
То, что является атрибутом объективной реальности, должно быть присуще и всем без исключения конкретным формам ее проявления. А это значит, что если новое понятие об объективной реальности, имеющее абсолютно всеобщее значение, получается не путем индуктивного обобщения, а путем концептуальных комбинаций интуиции, то и фундаментальные понятия новой физической теории должны быть получены посредством аналогичных функций. "Первоначальные теоретические представления носят не узкий, а, наоборот, предельно широкий характер, представляя собой попытки выработать общий взгляд на мир в целом. Возникновение философских представлений предшествует созданию специальных научных теорий"4.
Понятия науки выводятся путем разного рода комбинаций из более общих понятий, объясняющих объективную реальность. Эти комбинации обусловлены процессами преобразования знаний, где, как мы уже говорили, переход от имевшихся ранее понятий к новым наглядным образам осуществляется эйдетической интуицией, а переход от имеющихся наглядных образов к формированию новых понятий – концептуальной интуицией. Таким образом, количество возможных комбинаций, приводящих к новым образам и новым понятиям, приближается к бесконечности. Задача исследователя – ограничить это множество. Первая и вторая стадии фундаментального теоретического исследования подготавливают к выделению наиболее целесообразных и важных комбинаций для составления гипотезы. Последняя подвергается экспериментальной проверке, и в случае положительных результатов становится новой фундаментальной теорией.
Проникновение современной физики в микромир выдвинуло целый ряд новых аспектов проблемы интуиции, расширяющих поле деятельности исследователя.
Необходимость интуиции в практике научного творчества часто отмечалась самими учеными, и нередко при этом преувеличивались действительные ее возможности. "Нельзя недооценивать необходимой роли воображения и интуиции в научном исследовании... (поразительное противоречие!) человеческая наука, по существу национальная в своих основах и по своим методам, может осуществлять свои замечательные завоевания лишь путем опасных внезапных скачков ума, когда проявляются способности, освобожденные от тяжелых оков старого рассуждения, которые называют воображением, интуицией, остроумием"5.
Развитие физической пауки настоятельно требует глубокого диалектического осмысления вопроса о взаимодействии чувственного и логического познания в области микроявлений. Действительно, человеческий разум фиксирует отдельные сигналы от микрообъектов внешнего мира не непосредственно с помощью органов чувств, а через макроприборы. И тем не менее физики зачастую приходят к теоретическим положениям, прекрасно совпадающим с реальной действительностью. Стремление разрешить это противоречие находит свое выражение в работах многих физиков. Зато спекуляция неправильными субъективистскими трактовками названной проблемы не замедлила занять "должного места" в буржуазной философской литературе, где попросту отрицается роль чувственного познания, абсолютизируется логическое познание как единственное орудие физического познания микромира.
Американский физик Маргенау, сторонник позитивизма, разделяет человеческое познание на две области. Первая область – Р-факторов состоит из непосредственных чувственных данных, полученных из так называемого чистого опыта. Вторая – абсолютно рациональная область получения новых законов, идей и чистых понятий. Эти рациональные элементы познания являются результатом работы логического мышления и представляют собой произвольные конструкции. Вопрос об их связи с областью Р-факторов не представляется проблемой и вообще не вызывает никакого интереса. Эти "чистые" мысленные конструкции не отражают объективные связи и закономерности. Таким образом, с точки зрения Маргенау, роль науки сводится к простой регистрации, "протокольной записи" результатов наблюдений и созданию умственных произвольных "конструкций", необходимых для "упорядочивания" существующего опыта.
Подобным же образом рассматривают роль логического мышления в физике микромира Б. Рассел, Ф. Франк, А. Эддингтон. Характеризуя процесс получения принципов науки, Франк пишет: "Они являются структурой символов, сопровождаемых операционными делениями. Эта структура является продуктом творческой способности человеческого сознания и состоит из символов, которые являются продуктом нашего воображения"6. С позиции Франка все теоретические постулаты квантовой теории являются продуктом чистого воображения и интуиции, не имеющих никакой связи с настоящим и прошлым опытом.
Такая точка зрения свидетельствует о неопозитивистском истолковании феномена интуиции, объявляемой орудием ученого, позволяющим получать знание из самого себя, игнорируя существование объективного мира и его законов.
Поскольку мы рассматриваем интуицию как своеобразный способ комбинирования образами и понятиями, обеспечивающий взаимодействие чувственного и логического познания, то обращение к конкретным исследованиям в физике, проливающим свет на поставленную проблему, представляется необходимым.
Как известно, в основу современной физики микромира была положена гипотеза Планка о прерывном излучении энергии нагретым телом. Основанием для ее выдвижения послужили результаты эмпирического исследования: получение спектра излучения нагретого тела. Вопрос о закономерностях, лежащих в основе получения спектра черного излучения, не мог быть решен в рамках классической физики. Все попытки объяснить его, используя классические законы, терпели неудачу, а выводимые из этих законов следствия отказывались согласовываться с опытными данными.
В 1900 г. Планку удалось полуэмпирическим путем получить математическую формулу распределения энергии в спектре абсолютно черного тела. Формула соответствовала опытным данным. Требовалось придать ей "истинный физический смысл"7, а это оказалось весьма сложной задачей, ибо формула противоречила классическому толкованию непрерывности процесса теплового излучения. Необходимо было предположить, что поглощение энергии происходит прерывно, небольшими порциями – квантами. Так была сформулирована знаменитая гипотеза Планка. Отметим, что это была прежде всего попытка найти объяснения результатам эмпирического исследования.
Пройдет совсем немного времени и гипотеза квантового излучения и поглощения энергии подтвердится работами Эйнштейна, использовавшего ее для объяснения фотоэффекта. Эмпирическое подтверждение получат в дальнейшем и теория Бора, и выведенные теоретическим путем количественные соотношения де Бройля. Идеи де Бройля в 1926 г. были блестяще развиты знаменитым австрийским физиком Э. Шредингером. Использовав математический аппарат теории колебаний, Шредингер вывел основное уравнение квантовой механики. Волновая механика Шредингера в гармоническом сочетании с матричной механикой и представляют собой нерелятивистскую квантовую теорию микрочастиц.
Такова краткая история зарождения квантовой физики. Обусловленность новых физических открытий опытным материалом подтверждается и всем последующим ходом развития квантовой теории вплоть до современного этапа ее развития.
Итак, переход от чувственного познания к логическому в процессе познания микромира представляет собой сложнейший механизм преобразования эмпирических результатов, подчас явно не прослеживающихся в структуре научного исследования. Однако все "физические теории всегда создаются путем обобщения реальных результатов, получаемых в эксперименте. Для того чтобы найти фундаментальные законы, лежащие за пределами наблюдаемых явлений, необходима некоторая степень абстракции"8. В определенной мере концептуальная и эйдетическая интуиции являются конкретной формой абстрактного рассуждения о ненаблюдаемых объектах.
Несостоятельность попыток абсолютизировать теоретический уровень исследования физических явлений, однако, не означает, что фундаментальное открытие может быть получено только путем теоретического объяснения эмпирических фактов. Не менее важным и вполне закономерным является эмпирическое подтверждение теоретических фактов, не являющихся непосредственным результатом эмпирического исследования, а полученных путем эйдетических и концептуальных комбинаций интуиции. "Великие открытия, скачки научной мысли вперед создаются интуицией, рискованным, поистине творческим методом. Новые эры в науке всегда начинались с изменений, вносимых в представления и постулаты, ранее служившие для интуитивного рассуждения"9.
Итак, фундаментальное открытие в физике не может совершаться без процесса взимодействия чувственного и логического познания, осуществляемого действием интуиции. Но это не дает никакого основания для того, чтобы считать интуицию основным и тем более единственным способом получения нового научного знания. Интуиция – это специфическая форма познания, определенным образом влияющая на использование ученым конкретных научных методов исследования. Нам представляется, что фундаментальное теоретическое открытие есть результат взаимодействия интуиции с методами и принципами конкретной науки (в физике, например, с аналогией и гипотезой) и экспериментальной проверки полученных данных.
Многообразный реальный мир, в котором действуют различные физические процессы, представляется субъекту как бесконечно развивающаяся субстанция, состоящая из взаимодетерминированных процессов. По-видимому, в каждом объекте, процессе и т.п.. всегда есть нечто сходное с другими предметами и явлениями мира. "Инстинкт разума дает почувствовать, что то или другое эмпирически найденное определение имеет свое основание по внутренней природе или роде данного предмета, и он в дальнейшем опирается на это определение"10, – писал В. И. Ленин, характеризуя замечание Гегеля по поводу аналогии как "меткое". Этот чувствующий инстинкт разума и есть то, что мы называем интуицией. А объективно существующая в реальном мире аналогичность является материальной основой, обеспечивающей активизацию познавательных функций сознания. "В физике все знания основываются только на аналогии: если бы сходство следствий не дало нам право заключать о тождестве их причин, что стало бы с этой наукой?"11
Правильность этого утверждения доказывается тем, что в современной физической науке значительно возросла роль аналогий как специфического метода. Использование метода аналогий характерно и для работ Лоренца, Эйнштейна, Пуанкаре, Минковского. Исходным пунктом в работах этих ученых было стремление разрешить противоречие между теорией и опытными данными, связанное с отрицательным результатом в опыте Майкельсона – Морли.
Попыткой преодолеть указанную трудность была гипотеза Лоренца о сокращении длины тела в направлении его движения. Основой для выдвижения данной гипотезы послужила предложенная Лоренцем аналогия между электромагнитными и молекулярными силами. Дальнейшее уточнение этой аналогии подчинено вполне определенной цели, на которую указывал и сам Лоренц: согласовать гипотезу сокращения длин с общепринятыми в классической физике теориями.
Иной путь избирает Эйнштейн. Он применяет аналогию, требующую отказа от целого ряда установившихся традиционных положений физической науки. Аналогия Эйнштейна заключалась в переносе принципа относительности на электродинамические, оптические, а затем и на все физические явления. Так было положено начало новому периоду физической науки.
Детально исследовав преобразования Лоренца, Пуанкаре стремится найти их инварианты. В качестве аналогов выступают целые системы, связанные преобразованиями Лоренца. Это уже аналогия между различными теориями, описывающими явления.
В трудах Минковского специальная теория относительности приобретает строгую математическую форму. А в основе его исследований лежит глубокая аналогия между пространством и временем. Формулируя ее математически, Минковский сопоставляет трем пространственным координатам одну временную, получая, таким образом, четырехмерность пространства.
Итак, ученые-физики, успешно используя совершенно отличные друг от друга аналогии, могут получать различные результаты, каждый из которых знаменует собой определенный вклад в физическую науку.
Несколько иначе проявляется индивидуальность и неповторимость творческого механизма ученого в истории создания квантовой механики. "Развитие так называемой волновой механики является типичным примером достижения прогрессирующей теории, полученной путем глубоких и удачных аналогий"12. В ее основу были положены работы Шредингера и Гейзенберга, каждый из которых применяет различные аналогии.
Полученные результаты, несмотря на различную форму описания, диалектически взаимосвязаны между собой. Созданная Шредингером механика получила в истории физики название волновой. Работы Гейзенберга, как может показаться на первый взгляд, привели к иным результатам – к созданию квантовой механики.
Однако вскоре Эккарту и Шредингеру удалось доказать, что волновая механика Шредингера есть не что иное, как математический эквивалент квантовой механики Гейзенберга. Полученные результаты выглядели поистине фантастическими: оказалось, что из решений, даваемых уравнением Шредингера, можно вычислить элементы матриц соответствующей задачи квантовой механики. В основе этого вывода, так же как и в других случаях, лежит аналогия: но это уже не аналогия между классическими квантовыми соотношениями в самой природе микрообъемов, а аналогия между теориями, описывающими эти соотношения.
Многообразие аналогий связано с диалектической взаимосвязью и обусловленностью явлений материального мира. Поэтому содержание этого метода всегда объективно. Но применение его связано с конкретным субъектом, проводящим научное исследование, и носит субъективный, а частично и неосознанный характер. В использовании метода аналогии, по-видимому, всегда имеются результаты интуитивного познания. Интуиция может предшествовать методу аналогии, например, в создании уравнения Шредингера. Интуитивное знание может быть результатом действия метода аналогии, таковой является идея Тамма – Юкавы и ряд других исследований в области элементарных частиц.
Спустя несколько лет после создания Эйнштейном специальной теории относительности появляется ее аналог – общая теория относительности. Интересно, что аналогия, положенная в ее основу, по своей структуре напоминает не аналогии, используемые в исследованиях Лоренца, Пуанкаре или Минковского, а аналогию самого Эйнштейна в специальной теории относительности. Это еще раз свидетельствует об индивидуальности, оригинальности, неповторимости творческого механизма ученого и во многом определяется его интуицией (так полагал и сам Эйнштейн).
Однако не всегда аналогии способствовали успешному развитию физической науки. Нередко на основе ложных аналогий строились целые физические теории, долгое время препятствующие развитию научного физического знания. В числе многочисленных примеров – теория теплорода, основанная на ложной аналогии между законами распространения тепла и движением жидкости, и т.п.
Но этим не отрицается огромная эвристическая сила аналогии, а только указывается на то, что аналогичность еще не есть доказательство. Аналогия – важнейшее средство познания, заключающееся в нахождении сходства свойств, признаков предметов, их количественных соотношений, закономерностей развития различных процессов и т.п. (например, для древних греков аналогия – это сходство пропорций). Построение физического знания посредством аналогии, как видно из рассмотренных выше примеров, осуществляется через комбинирование, соотнесение имеющихся ранее знаний с объяснением, истолкованием вновь открываемых физических явлений.
При этом "среди выбранных комбинаций наиболее плодотворными часто оказываются те, которые составлены из элементов, взятых из очень далеких областей"13. Это, конечно, не значит, что полярность аналогично сопоставляемым областям должна быть как можно более безграничной. "Я не хочу сказать, – писал Пуанкаре, – что для того, чтобы сделать открытие, достаточно сопоставить как можно более разношерстные факты; большинство комбинаций, образованных таким образом, было бы совершенно бесполезным, но зато некоторые из них, хотя и очень редко, бывают наиболее плодотворными из всех"14.
Работа исследователя заключается в том, чтобы наиболее удачно осуществить "выбор" из числа возможных аналогичных комбинаций. Очевидно, аналогия возможна только благодаря действию всех форм познавательного процесса нашего сознания и базируется на всем предшествующем общественно-историческом опыте. Однако важная роль в исследовании по аналогии принадлежит действию интуиции. Комбинирование между чувственными образами и понятиями одного процесса с аналогичными комбинациями в другом процессе происходит благодаря эйдетической и концептуальной интуиции.
Аналогия позволяет исследователю получать новый материал для дальнейшего анализа, это специфический метод интуитивного комбинирования, но результат действия аналогии никогда не рассматривается как доказанное научное знание. Непосредственно ненаблюдаемые объекты, изучаемые микрофизикой, требуют выдвижения различного рода теоретических предположений, описывающих новое явление, и впоследствии подвергаемых доказательству и практической проверке.
Предсказания, предвидения, гипотезы издавна являются необходимыми методами научного исследования. Ученые неоднократно отмечали, что это вполне "законные методы", и их "удача в высокой степени зависит от интуиции"15.
Но в чем конкретно выражается эта зависимость? Какие функциональные операции в процессе выдвижения гипотезы выполняются интуицией? На эти вопросы современная наука до сих пор еще не дает однозначного ответа. Да это и не удивительно. Посмотрите, как сложен процесс творческого поиска, сколько непонятного, необъяснимого, внезапного в нем!
Ученый-гносеолог может только попытаться нарисовать примерную схему творческого акта, выделив какие-то специфические ролевые функции интуиции. Прежде чем и нам попытаться это сделать, приведем несколько примеров научных открытий, базирующихся на выдвижении гипотез.
Важнейшей "формой развития естествознания, поскольку оно мыслит, является гипотеза, – писал Энгельс, – наблюдение открывает какой-нибудь новый факт, делающий невозможным прежний способ объяснения фактов, относящихся к той же самой группе. С этого момента возникает потребность в новых способах объяснения, опирающаяся вначале только на ограниченное количество фактов и наблюдений. Дальнейший опытный материал приводит к очищению этих гипотез, устраняет одни из них, исправляет другие, пока, наконец, не будет установлен в чистом виде закон"16. Выдвижение гипотезы как средства познания сущности определенных явлений занимает в микрофизике гораздо большее место, чем когда-либо в науке.
По мнению известного советского физика С. И. Вавилова, существуют гипотезы трех типов: модельные, базирующиеся на экстраполяции принципов и математической экстраполяции17.
Основой в процессе выдвижения гипотез модельного типа является предположение, что все явления в природе протекают аналогично явлениям обычного макроскопического масштаба. "Это представление, – пишет Вавилов, – служит точной моделью для теории процессов, внутренняя сущность которых скрыта от обычного наблюдения и опыта. Предполагается, например, что всякое тело построено из отдельных частиц (атомов), движущихся и взаимодействующих по законам механики, и на этой почве создается кинетическая теория вещества, весьма успешно объясняющая тепловые свойства тел"18. Так, использование аналогий (например, Шредингера, Гейзенберга), где классическая физика служит моделью для исследования микропроцессов на более высоком уровне познания – на уровне логического построения теорий, и создает основу для особой формы дедуктивного метода в физике – выдвижение гипотез модельного типа.
Гипотезы второго типа опираются на экстраполяцию некоторых опытных данных, впоследствии обобщаемых и формирующихся в принципы. В этом случае создается возможность перенесения полученных закономерностей для небольшого количества явлений на более широкую группу. Например, закон сохранения энергии, доказанный для ограниченного круга явлений, затем трансформируется в принцип, действительный для всякой замкнутой системы. Таким же образом обобщенные принципы выполняют в дальнейшем роль аксиом в геометрии.
Примером гипотезы данного типа служит открытие частицы "нейтрино", сделанное швейцарским физиком В. Паули. При анализе процесса бета-распада или бета-превращения нейтрона в протон и другие частицы Паули обнаружил, что появляющиеся при бета-распаде частицы (протон и электрон) обладают в сумме меньшей энергией, чем нейтрон до распада. Уверенно экстраполируя закон сохранения энергии на явления микромира, Паули делает вывод: недостающую энергию уносит какая-то новая частица, не замечаемая в данном опыте.
Аналогично экстраполировался закон сохранения импульса для гипотетического объяснения эмпирически установленного двойного распада. Первичной частицей в данном распаде является положительный и отрицательный пи-мезон. Положительный пи-мезон распадается на мю-мезон и нейтрино, а образовавшийся мю-мезон распадается на позитрон, нейтрино и антинейтрино. В случае распада отрицательного пи-мезона продуктами его на первой стадии будут мю-мезон и антинейтрино, а на второй – электрон, нейтрино и антинейтрино. На фотографиях двойного распада нейтрино и антинейтрино в силу их нейтральности не регистрировались. Однако в точках распада пи-мезона и мю-мезона наблюдались изломы. Если экстраполировать на эти явления закон сохранения импульса, то необходимо было сделать допущение о существовании каких-то нейтральных частиц, не оставляющих следов на фотографии.
Таким образом, в основе двух рассмотренных типов гипотез лежит аналогия. Сама же гипотеза часто бывает непроверяема. Она представляет собой внезапный перескок в процессе логического рассуждения, именуемый как некое пропущенное звено в последовательной цепи дедуктивного рассуждения. Отсюда необходимость вывода следствий для обоснования и подтверждения этой гипотезы.
Как известно, в природе мы не можем наблюдать абсолютно равномерного прямолинейного движения. Это понятие есть не что иное, как абстракция. Следовательно, Ньютон не мог выведенные им для этого движения законы проверить непосредственно. Поэтому вслед за формулировкой основных законов механики Ньютон выводит из них целый ряд следствий: правило параллелограмма сил, закон сохранения центра тяжести. В процессе доказательства истинности этих следствий и был сделан вывод о справедливости основных законов, описывающих равномерное прямолинейное движение.
Закономерности микрофизики отражают еще более глубоко скрытую сущность действительности. В связи с этим ее теории обладают большей абстрактностью.
Ввиду перехода современной физической науки к исследованию более сложных закономерностей ведущее положение среди теоретических методов физики стали занимать метод математического моделирования и математическая гипотеза. Математика всегда была ценнейшим орудием в процессе физического осмысления мира. Возрастание роли ее в современной физике обусловлено тем, что без нее нельзя проникнуть в тайны свойств и закономерностей атомного и субатомного мира. Ничтожно малые количественные характеристики микрообъектов и невозможность наблюдения их даже с помощью приборов как целого вызывает необходимость познания последних посредством различных математических конструктов.
В основе такого использования математики лежат две ее специфические особенности: во-первых, исключительная степень абстракции математических понятий, категорий универсальной обобщенности принципов; и, во-вторых, совершенно уникальная логика внутреннего построения в сравнении с другими науками. Исходя из некоторых общих посылок, математические операции могут привести к новым, не известным до сих пор соотношениям. Посредством математического описания микрообъектов можно раскрыть новые количественные и качественные стороны познаваемой области действительности. И, более того, предсказать многие эмпирические факты.
Итак, метод математического моделирования, или, как его чаще называют, метод математической экстраполяции, состоит в том, что при исследовании новых явлений, закономерностей, которые доселе неизвестны и не могут быть выражены с помощью имеющихся понятий и представлений, физик-теоретик берет некоторое математическое уравнение, выражающее закономерности определенной группы явлений уже известных и близко стоящих к исследуемой группе. Согласуясь с рядом принципов, используемых в физической науке (принцип соответствия, принцип простоты, принцип красоты или стройности, требование инвариантности, соответствия определенным законам сохранения и т.п.), он трансформирует взятое уравнение, из которого математическим путем выводятся следствия, и сопоставляемые с данными эксперимента.
Использование гипотезы типа математической экстраполяции занимает значительное место в творчестве П. Дирака, заложившего с помощью нее основы релятивистской квантовой теории. В 1928 г. Дирак обобщил уравнение Шредингера, переведя его в инвариантное по отношению к преобразованиям Лоренца. Полученное уравнение удовлетворяло требованиям теории относительности и в нерелятивистском пределе трансформировалось в уравнение Шредингера. Это первое релятивистское уравнение превосходно сочеталось с данными опыта. Именно из релятивистского уравнения и родилось предсказание о существовании античастиц как совершенно нового физического явления. Теоретический анализ следствий этого уравнения и последующие эксперименты позволили вывести закон о наличии у каждой частицы соответствующей античастицы. Благодаря тому, что метод математической экстраполяции представляет собой абстракцию очень высокого порядка, Дирак и смог прийти к своим выводам. Насколько велика роль этого метода в физике микромира, можно судить по его применению многими учеными в процессе создания замкнутой теории элементарных частиц.
Рассмотренные примеры из области физики наводят на мысль о том, что процесс выдвижения гипотезы непосредственно связан с действием метода аналогии.
Исследования Бора показали, что в атомных системах должна быть целочисленность значений энергии, ибо она является свойством атомного мира. Шредингер ищет область явлений, где есть нечто аналогичное. В закономерностях колеблющейся струны также наблюдается целочисленность числа узлов. Так была выявлена аналогия свойств колебательного движения струны и движения в области микромира. Шредингер вводит ψ-функцию, связанную в некотором соотношении с постоянной Планка h. Далее он использует уравнение колебаний в форме Гамильтона – Остроградского – Якоби и получает уравнение для ψ. При решении уравнения выводится выражение для энергии дозволенных орбит, полученное Бором на основании выдвинутых им постулатов. Кроме того, Шредингер использует и другую аналогию между свойствами квантовых систем с другой областью физических явлений – оптическими явлениями.
На основе этой аналогии Шредингер предлагает гипотезу: связь между волновой оптикой и квантовой механикой должна быть такой же, как и связь между геометрической оптикой и классической механикой. Последняя к тому времени была известна науке благодаря работам Гамильтона. На основе приведенных аналогий, в соответствии со своей гипотезой, Шредингер выводит волновое уравнение, сходное с уравнением волновой оптики.
Итак, в основе гипотезы лежит аналогия. Всегда ли? Трудно утверждать это абсолютно: эмпирические исследования в физике говорят в пользу положительного ответа, но для того, чтобы это доказать, потребуется еще не одно исследование. Тем не менее во многих случаях гипотеза представляет собой специфический метод теоретического исследования, заключающийся в преобразовании результатов интуитивного познания, полученных посредством применения метода аналогии. Говоря точнее, в гносеологическом смысле интуитивное знание первоначально проникает в науку в форме гипотезы. В свою очередь "всякая плодотворная гипотеза кладет начало удивительному извержению потока непредвиденных открытий"19.
Таким образом, если аналогия, по существу, строится посредством интуитивных комбинаций, то гипотеза – процесс преобразования результатов интуитивного познания.
Иными словами, рассматриваемые ранее типы преобразования интуитивного знания (через эйдетическую и концептуальную интуицию) в конкретном физическом исследовании являются возможными способами построения гипотезы. Благодаря интуиции ученые могут выдвигать различные гипотезы, приводящие в конечном счете к одному и тому же научному открытию. Этим еще раз подтверждается неповторимость акта научного творчества и повторимость его результатов.
Нам представляется, что неповторимость процесса научного творчества обусловлена определенным познавательным фоном, в котором осуществляется действие интуитивных форм познавательной деятельности ученого. Этот фон индивидуален и неповторим, он формируется как результат действия всех форм познавательного процесса ученого, зависит от социального климата, окружающего его, и т.п.
Этим фоном, видимо, служит способность ученого "уметь видеть" окружающий мир. Это и есть "научная фантазия"20.
Сложнейший процесс творческого мышления ученого, как отмечал В. И. Ленин, заключается в возможности "превращения (и притом, незаметного, не осознаваемого человеком превращения) абстрактного понятия, идеи в фантазию... Ибо в самом простом обобщении, в элементарной общей идее ("стол" вообще) есть известный кусочек фантазии (vice versa: нелепо отрицать роль фантазии и в самой строгой науке)..."21.
И надо признать, что наука действительно во многом "выигрывает, когда ее крылья раскованы фантазией"22. "Фантастические представления взяты из действительности, а самые верные представления о действительности по необходимости оживляются дыханием фантазии"23.
Научная фантазия – специфическое состояние ученого, в котором он пребывает в момент творческой активности. Из криптогнозы он интуитивно комбинирует чувственными образами на основе исходных понятий и, наоборот, строит замечательные и неожиданные аналогии, выдвигает фантастические гипотезы, приводящие к великим открытиям.
Вот что пишет по этому поводу известный немецкий ученый Вант-Гофф.
"Каждая истина, по крайней мере, представляет одно непосредственное объяснение фактов, если она дает нам больше, то ей помогла фантазия. Фантазия проверяется; если она не находится в противоречии с нашими фактами, то она становится гипотезой; когда она непосредственно исследуется и признается правильной, то она становится истиной. Факт – основа, фундамент; фантазия – строительный материал; гипотеза – строительный план, который нужно исследовать; истина – здание... Фантазия и научное суждение образуют истину, фантазия и вкус – красоту"24.
Итак, научная фантазия является важным компонентом структуры научного творчества. В определенном смысле фантазировать – это значит стимулировать работу всех форм познавательного процесса и в особенности интуитивных, протекающих "незаметно", "внезапно".
Новые, неожиданные, оригинальные и "сумасшедшие" идеи – это пласт, из которого строится современная наука. Мы рассмотрели и проанализировали многочисленные примеры, свидетельствующие о том, как они возникают, задумывались над тем, как способствовать их появлению. Однако оригинальных идей может рождаться много, но только некоторые могут претендовать на истинность. И даже самые "верные" из них "не приобретают права гражданства в науке до тех пор, пока не будут разработаны и приведены в состояние, допускающее проверку"25. Новое знание всегда оригинально и неповторимо по способу получения, но прежде чем быть приведено к статусу истинного научного знания, оно должно пройти неоднократную практическую проверку. Для всякого научного знания, совершенно справедливо полагает М. Бунге, "способность уцелеть после строгой проверки даже больше чем желательна, она категорически необходима"26.
Вопрос о критерии истинности научных положений – один из самых древних в философской науке. Но до введения марксизмом общественно-исторической практики, как единственно верного критерия истинности полученного в науке знания, все попытки его решения оставались безуспешными. Замена же этого критерия каким-либо другим может привести только к лишению положений науки объективной значимости и истинно научной ценности. Тем не менее такие попытки имеют место как в философской, так и в физической науке. В частности, в философии они часто возникают в связи со стремлением объяснить достоверность результатов интуитивного познания, в микрофизике – вследствие кажущегося отрыва теоретических положений от действительности, вследствие ненаглядности исследуемых объектов и невозможности непосредственной экспериментальной проверки.
Современный этап развития научного познания характеризуется все возрастающим уровнем метаматизации. Тот факт, что связь научной теории с действительностью проявляется во все более опосредованных формах, весьма затрудняет процесс практической проверки этих теорий, а следовательно, и нахождения истины. Согласно марксистской методологии, существует целый ряд эвристических принципов, способствующих познанию истины и составляющих необходимое условие ее научности. К таким принципам можно отнести следующие: принцип соответствия, принцип причинности, принцип единства знания, принцип простоты. Если выдвигаемая гипотеза согласуется с перечисленными принципами, значит можно в процессе роста ожидать от нее подтверждения в той степени, которая достаточна для приведения ее к статусу научной теории. Это, конечно, вовсе не означает, как думают позитивисты, что простота может заменить критерий истины.
Так, Франк считает, что эксперимент не в состоянии установить истинность теории. Ссылаясь на то, что экспериментальным данным могут соответствовать несколько теорий, он указывает, что при выборе самой лучшей из них ученый руководствуется в конечном счете не практическим критерием, а иным. "Как мы неоднократно упоминали, – пишет Франк, – действительный прогресс науки всегда создавался с помощью критерия экономии и простоты"27. "Для теории характерным является именно ее свойство быть более простой и краткой, чем регистрация наблюдений. Следовательно, признание теории всегда является результатом компромисса между требованием "согласия с фактами" и требованием "простоты"28.
Действительно, Франк прав: в случае согласованности с практическим подтверждением нескольких теорий учеными используется та из них, которая соответствует принципу простоты. Суть последнего заключается в выборе среди множества гипотез и теорий, описывающих данный круг явлений, тех, которые обладают большей логической завершенностью, т.е. с наименьшим количеством допущений и в наиболее простом математическом аппарате. Но никакая стройность и никакая простота теории не могут заставить ученого признать ее истиной, если она противоречит объективным фактам.
Вернемся к микрофизике. Вполне понятно, что исследователи этой области современного научного знания не рассматривают критерий практики упрощенно. Они не считают, что каждое понятие или предположение, используемое для объяснения определенного круга микрофизических явлений, должно быть непосредственно сопоставлено с действительностью. Высокий уровень абстракции предполагает существование в процессе научного исследования целого ряда гипотез и аналогий, не поддающихся на данном этапе практической проверке.
Специфическая особенность действия практического критерия истинности положений микрофизики заключается в глубокой обобщенности ее теорий. В связи с этим путь от общих теорий к их экспериментальной проверке представляется гораздо более длительным и сложным. Общие теории микрофизики содержат множество таких представлений и положений, которые просто недоступны экспериментальной проверке непосредственным путем. В подтверждении их истинности возрастает значение так называемой опосредованной практической проверки.
Как видим, единственным критерием достоверности результатов познания на всех его уровнях может быть только общественно-историческая практика. Интуитивное познание в данном случае не представляет собой никакого исключения. И чтобы его результаты могли войти в общую систему научного знания, они должны быть подвергнуты практической проверке. Преувеличенное доверие к "очевидности" интуитивного знания может привести к проникновению ложных положений в науку.