Текст книги "Поворотные времена. Часть 2"

«КВАНТОВАЯ» ИСТОРИЯ ФИЗИКИ

Теоретическая физика XX в. преподала нам урок эпистемологии. Эта мысль Н. Бора вряд ли могла бы вызвать сомнение у самого что ни на есть позитивистски настроенного ученого. Урок был извлечен, на разные лады осмыслен и усвоен. Он оказался поучительным также и для историко-научной мысли, хотя на эту сторону дела до сих пор обращалось мало внимания. Между тем очевидно, что всякое серьезное изменение в нашем понимании природы теоретического знания влечет за собой не менее серьезное переосмысление его истории: иначе понимая то, что развивается, мы иначе раскрываем для себя исторические события, замечаем новые стороны, связи, формы, ритмы. Так логическое измерение научного знания оказывается внутренне связанным с его историческим измерением.

Философски значимых проблем, связанных с некоторыми фундаментальными понятиями неклассической физики, не так уж много, и они были с достаточной ясностью поставлены физиками-философами в 20 – 30-е годы XX в.

Копенгагенской трактовки квантовой механики было достаточно, чтобы осознать и поставить под вопрос своего рода «метафизические начала натуральной философии». В каком смысле теоретическая физика вообще может считаться однозначной формой знания природы (кстати, а что, собственно, такое знание)? Что такое объективность теоретического знания (истинность) и как она связана с понятием объекта? Что такое реальность? Сводима ли она к понятию «объективная реальность»: ведь теоретический объект, претендуя на представление реальности «самой по себе», вместе с тем является результатом ее предельной идеализации? Что же такое «реальность», если она экспериментально и теоретически представляется двумя исключающими друг друга объективными идеализациями? Каким образом наше экспериментальное вторжение в природу может привести к теоретическому знанию, к знанию того, что есть независимо от нас? Теория относительности и квантовая механика неожиданно для теоретиков втягивала их в эти почти метафизические вопросы не на досуге, а по ходу их собственного теоретического дела.

Работа П. Дирака по релятивистской теории электрона (1928 г.), открытие К. Андерсоном позитрона в космических лучах (1932 г.) и последующие опыты по аннигиляции и рождению пар частица-античастица дали В. Гейзенбергу повод задуматься над самим понятием «состоит из» и поставить проблему элементарности с предельной логической остротой.

В ту пору вообще логика понятий занимала ведущих физиков-теоретиков ничуть не меньше, чем физика явлений и математический формализм. Сложные теоретические разработки не заслоняли глубины «простых» вопросов.

Еще в ранней юности чтение платоновского «Тимея» натолкнуло В. Гейзенберга на логический парадокс, связанный с понятием атома, неделимого, элементарного. Здесь ведь существуют не только физические, но и особые логические трудности. Как вообще мыслимо нечто такое, как атом, неделимое? Как он возможен? Если атом – конечное тело, которое можно наглядно изобразить и даже, быть может, увидеть в некий микроскоп, то почему и в каком смысле это обладающее формой и размерами тело следует мыслить неделимым? А если атом – не тело?.. Ho это уж слишком! Так не противоречиво ли само понятие атома (последнего, неделимого элемента)142142
  Heisenberg W. Der Teil und das Ganze. Gespräche im Umkreis der Atomphysik. München, 1976. S. 10 – 12 (см. рус. пер. В. В. Бибихина в изд.: Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989. С. 138 – 139; 146 – 147). Heisenberg W. Schritte über Grenzen. Gesammelte Reden und Aufsätze. München, 1973. S. 102 (см. рус. пер. A. В. Ахутина и В. В. Бибихина: Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М., 1987. С. 171 – 173).


[Закрыть]?

По всем этим давним вопросам философия ни тогда, ни теперь не сказала еще своего последнего слова, но они остаются ее отправными точками в размышлении о физических понятиях, и последнее слово науки мало что может ей подсказать. Во всяком случае для философского анализа формирование исходных понятий, история их трансформаций ничуть не менее значимы, чем новейшие исследования143143
  Характерно, что, например, солидная работа Клиффорда Хукера о природе квантовомеханической реальности, опубликованная в 1972 г., посвящена скрупулезному разбору знаменитого спора А. Эйнштейна и Н. Бора, развернувшегося в 30-е годы (Hooker С. The Nature of Quantum Mechanical Reality: Einstein versus Bohr // Paradigmes and Paradoxes. The Philosophical challenge of the quantum domain. Pittsburgh, 1972).


[Закрыть].

В таком контексте история науки приобретает неожиданную актуальность и для современного теоретизирования. Она перестает быть прошедшей. В привычной картине многотрудного, но неуклонно восходящего пути к знанию открывается новое измерение, в котором прошлое, скажем эпоха становления ньютоновской механики, а может быть, и более древние эпохи, оказывается некоторым образом современным настоящему. Когда специальные физические проблемы заставляют заняться фундаментальными понятиями, культурному уму144144
  Отметим, что М. Планк, М. фон Лауэ, М. Борн и В. Гейзенберг специально подчеркивали роль классической гимназии в формировании их мышления. В августе 1949 г., выступая в Мюнхене на праздновании 100-летнего юбилея своей Максимилиановской гимназии (которую в 1874 г. окончил и М. Планк), Гейзенберг говорил о важном значении гуманитарного образования для развития теоретического мышления в области естествознания. Оспаривая однобоко практицистское направление современного образования, он заметил, что только «навык принципиального мышления», приобретенный им в гимназии, прежде всего благодаря знакомству с древнегреческой философией, позволил ему уяснить суть тех необычных проблем, с которыми столкнулась современная теоретическая физика (Heisenberg W. SchritteüberGrenzen. S. 95 – 108. Рус. пер. С. 34 – 45).


[Закрыть] нетрудно заметить, что он участвует в многовековой работе мысли, в работе особого рода, отличной от той, что ведет к росту знаний, следы ее, как правило, стираются в результатах естественнонаучного познания. Внезапно замечают, что античные философы, средневековые схоласты, мыслители XVII в. бились над теми же проблемами и по-своему решали их145145
  «Вопросы, которые две с половиной тысячи лет назад были впервые поставлены на этой земле, – говорил Гейзенберг в 1964 г. в Афинах, – с тех пор почти непрерывно занимали человеческую мысль и в ходе истории вновь и вновь становились предметом обсуждения, по мере того как новые открытия являли в новом свете эти древние пути мысли» (Heisenberg W. Schritte über Grenzen. S. 223. Рус. пер. C. 107). Взгляды Гейзенберга на роль гуманитарного образования подробно разобраны мною в статье «В. Гейзенберг и философия» (см. Послесловие к кн.: Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. С. 361 – 394).


[Закрыть]. Нетрудно, к примеру, усмотреть аналогию логической структуры апорий Зенона и так называемых соотношений неопределенности В. Гейзенберга: понять движение – значит «схватить», остановить его; дать двигаться – значит оставить непонятным, неуловимым его «что», как остается неуловимым «что» любого сущего, пока оно не схвачено неделимым и неизменным образом («эйдосом») его бытия. Это «спекулятивное» заключение в сфере физически элементарного становится экспериментальным фактом. Г. Лейбниц в работе 1695 г. «Новая система природы и общения между субстанциями», содержащей основную мысль «Монадологии», в рассуждениях о первичных «субстанциях», по логике чрезвычайно напоминающих те, что озадачили Гейзенберга в гимназии, приходит к выводу, что «принцип истинного единства» материального сам не может быть материальным. С другой стороны, материя не может и состоять из математических точек. Поэтому необходимо предположить то, что он называет «формальные атомы» или «метафизические точки». «Когда телесные субстанции, – пишет Г. Лейбниц, – стягиваются, то все их органы образуют, на наш взгляд, одну физическую точку. Таким образом, точки физические неделимы только по видимости; математические точки – точки в строгом смысле, но они только модальности; только точки метафизические, или точки-субстанции (а их образуют формы, или души), суть точки в строгом смысле, и притом реальные; и без них не было бы ничего реального, так как без настоящих единиц (последних неделимостей. – А. А.) не может быть и множества».146146
  Лейбниц Г. Соч.: В 4 т. М., 1982. Т. 1. С. 276-277.


[Закрыть] И опять-таки, когда не только логика мысли, но и техника экспериментальных орудий добирается до элементарных «субстанций» такого рода метафизика (и даже мистика) обретает силу экспериментального факта, требующего понятия.

Словом, история науки открывается не только как пройденный путь, но как непреходящее сотрудничество. Когда физик-теоретик, вынужденный логикой своего дела озадачиться логико-философскими вопросами, вдруг находит себя участником этого векового сотрудничества мыслителей, он начинает понимать, как сама физика уходит корнями в метафизику. Более того, он начинает понимать, что взгляд на историю мысли с точки зрения прогрессирующего познания, представление этой истории как «развития естественнонаучных взглядов» – позиция не только односторонняя, но и упускающая саму суть дела, – суть того дела, которым занят человек в своих усилиях уразуметь мир и себя в нем. Здесь, в этой подспудной работе, в редкие поворотные времена определявшей все направление интеллектуальных усилий, никто уже не стоит ни на чьих плечах. Мы должны стоять на своих ногах перед лицом гигантов, уметь понимать их и отвечать им, уметь, словом, сотрудничать с ними в общем деле разумения.

В горизонте таких принципиальных проблем существенно изменяется картина истории научной мысли. Возможность такого изменения я и собираюсь пояснить здесь, опираясь прежде всего на соответствующие работы Гейзенберга147147
  Описание других историко-научных взглядов Гейзенберга читатель может найти, например, в статье А. Н. Вяльцева: Вяльцев А. Н. Историко-научные взгляды В. Гейзенберга // Ученые о науке и ее развитии. М., 1971.


[Закрыть].

Эпистемологическая озабоченность теоретической физики первой трети века была вызвана ощущением уходящей из-под ног почвы, ощущением прыжка в пустоту. Оставим пока в стороне проблемы эйнштейновской теории относительности. Припомним, следуя Гейзенбергу, несколько шагов «над пропастью» в создании квантовой механики. Первый «монстр» появился, как известно, в лице кванта энергии. Он возник как бы случайно, в качестве едва ли не чистой условности, с помощью которой М. Планку удалось вывести формулу, выражающую закон излучения абсолютно черного тела. Вскоре, однако, прежде всего благодаря работам А. Эйнштейна по фотоэффекту и удельной теплоемкости твердых тел при низких температурах, это странное понятие неожиданно наполнилось реальностью. Следующий шаг сделал Н. Бор.

В те годы его занимала группа по видимости разнородных проблем, требовавших согласования. Во-первых, очевиднейшее и вместе с тем загадочнейшее с точки зрения механики и электродинамики: устойчивость химических элементов. Во-вторых, мир линейчатых спектров с таинственными «пифагорейскими» правилами расчета их частот. Наконец, результаты резерфордовских исследований структуры атома. Предложив свою модель атома, Бор позволил объединить и последовательно объяснить все эти факты, если не считать того, что сама эта модель представляла собой полную немыслимость с точки зрения законов электродинамики.

Модель атома со стационарными орбитами электронов отличалась наглядностью, но именно эта наглядность и сбивала с толку. Как «выглядят» орбиты, что происходит с электроном при «перескоке» с орбиты на орбиту, оставалось неясным. Частоты и интенсивности спектральных линий определялись только разностью энергетических уровней и вероятностью переходов. Поэтому Гейзенберг решил попытаться «построить квантовотеоретическую механику, аналогичную классической механике, в которую входили бы лишь соотношения между наблюдаемыми величинами»148148
  Гейзенберг В. О квантовомеханическом истолковании кинематических и механических соотношений // УФН. 1977. Т. 122. Вып. 4. С. 575.


[Закрыть]. В 1925 г. он предложил вариант такой теории, которая вскоре в работах М. Борна, П. Йордана и самого Гейзенберга приняла законченный вид и стала именоваться матричной механикой. Математическая структура теории пришла в полный порядок, теория приобрела логически связный вид и аккуратную согласованность с экспериментальными данными. Однако интерпретация этой квантовой механики, исходя из обычных кинематических и механических представлений, оказалась невозможной. Такие понятия, как «положение», «скорость», «траектория», и связанные с ними представления о непрерывном течении событий и соответственно о причинности словно повисли в воздухе.

Мало того. В 1926 г. Э. Шрёдингер предложил свою, отличную от матричной, но математически ей эквивалентную волновую формулировку новой механики. Собственные решения волнового уравнения Шрёдингера можно было истолковать как систему стоячих электронных волн в окрестности ядра, определенным образом соответствующую системе стационарных состояний. «Столь простая интерпретация волновой механики, – замечает Гейзенберг, – оказалась, однако, невозможной. Дискуссия между Бором и Шрёдингером в сентябре 1926 г. в Копенгагене завершилась выводом, что такая интерпретация не смогла бы объяснить даже закон теплового излучения Планка. Таким образом, – заключает он, – даже в то время никто не знал, что же реально означает понятие дискретного стационарного состояния»149149
  Гейзенберг В. Развитие понятий в физике XX века // Вопросы философии. 1975. № 1.С. 83.


[Закрыть].

Итак, существовала совокупность экспериментов. Существовала логически непротиворечивая, математически изящная теория (даже две), корректно описывающая эксперименты. Ho – отсутствовали понятия, с помощью которых можно было бы описать объект исследования. Материальная точка, траектория, волна – это не «образы». В системе классической физики это полноценные понятия со своей логикой и онтологией, позволявшими говорить о том, что собственно мы наблюдаем и описываем. В новой механике все эти объекты превращались из «вещей», поведение которых описывается в теории, в «язык» описания неведомых «объектов». Было неясно, что же можно поставить на их место.

Такова типичная далеко не только для новейшей физики ситуация. В таких случаях пути исследователей обычно расходятся. Можно вовсе отказаться от «метафизического» дела понимания, ограничиваясь расчетом наблюдаемых величин. Co свойственной ему четкостью стиль такой работы определил П. Дирак.

«Единственная цель теоретической физики состоит в вычислении результатов, которые могут быть сравнены с опытом…» – курсивом выделил Дирак в первом издании «Основ квантовой механики»150150
  Дирак П. Основы квантовой механики. М.; Л., 1932. С. 14.


[Закрыть]. Работая над матричной механикой, Гейзенберг шел подобным путем, полагая, что следует методу, которым руководствовался А. Эйнштейн, закладывая основы специальной теории относительности.

Однако в это время сам Эйнштейн уже думал иначе. Началом каждой физической теории, говорится в «Эволюции физики», являются мысли, идеи, а не формулы151151
  Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квантов. Цит. по изд.: Эйнштейн А. Собр. науч. тр.: В 4 т. М., 1957. Т. IV. С. 530.


[Закрыть]. Работать без понятий – значит не понимать. Главное – формирование новых понятий.

Таков второй путь. Этим путем шел Бор, и тесное общение Гейзенберга с Бором в 1926 – 1927 гг. сильно повлияло на Гейзенберга. Колоссальное значение для него имела также встреча с Эйнштейном в Берлине весной 1926 г., когда Гейзенберг рассказывал тамошним физикам о новой механике. Поясняя суть своего метода, Гейзенберг сослался на философию Эйнштейна, согласно которой-де в теорию следует включать только величины, поддающиеся непосредственному наблюдению и измерению. К удивлению Гейзенберга, Эйнштейн заявил: «Может быть, раньше я использовал и даже формулировал такую философию, но все равно она бессмысленна»152152
  Heisenberg W. Tradition in der Wissenschaft. Reden und Aufsätze. München, 1977. S. 117. Cp.: Heisenberg W. Der Teil und das Ganze. S. 80 (рус.пер. C. 191. Ср.: Гейзенберг В. Шаги за горизонт. С. 83).


[Закрыть]. Ведь только теория, заключил Эйнштейн, определяет, что собственно мы наблюдаем. «Этот довод, – замечает Гейзенберг, – был для меня абсолютно новым и произвел на меня тогда глубокое впечатление; позже он оказался чрезвычайно плодотворным в процессе развития новой физики»153153
  Heisenberg W. Tradition in der Wissenschaft. S. 118.


[Закрыть].

Здесь-то и стоит «крест», указующий разделение путей: сочтем ли мы теорию формальным способом вычисления результатов или же формой понимания природы вещей154154
  С течением времени оба пути сильно разошлись. В 1952 г. в Копенгагене состоялась философская конференция, на которой Бор изложил проблемы интерпретации квантовой механики группе философов, главным образом представителям Венской школы. Его ужаснул тот факт, что доклад не вызвал ни споров, ни серьезных вопросов. Проблема понимания вовсе не занимала этих философов (Heisenberg W. Der Teil und das Ganze. S. 241. Рус. пep. C. 318).


[Закрыть]. Гейзенберг решительно сворачивает на второй путь. Теория мыслится им теперь как система понятий, раскрывающих то, о чем она, и что соответственно мы наблюдаем в эксперименте.

Нельзя сказать, что идея теоретического знания как понимания только теперь была осознана Гейзенбергом. Беседы с Бором и Эйнштейном лишь напомнили ему проблемы, живо обсуждавшиеся им с друзьями и коллегами в период учебы в Мюнхенском университете. В одной из первых бесед с Бором в 1922 г. речь об этом уже шла. Бор, в частности, заметил, что все эти квантовые странности можно будет понять, если только мы вдумаемся в смысл слова «понимание»155155
  Heisenberg W. Der Teil und das Ganze. S. 55 (рус. пер. C. 173).


[Закрыть]. В конце же 20-х годов Гейзенберг окончательно утвердился в том, что физическую теорию можно считать полноценной лишь в том случае, если она базируется на определенной логически связной системе понятий, в которой раскрыто то, о чем она и что в ней «описывается». Формирование новых понятий – со своим типом связей, своей онтологией, своим способом проектировать и теоретически схематизировать эксперимент – есть один из фундаментальных актов теоретического понимания природы вещей.

Если так, естественно задаться вопросом: как же формировались классические понятия, как они трансформировались, как возникали новые, как новая система понятий соотносится со старыми? Вот почему с этих пор философский анализ понятий всегда связывается Гейзенбергом с историческим анализом их формирования. «История физики, – пишет он, – не просто накопление экспериментальных открытий и наблюдений, к которым подстраивается их математическое описание; это также и история понятий»156156
  Heisenberg W. Tradition in der Wissenschaft. S. 25.


[Закрыть]. Или в другом месте: «История физики не есть только лишь последовательность экспериментальных открытий; она сопровождается развитием понятий или влечет его за собой… Именно неопределенность понятий принуждает физика обращаться к философским проблемам»157157
  Гейзенберг В. Развитие понятий в физике XX века. С. 79.


[Закрыть].

История физики как история понятийных систем, история их становления и изменения, вызывающего глубокие преобразования структуры всего теоретического мышления, – в этом средоточие историко-научной концепции Гейзенберга, которую он начинает развивать с начала 30-х годов и продолжает до последних лет жизни (доклады: «Изменения структуры мышления в развитии науки», 1969 г.; «Развитие понятий в истории квантовой теории», 1972 г.; «Что такое элементарная частица?», 1975 г.).

Подчеркну еще раз, что историческое исследование является для Гейзенберга измерением актуального понимания «логической ситуации» современной физики. Входя в изучение прошлого, он не выходит из горизонта настоящих проблем. История для него не столько обзор пути к новой физике, сколько попытка осмыслить существо новой теории путем развертывания во временной последовательности тех понятийных систем, среди которых возникла и обособилась новая система – то ли как их продолжение, то ли как их объединение, то ли как нечто особое, отдельное…

Во-первых, история вовлекается в дело потому, что таким способом можно было как бы приживить «дичок» новейшей физики к прочному стволу классической физики. История науки служила для обоснования квантовой теории, и важнейшим принципом был при этом боровский принцип соответствия. Первоначально он работал как эвристический принцип при решении отдельных задач, каждый раз им нужно было суметь воспользоваться заново. В работе 1925 г. Гейзенберг попробовал «угадать», следуя этому принципу, общую математическую схему квантовой механики. Так он заложил фундамент «здания замкнутой математической теории квантовой механики в замечательно тесной аналогии с классической механикой…»158158
  Борн М., Йордан П. О квантовой механике // УФН. 1977. Т. 122. № 4. С. 587. Ср.: Джеммер M. Эволюция понятий квантовой механики. М., 1985. С. 199.


[Закрыть]. Отныне квантовая механика приобретала самостоятельный статус и могла освободиться от псевдоклассических монстров. Принцип соответствия естественно входил в ее структуру, но этого нельзя было сказать о понятиях. Они не получались из классических неким «соответственным» переходом.

Отсюда и возникает особый «квантовый» взгляд на историю науки как на последовательность подобных замкнутых теоретических систем, в основе каждой из которых лежит своя система понятий.

Стало быть, во-вторых, попытка взглянуть на историю физики с квантовой точки зрения приводит к серьезному ее переосмыслению. Она лишается видимой непрерывности и распадается на последовательность «замкнутых теоретических систем», в ряду которых квантовая механика может получить законное место. Эта картина, однако, осложняется другой, не менее для Гейзенберга существенной, идеей исторического развития научного знания – традиционной идеей непрерывного роста общности теории, охватывающей все более обширные сферы природы единым, все более общим и абстрактным принципом. Когда Гейзенберг занялся физикой элементарных частиц, в особенности же когда в послевоенные годы он работал над единой теорией поля, идея эта стала доминирующей.

Стало быть, в квантовой теории имеются основания для обеих как будто бы взаимоисключающих точек зрения на историю науки. И это далеко не случайно. Теоретическим понятиям квантовой механики свойственна совершенно особая историчность, особый тип соотношения с исторически предшествовавшими понятиями. Ее понятия – принципиально отличные от классических, более общие, служащие основанием их объединения, – тем не менее не «снимают» в себе классические понятия, а как бы складываются из них, причем так, что сами слагающие их понятия остаются несовместимыми ни друг с другом, ни с тем, что из них «складывается». Понятийное единство квантовой теории есть, таким образом, единство разнородных понятийных систем. Это единство, связанное другим боровским принципом, принципом дополнительности. Отсюда и исходит свет, в котором Гейзенберг видит возможность рациональной реконструкции истории физики и науки в целом.

Я не хочу сказать, что Гейзенберг последовательно проводит подобную реконструкцию. В разных работах то одна, то другая тенденция берут верх, но «логическая ситуация квантовой механики» остается тем регулятивом, который не позволяет ему сбиться в намечающуюся временами односторонность.

Попробуем теперь войти в некоторые детали.

Начнем с понятия замкнутой теоретической системы. Гейзенберг вводит это понятие уже в докладе 1934 г159159
  Гейзенберг В. Философские проблемы атомной теории. М., 1953. С. 16.


[Закрыть]. и затем не раз возвращается к нему в более или менее специальных разработках.

Гейзенберг различает в истории новой физики четыре таких системы и намечает возможность пятой. Исторически первая – это система ньютоновской механики, включающая астрономию, акустику, аэродинамику, гидродинамику и т. д. Вторая замкнутая система – теория теплоты, объединяющая феноменологическую термодинамику и статистическую физику. Третья замкнутая система вырастает из исследования электромагнитных явлений. Она представлена в первую очередь теорией Дж. Максвелла, но окончательно оформляется в работах Г. Герца, Г. Лоренца и в специальной теории относительности Эйнштейна. Эта система включает в себя оптику, а также дебройлевскую теорию волн материи. Наконец, четвертой системой является квантовая теория, включающая квантовую и волновую механику, теорию атомных спектров, химию и т. п. Относительная независимость и необходимые пересечения релятивистской и квантовой теорий наводят Гейзенберга на мысль о возможности возникновения пятой замкнутой системы понятий160160
  Cм.: Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. С. 56 – 57.


[Закрыть].

Каковы же основания для определения некой теоретической системы как замкнутой, завершенной в себе? И еще более важный вопрос: как мыслится взаимоотношение между этими замкнутыми системами?

Гейзенберг приводит разные основания, позволяющие считать систему понятий замкнутой: непротиворечивость математической структуры теории, возможность ее строгой аксиоматизации; надежная согласованность ее с широким кругом наблюдений и экспериментов; своеобразная компактность теории, т. е. тесная связь основных и производных понятий, образующих единую логическую систему, в которой нельзя изменить ни одного элемента, не разрушая всю систему; наконец, естественно вытекающий из перечисленного последний критерий – присущая такой системе тенденция к универсальности, всеобщности.

Возникнув на основе анализа ограниченного круга явлений, система понятий становится теоретической, поскольку выходит за рамки своего непосредственного эмпирического базиса, утверждается в качестве системы универсальных определений природы, в качестве самой логики естественнонаучного мышления, всеобщей методологии научного исследования, развертывается как теоретическая картина мира. Именно теоретическая «безграничность» и делает ее, как ни парадоксально это прозвучит, замкнутой системой.

Такая система обретает логическую самостоятельность, некую непреходящую истинность, ее нельзя ни улучшить с помощью новых понятий, ни просто отвергнуть. Она остается, как говорит Гейзенберг, априорной предпосылкой последующих теорий, сколько бы они от нее ни отличались. Новая система понятий, т. е. новый способ понимания, возникает на основе исследования особого круга явлений, но несет в себе равномощную потенцию универсальности. Она поэтому полностью преобразует предшествующую систему, но вместе с тем не отбрасывает, а лишь… ограничивает сферу ее применимости. Впрочем, мы забегаем вперед, отсюда и парадоксы.

Основной критерий замкнутости теоретической системы Гейзенберг видит не в связности математической структуры, всегда достаточно сложной, и, разумеется, не в эмпирической общности, всегда достаточно проблематичной, а в том, что он называет компактностью теории, т. е. в систематическом единстве понятий, образующих ее логику и онтологию. «Компактность замкнутой теории, – пишет он, – относится больше к логическому и понятийному, чем к формально математическому аспекту. Недаром в истории возникновения замкнутых теорий прояснение физического смысла понятий, как правило, предшествовало полному пониманию математической структуры»161161
  Heisenberg W. Tradition in der Wissenschaft. S. 128.


[Закрыть]. В основе любой замкнутой теоретической системы лежат некие развертываемые в ней фундаментальные понятия. Так, понятия точечных масс и действующих между ними сил лежат в основе ньютоновской механики. Они развертываются в системе кинематических и динамических понятий этой теории (координаты, скорость, импульс, ускорение, момент, кинетическая и потенциальная энергия и т. д.). В основе статистической физики лежит понятие канонического распределения и ансамбля, изображаемого точкой в фазовом пространстве. С помощью них интерпретируются специфические понятия термодинамики: теплота, температура, энтропия, свободная энергия и т. п. В основе электродинамики лежит понятие поля, подлинную универсальность которого впервые показал, как увидим, Эйнштейн. В основе квантовой механики лежит понятие состояния системы, описываемое функцией вероятности.

Каждое из этих фундаментальных понятий не может быть «дедуцировано» в системе прежних понятий. Оно формируется в попытках теоретически истолковать особый круг физических явлений и осмыслить тот математический формализм, который может быть уже создан для описания этих явлений, как было, например, с уравнениями Максвелла или матричной формулировкой квантовой механики.

В развертывании теоретической системы существует также своеобразный внешний симптом приближения к внутреннему пределу. Обнаруживается некая неуступчивая группа явлений. Пусть даже отдельный факт, упрямый факт, факт, в котором кроется новая система понимания. Требуется формирование новых идеализаций, новых моделей, схематизирующих эксперимент, новых понятий со своей логикой (типом связей) и онтологией (картиной мира). Требуется как бы заново начать работу понимания, а в контексте прежней – универсальной – системы это в особенности трудно.

Явления электромагнетизма или атомные спектры кажутся поначалу очередными открытиями в непрерывной работе экспериментаторов. Казалось бы, и работа теоретика состоит в соответствующем непрерывном совершенствовании своих теорий. Теперь мы можем заметить, что это далеко не так.

Дело в том, что фундаментальные физические теории строятся не просто как «описание» определенной совокупности фактов, скажем механических, или оптических, или электрических. Теория прежде всего устремлена к выяснению фундаментальных же, т. е. всеобщих, структур и законов природы как таковой.

Ньютон не создавал теорию особых механических явлений (даже неясно, что это такое). Он разрабатывал математическую механику как «Начала натуральной философии», как теорию всех возможных явлений. В XVIII в., как известно, ньютоновская механика представлялась именно универсальной системой естественнонаучного мышления. Она стала буквально мировоззрением – и не в силу своих внешних успехов или популяризации, а потому, что в ней были воплощены одновременно и идея полноты, точности и осмысленности теоретического знания вообще, и некая идеальная картина мира, идея реальности. Даже в XIX в., замечает Гейзенберг, «механика прямо отождествлялась с точным естествознанием. Ее задачи и сфера ее применимости казались безграничными».162162
  Heisenberg W. Schritte über Grenzen. S. 88 (рус. пер. С. 179).


[Закрыть]

Итак, вдумываясь в концепцию замкнутой теоретической системы, мы, пожалуй, вправе установить еще один ее критерий: понятия, образующие основание ее систематизма, непосредственно связаны с определенной идеей реальности. Она обладает универсальной значимостью, поскольку представляет собой некий универсум, идеальный мир, в контексте которого познается мир реальный. Вот почему переход к другой теоретической системе, необходимость которого поначалу связана с попыткой осмыслить особый круг явлений, как бы частный случай, оказывается столь трудным делом. В действительности речь идет здесь об изменении идеи реальности и способа ее теоретического представления, а это значит – о глубинном преобразовании теоретического мышления. Уникальные в истории науки ситуации, когда оказывается необходимым изменить саму структуру мышления, Гейзенберг трактует как научные революции. Он подчеркивает, однако, что необходимость такого изменения носит сугубо внутренний характер. К этому вынуждают не внешние – психологические или социальные – обстоятельства, а сама логика научного познания. «Революция, – говорит он, – производится исследователем, пытающимся решить некую частную проблему и при этом стремящимся вносить как можно меньше изменений в предшествующую науку. Именно это желание вносить как можно меньше изменений обнаруживает, что введение новшества вынуждено самим предметом (Sachzwang), что изменить структуру мышления о явлениях требует сама природа, а не какой-нибудь человеческий авторитет»163163
  Ibid. S. 285 (рус. пер. С. 198).


[Закрыть].

Посмотрим теперь, соответствуют ли такому пониманию перечисленные Гейзенбергом системы. В самом ли деле образуют они подобные замкнутые миры? Могут ли они претендовать на универсальное теоретическое представление реальности?

Гейзенберг не распространяется о статистической физике. He стану и я входить здесь в обсуждение этого вопроса. Что же касается теории поля, утвердительный ответ вполне возможен. Тот человек, который впервые сделал понятие поля универсальным и связал его с новой идеей реальности, – Эйнштейн не раз, в частности в «Эволюции физики», написанной совместно с Л. Инфельдом, именно с этой точки зрения описывал историю возникновения теории относительности.

Понятие поля сформировалось, как известно, в экспериментах М. Фарадея. Уравнения Максвелла показали его теоретическую самостоятельность, которая окончательно утвердилась благодаря работам Герца и Лоренца. Когда Эйнштейн заменил классические преобразования Галилея преобразованиями Лоренца, он показал его (поля) подлинную всеобщность. Специальная теория относительности не уточнила, не усовершенствовала, а полностью преобразовала всю систему теоретической механики на новой основе. «Хотя теория, – замечают авторы „Эволюции физики”, – возникла из проблемы поля, она должна охватить все физические законы… Законы поля, с одной стороны, и законы механики – с другой, имеют совершенно различный характер. Уравнения электромагнитного поля инвариантны по отношению к преобразованиям Лоренца, а уравнения механики инвариантны по отношению к классическим галилеевским преобразованиям. Ho теория относительности требует, чтобы все законы природы были инвариантны по отношению к Лоренцовым, а не классическим преобразованиям».164164
  Эйнштейн А.. Инфельд Л. Эволюция физики. Цит. изд. С. 479.


[Закрыть] «Механистическое мировоззрение, – заключают они, – потерпело крах. В уравнениях Максвелла мы создали новый образ для законов природы»165165
  Там же. С. 507.


[Закрыть]. Специальную теорию относительности можно поэтому считать как бы новыми «Началами натуральной философии».

В понятии поля заключена новая идея реальности. Нагляднее всего это проявилось в эпохальной борьбе «поля» с «эфиром». Механическая субстанция (а теперь перед лицом поля механика должна была отстаивать именно свою субстанциальность) – это система движущихся материальных точек, связанных прямым взаимодействием. Точки суть источники сил, которые зависят только от массы и расстояния. Действие этих сил всегда уже дано во всех точках предположенного абсолютного пространства одновременно. Способ (а стало быть, и скорость) распространения силового поля исключается из теоретического рассмотрения. Само это поле определено одновременно по всему пространству. Электромагнитное поле, напротив, определено как раз локально или, как говорит Эйнштейн, структурно, через способ индуктивного порождения и распространения, что делает его реальностью, независимой от возможных источников. Распространяющаяся с конечной скоростью электромагнитная волна, в которой векторы электрической и магнитной напряженности перпендикулярны друг другу, приобретает субстанциальный характер, что, разумеется, предполагает радикальное изменение картины мира, в первую очередь его пространственно-временных характеристик. Нетрудно наметить и дальнейшую перспективу: устранение кажущегося различия между веществом (массами) и полем (энергией) – единая теория поля.