Чтение онлайн

Следовательно, в развитии науки периодически складываются ситуации, когда на основе существующих теорий невозможно объяснить установленные в экспериментах факты, т. е. когда развитие экспериментальной базы значительно опережает теорию. Именно такое положение сложилось в настоящее время в физике элементарных частиц, где особенно остро ощущается потребность в выработке новых идей. Несмотря на предполагаемое открытие фундаментальных частиц-кварков, наших знаний о них сегодня все же недостаточно для создания новой теории. Н.Бор, например, не без основания считал причиной возникших здесь трудностей то обстоятельство, что экспериментаторы все еще не столкнулись с таким процессом, который в достаточной мере противоречия бы существующим теориям.

Таким образом, новые эмпирические факты вносят коррективы в существующие знания, служат отправной точкой и необходимым условием создания новых теоретических построений, выступают важнейшим эвристическим фактором, детерминирующим выработку новых идей. Искусство эксперимента, уточнение методов наблюдений и измерений в значительной мере определяют перспективы и основные направления дальнейших исследований. Поэтому, как подчеркивал академик С.И.Вавилов, «всякий физический опыт, если он тщателен, имеет самостоятельную ценность» [198] . Не удивительно, что анализ экспериментальных методов, способов перехода от новых эмпирических знаний к построению новой теории занимает все больше места в трудах философов-естествоиспытателей и историков науки.

Как уже подчеркивалось, теория не только объясняет эмпирические факты, но и содержит в себе возможность получения новых знаний. В силу относительной самостоятельности теоретического уровня познания новые положения науки могут быть получены путем извлечения следствий из существующих теоретических построений и дальнейшего развития этих следствий. Такая возможность связана с тем, что абстрактное теоретическое знание, возникающее в конечном счете на основе обобщения эмпирического материала, способно аккумулировать в себе богатейшую информацию о соответствующем фрагменте действительности. Исследователь, пользуясь определенными эвристическими принципами и правилами логики, может извлекать из него эту информацию в качестве следствий, не обращаясь непосредственно к эксперименту. Истинность полученных при этом положений на первых порах определяется только логико-семантическими правилами и лишь впоследствии подтверждается эмпирическим путем. Это возможно потому, что, «если наши предпосылки верны и если мы правильно применяем к ним законы мышления, то результат должен соответствовать действительности» [199] . Например, на основе логико-математического анализа уравнения П.Дирака для релятивистского электрона были в качестве следствий предсказаны позитроны, явление аннигиляции и другие эффекты. Только много времени спустя эти предсказания были подтверждены экспериментально.

История науки полна примеров того, как одни теоретические положения возникают из других на основе внутренней логики их развития, выходя далеко за пределы области установленных эмпирических фактов, в то же время дополняя и уточняя отдельные фрагменты теории, входя в нее в качестве недостающих звеньев. Другие новые научные положения не только логически не вытекают из имеющихся знаний, но даже часто находятся в противоречии с ними. Дело в том, что извлечение следствий из системы знаний не безгранично. Рано или поздно заключенная в ней информация исчерпывается. Поскольку неисчерпаемый в своих свойствах объект познания всегда богаче его образа, в любой системе научных знаний могут возникнуть затруднения, которые невозможно разрешить средствами данной системы.

Например, есть все основания утверждать, что упоминавшаяся теория П.Дирака, которая так много дала для объяснения природы электронно-позитронного поля, тем не менее не охватывает всех его свойств. Об этом свидетельствуют трудности, возникающие при попытках объяснить приращения массы и заряда электрона, обусловленного взаимодействием последнего с вакуумом. Если решать эту задачу на основе уравнения Дирака, то для указанных величин получаются бесконечные выражения в виде расходящихся интегралов. Для устранения этих не имеющих физического смысла бесконечных значений приходится прибегать к искусственной процедуре регуляризации, основанной на идее перенормировки массы и заряда электрона. Но идеи перенормировки не было в уравнениях Дирака, и она не могла быть из них дедуцирована. В подобных случаях развитие знания происходит на основе разрешения противоречия между тенденцией к завершенности, логической непротиворечивости теории и необходимостью выхода за ее рамки. Для преодоления возникающих при этом трудностей требуется выход в более широкую область знаний, создание новой, более общей теории, в которую существующая теория вошла бы как частный, предельный случай.

Чтобы добывать новые знания о мире, которые логически не вытекают из имеющейся системы знаний, в процесс познания необходимо вовлекать такие стороны и свойства действительности, которые еще не зафиксированы в знаковом аппарате науки и для познания которых существующий аппарат недостаточен. Это значит, что теоретическое знание хотя и обладает относительной самостоятельностью, однако не может беспредельно развиваться в отрыве от эмпирического исследования. Ломка традиционных идей и представлений, выработка новых идей необходимо предполагают опору на новые экспериментальные факты, которые, по словам В.И.Ленина, «не только „упрямая“, но и безусловно доказательная вещь» [200] .

Но откуда берутся идеи, необходимые для построения новой научной теории? Этот вопрос всегда был камнем преткновения для идеалистов и метафизиков, вырывающих из общей цепи познания отдельные стороны и моменты и абсолютизирующих их. Представители различных буржуазных философских направлений и школ сходятся в том, что в принципе исключают возможность раскрытия закономерностей возникновения нового знания. Построение теории они, как правило, изображают в виде совокупности таинственных процессов, совершающихся в иррациональных глубинах индивидуально-неповторимого сознания исследователя.

Реальная трудность в построении новой теории состоит в следующем. Хотя сами по себе эмпирические факты являются мощным стимулом творческого процесса, однако они не обладают предсказательной силой. Непосредственно из них вывести новые идеи невозможно. Принципиально новые идеи, открывающие выход за пределы существующей системы знаний, невозможно логически вывести и из последней; они формируются как следствие разрешения противоречий, возникающих на теоретическом уровне знания, или противоречий, возникающих между теорией и новыми опытными фактами. Так, в конце XIX — начале XX в. в теоретической физике возникло резкое противоречие между законами электродинамики и принципом относительности Галилея. Примечательно, что истинность законов электродинамики и принципа относительности была подтверждена экспериментально, поэтому теоретическая физика не могла поступиться ни одним из своих научных достижений. Разрешение указанного противоречия было дано в работе А.Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» (1905 г.), в которой преобразования Галилея обращались в частный случай преобразований Лоренца, обобщенных в принципе относительности.

Как отмечалось в предыдущем разделе, для развития науки наиболее характерны проблемные ситуации, связанные с тем, что опытные факты не только не получают своего объяснения на основе существующих теорий, но и вступают в противоречие с ними. Главной причиной возникновения таких противоречий является обнаружение некоторого несоответствия между содержанием понятий и постулатов той или иной теории и объективными свойствами вещей. В этом случае формирование нового знания во многом зависит от того, насколько исследователю хватает решимости освободиться от давления господствующих научных идей, лежащих в основе уже оправдавших себя на опыте теорий. В классической физике к противоречиям именно такого характера привели, например, результаты опытов по распределению энергии в спектре абсолютно черного тела. Дело в том, что со времени создания Ньютоном и Лейбницем исчисления бесконечно малых классическая физика, в частности термодинамика и оптика, основывалась на представлениях о непрерывности динамических явлений (действия, энергии, излучения и т. д.). Эти явления математически описывались в виде непрерывных функций. Однако в конце XIX в. в теории излучения обнаружились серьезные затруднения, а сложившуюся ситуацию в литературе стали называть ультрафиолетовой катастрофой. Суть ее состояла в следующем: согласно теории, нагретое тело (независимо от температуры) излучает бесконечно большую энергию в ультрафиолетовой части спектра, а многочисленные опыты показывали совсем другое. Особенность ситуации заключалась в том, что, во-первых, налицо было противоречие внутри теории, предсказывавшей бесконечно большую плотность излучения, и, во-вторых, было установлено резкое расхождение теории с экспериментальными данными. Физики предпринимали бесчисленные попытки согласовать опытные факты е классической теорией, но это ни к чему не приводило.

Клубок назревших противоречий нашел свое разрешение в идее М.Планка о дискретных уровнях энергии в атомных системах. Вопреки идее классической физики о непрерывности испускания и поглощения электромагнитного излучения М.Планк ввел в теорию излучения представление о дискретном характере процесса обмена энергией между линейными осцилляторами (излучающими центрами вещества — атомами, молекулами и пр.) и полем излучения. Для этого он разработал новые понятия: конечного кванта энергии и кванта действия (А). Последний, по величине равный «энергия х время», количественно ограничивает все энергетические обмены в атомных системах. Абсолютизировавшееся представителями классической физики положение «природа не делает скачков» было опровергнуто. М.Планк пришел к выводу, что «природа, по-видимому, делает скачки, и даже довольно странные» [201] .

Нельзя, конечно, думать, что открытие М.Планка опровергло классический принцип непрерывности действия, который несомненно содержал в себе элемент относительной истины. Введение в физику кванта действия ограничило сферу применимости данного принципа, зону его эмпирической осмысленности. Теория Планка обобщила все рациональные моменты, содержавшиеся в предшествующих теориях излучения. Интересно отметить, что первоначально Планк ввел постоянную h в качестве формального математического приема. Далеко не сразу он пришел к мысли о предельном характере законов классической физики и подлинной научной ценности идеи квантов. Слишком сильной была его вера (как и большинства физиков того времени, стоявших на позициях естественнонаучного материализма) в абсолютный характер законов, установленных Галилеем и Ньютоном. Он предпринимал бесчисленные попытки ввести h в рамки общепринятых теорий. Например, он пытался трактовать дискретный характер распределения энергии не как свойство самого излучения, а как результат его взаимодействия с осциллятором, но когда ситуация оказалась альтернативной — либо признать постулаты классической физики незыблемыми, либо стать на сторону эмпирических фактов, опыта, — Планк безоговорочно выбрал последнее. «Факт, — писал он в связи с этим, — является той Архимедовой точкой опоры, при помощи которой сдвигаются с места даже самые солидные теории» [202] .