Неявный тип определения базовых понятий
Третьим завершающим шагом на пути к структуре современной физики стала методологическая революция, начавшаяся во второй половине XIX в.: в математике с появлением неевклидовых геометрий, в физике – в связи с появлением электромагнитного поля Фарадея – Максвелла. Здесь научное сообщество столкнулось с более сложными понятиями, каковыми (1) в физике являются электромагнитное поле, а (2) в геометрии – прямая в неевклидовой геометрии. Их нельзя получить простым абстрагированием из эмпирических объектов (как получали понятие материальной точки). Вплоть до середины XIX в. базовые понятия считались неопределимыми, но очевидными (по сути, в соответствии с первым правилом "Рассуждения о методе..." Р. Декарта). До электродинамики Максвелла физики искали законы движения, ибо то, что двигалось (тела, среды), считалось очевидным. Электромагнитное поле – первый объект, который был явно неочевидным[1]. Поэтому опора на очевидность стала уже недостаточной. Среди первых, кто поставил в физике эти вопросы, были Э. Мах и А. Пуанкаре. В результате возникла проблема оснований в геометрии и в физике (так называемый гносеологический кризис в физике).
В геометрии выход был указан в 1899 г. великим математиком Д. Гильбертом (1862–1943), который ввел для этого неявный тип определения исходных понятий – точки, прямой и т.д. – через систему аксиом геометрии. В результате система аксиом геометрии, в которой в каждую аксиому входило несколько конечных (исходных) понятий (например, "через две точки всегда можно провести прямую, и только одну"), стала использоваться не только для доказательства теорем, но и для совместного неявного определения исходных понятий геометрии. Изменение аксиом приводит к новой геометрии. При этом "неявный" не значит "нечеткий" или "неясный", этот тип определения может очень четко и однозначно определять все понятия, что и имеет место в геометрии.
Фактически тот же ход (но без должной рефлексии) был сделан и в физике, которая ориентировалась на уровень строгости, заданный в математике. В результате в физике произошли существенные изменения в структуре ее оснований, что нашло наиболее четкое выражение в рамках современной теоретической физики (изложенной в полном виде в работе [19]).
При этом из теоретической (аналитической) механики XVIII в. было заимствовано и превращено в описание любого физического процесса обобщенное описание движения как перехода физической системы (объекта) А из одного состояния SA в другое:
(9.1.3)
Такое представление физического процесса (обобщенного движения) особо выделяет понятие идеального объекта (A) среди других физических понятий. Под физическим идеальным объектом (системой) здесь понимается такая идеальная сущность, которая характеризуется набором состояний, определяющихся с помощью набора измеримых величин, и при этом физический процесс описывается как переход такого объекта из одного состояния в другое.
Введение неявного типа определения базовых понятий позволило работать с более сложными и менее наглядными ПИО. В этом состояла суть плохо осознанной в философской литературе методологической революции границы XIX–XX вв., которая привела к "теоретической" физике как адекватному представлению современного физического знания (в философской литературе этот момент, но по другим основаниям, часто фиксируется как переход от "классической" к "неклассической" физике XX в. [29])[2].
В результате теоретическая физика естественным образом разбилась на разделы (классическая механика, электродинамика...), так, что в каждом из них есть свои основания (ОРФ;) в виде системы постулатов, которая неявным образом определяет группу исходных понятий раздела (идеальных сущностей), среди которых есть ПИО, внешние воздействия на ПИО и др. ОРФ выполняют роль, аналогичную той, которую у Гильберта выполняла система аксиом геометрии: посредством ОРФ осуществляется неявный тип определения базовых понятий раздела физики, включая его ПИО.
Заметим, что "основания" здесь имеют тот же смысл, что в "Основаниях геометрии" Д. Гильберта[3]. По сути, ОРФ решает шестую проблему Д. Гильберта – проблему аксиоматизации физики [28] (последовательно это сделано в работе [21]). Однако в силу принципиальных отличий физики от математики ВИО строятся из ПИО, а не выводятся (дедуцируются) из этих постулатов, как предполагал Д. Гильберт (но аналогии с математикой). В основе физических теорий лежат модели, поэтому место дедукции здесь занимает построение моделей ВИО из ПИО[4].
Из схемы 9.1.2 следует наличие двух типов работы: ПИО-тип работы по созданию новых оснований раздела науки (физики) ОРН(Ф)j и ПИОj; ВИО-тип работы по созданию ВИО из имеющихся ПИОk. Этим типам работы отвечают соответствующие типы эксперимента, между которыми есть важное различие. Для его фиксации воспользуемся введенным Е. Хаттеном [38] различением двух типов моделей: "модели ДЛЯ" (model for) чего-то еще нс существующего и "модели ЧЕГО-ТО" (model of) уже существующего. В ПИО-эксперименте исходным является теоретический объект – ПИО, а отвечающий ему эмпирический объект является его приближением, т.е. ПИО является "моделью ДЛЯ" чего-то еще не существующего. Образцом ПИО-типа работы является описанное в параграфе 9.1 создание Галилеем теории падения.
В ВИО-эксперименте, как следует из обсуждения построения ВИО в конце п. 9.1.2, возможны оба случая: ВИО может быть моделью как уже существующего, так и еще не реализованного явления.
Таким образом, мы различаем: 1) явление (Я); 2) теоретическую модель физической системы (объекта) или ВИО, лежащую в основе явления; 3) (ПИОj}, из которых эта модель построена; 4) теорию, вытекающую из пунктов 2) и 3). Примеры физических явлений суть движение планет, электрический разряд, спектр излучения атома, сверхпроводимость. Моделью, или ВИО, будет соответствующая физическая система (объект), состоящая из ПИО. Используемые при этом ПИО – механическая частица (тело), заряженная частица, "квантовая частица".
При этом никакого обратного воздействия от ВИО к ПИО нет: если основания раздела физики, включающие ПИО, сложились, то они далее не меняются (как и в геометрии), Новый раздел физики с новыми ПИО порождает новый круг явлений и объектов. Если возникает область пересечения, то новый раздел строится так, чтобы в этой области выполнялся "принцип соответствия" (в параграфе 9.5 мы вернемся к обсуждению схемы (9.1.2)).
В результате указанных методологических революций структура естественнонаучного знания может быть представлена следующим образом.
Единицей знания оказывается раздел науки (PH), для которого существуют собственные основания (ОРИ), где задаются соответствующие идеальные сущности. Эти разделы науки группируются в соответствующие науки (физика, химия), отличающиеся типом соответствующего системообразующего процесса и его описания, а также прототипами ПИО. Так, для физики системообразующим является описание физического процесса как перехода физической системы (объекта) А из одного состояния в другое (9.1.3) (по сути это обобщенное движение-перемещение Аристотеля), а главными прототипами являются частица и сплошная среда [21]. Для химии (см. параграф 18.1) системообразующим является процесс превращения одной совокупности веществ в другую (химическая реакция), а прототипами являются атомы и молекулы. Науки отличаются типами моделей, с помощью которых они описывают мир.
Приведенное выделение наук и разделов наук вытекает из анализа структуры знания. Но наряду с этим (параллельно) существует деление естествознания на дисциплины, которое исходит из другого основания. Дисциплины задаются формами организации функционирования научного сообщества, в первую очередь, факультетами, кафедрами, лабораториями, которые связаны с предметом исследования и преподавания. Вследствие разной логики образования дисциплин и разделов они не совпадают друг с другом. Однако в литературе эти понятия часто не различают (поэтому понятие "полиразделонаучного" (исследования, объекта) подменяют понятием "полидисциплинарного"). В этом плане курс "Общей физики" представляет собой совокупность дисциплин (оптики, атомной физики...), а курс "Теоретической физики" – совокупность разделов физики (электродинамика, квантовая механика... [19]), поставляющих ПИО[5]. Нас будут интересовать ОРФ, которые и задают разделы физики как структурные единицы физического знания.
Если сопоставить предлагаемую модель с моделями Куна и Лакатоса, то ОРН составляют основную часть "парадигмы" Куна и "жесткого ядра" Лакатоса, а производство ВИО отвечает их "нормальной науке" и последовательностям теорий, производимыми "исследовательскими программами". Главная общая черта их и рассматриваемой здесь "объектной" модели – двухуровневость, позволяющая различать раздел науки, задаваемый его основаниями, и его продукцию. В позитивистских моделях науки (см. гл. 5), так же как и в современных, рассматриваемых в гл. 8, 10 и 11, этого нет.