Лекция 9. СТРУКТУРА НАУЧНОГО ЗНАНИЯ. "ОБЪЕКТНАЯ" МОДЕЛЬ^[1]

Предлагаемая в этой главе "объектная" модель естественной науки, в отличие от куновской и лакатосовской, выведена не из истории науки, а из анализа структуры естественнонаучного знания. В этой модели в центре теории находятся не законы (движения), как в "синтаксическом" подходе логических позитивистов (см. параграф 5.2) и "семантическом" "структуралистском взгляде" на науку Суппеса, Штегмюллера и др., о которых будет сказано в параграфе 9.3, а объекты движения, которые в этой главе будут называться идеальными объектами (ИО)^[2]. Их атрибутами выступают законы. Эти ИО обеспечиваются техническими операциями реализации в эмпирическом материале. В результате в центре естественнонаучного знания оказываются не фиксирующие законы математические выражения, а состоящие из ИО модели, в которых выделяются два уровня: "вторичных" ИО (ВИО), являющихся теоретическими моделями явлений, и "первичных" ИО (ПИО), служащих строительным материалом для ВИО.

Важным качеством, объединяющим все три модели, является их двухуровневость, позволяющая отличать науки и разделы науки, скажем, квантовую механику, от теорий внутри раздела науки (например, теорию сверхпроводимости), т.е. вводить единицы разного уровня. При этом эти три модели являются не альтернативными, а дополнительными друг к другу. Куновская модель высвечивает такой важный аспект, как взаимодействие людей и идей в ходе функционирования и скачкообразного изменения науки, лакатосовская модель описывает важные аспекты динамики развития научного знания, предлагаемая в этой главе модель дает принципиально новую по сравнению с рассмотренной в параграфе 5.2 структуру естественнонаучного знания.

Три методологические революции в физике

Исходя из анализа структуры физического знания, сложившейся к началу XX в., мы получаем структуру, которая во многом является общей для всех естественных наук. В физике она складывается в результате трех методологических революций, имевших место с начала XVII но начало XX в. Их результаты применимы ко всем естественным наукам^[3].

Природа естественнонаучного знания: синтез натурфилософии, математики и техники

Первая методологическая революция, осуществленная Г. Галилеем в его теории падения тел, содержит два пункта: 1) создание естественной науки как симбиоза математизированной натурфилософии (выраженной установкой "книга природы написана на языке математики" и порождающей "теоретическую часть" физической теории)^[4] и техники (технических операций приготовления объекта и его окружения и соответствующих измерений), без которой нет эксперимента; 2) особое сочетание модельного и математического слоев при теоретическом описании движения идеального объекта (тела, падающего в пустоте). Галилей здесь задал многие основополагающие черты естественнонаучной парадигмы, и мы будем не раз обращаться к его примеру, поэтому начнем с анализа его "Бесед...", где это было сделано.

Если обратиться к текстам "Бесед..." Г. Галилея, где он, решая доставшуюся ему в наследство от Аристотеля задачу об описании падения тела, закладывает основы естественной науки Нового времени, то обнаружится, что основой его построений является не столько эмпирическое наблюдение, сколько теоретическое убеждение в том, что природа "стремится применить во всяких своих приспособлениях самые простые и легкие средства... Поэтому, когда я замечаю, – говорит Г. Галилей, – что камень, выведенный из состояния покоя и падающий со значительной высоты, приобретает все новое и новое приращение скорости, нс должен ли я думать, что подобное приращение происходит в самой простой и ясной для всякого форме? Если мы внимательно всмотримся в дело, то найдем, что нет приращения более простого, чем происходящее всегда равномерно" [7, с. 238]. Схема "физической" работы Галилея, ярко продемонстрированная в решении задачи о брошенном теле ("4-й день"), такова: задается закон движения – тела падают равноускоренно – и в результате мысленных физических экспериментов происходит выделение элементов идеальной физической модели•, тела, идеального движения в пустоте и мешающей этому идеальному движению среды. Далее он к созданному им таким образом теоретическому построению подходит как инженер к проекту, т.е. ставит перед собой задачу воплотить эти элементы в материал^[5]. И он делает это с помощью технических по своей сути операций приготовления ({П|) и измерения (|И}). В этом случае (П| – это, скажем, приготовление гладкой наклонной плоскости (а позже – трубки, из которых откачен воздух (Торричелли)), являющейся реализацией вакуума, шарика и помещение его на определенную высоту, а |И} – это измерение времени и пройденного пути. Благодаря им осуществляется материализация "тела в пустоте" – идеального объекта (ИО)^[6] рассматриваемой теории.

Это можно выразить схемой (9.1.1а):

(9.1.1а)

(9.1.16)

Аналогичную структуру (9.1.16) с этих пор имеет и типичный физический (и естественнонаучный) эксперимент (подробно рассматриваемый в следующей главе), где явление (Я) – это поведение некоторого "реального объекта"^[7]. Отметим, что место приготовления может занимать выбор среди того, что находится в готовом виде в окружающем мире, например звезды в астрофизике. Об этом случае обычно говорят как о "наблюдении", а не эксперименте. Явление есть порождение эксперимента или наблюдения.

Таким образом, у Галилея при создании теории падения тел обнаруживается фактически противоположный предлагавшемуся Ф. Бэконом (см. параграф 2.3) подход. У Галилея сначала задается закон идеального движения тела в пустоте – тела падают равномерно и ускоренно. Из опыта берется только то, что тела падают ускоренно, закон же этого движения выбирается на рациональном основании – простейший закон ускоренного движения – и он постулируется, т.е. диктуется разумом, а не опытом^[8].

Поэтому галилеевский подход является, во-первых, рационалистическим, ибо основное его утверждение – равноускоренность падения тела – постулат разума, а не обобщение опыта. Во-вторых, он является конструктивистским, так как в теоретической части порождается новый ИО (пустота, точнее, тело в пустоте), который затем реализуется в эмпирическом материале в результате эксперимента с помощью процедур приготовления (и измерения). Этот ход постоянно применяется при создании разделов физики. Так, в классической механике аналогом пары "вакуум – среда" будут пара "прямолинейное равномерное движение – сила" в I законе Ньютона и "сила – инерциальная система отсчета" во II законе Ньютона. Ведь "инерциальная система отсчета" определяется как такая система отсчета, в которой этот закон верен. Она вводится постулативно, а задача ее нахождения решается конструктивно с помощью привязки ее к поверхности Земли, центру Солнца, множеству удаленных звезд или реликтовому излучению.

Граница между теоретическим описанием поведения ИО, принадлежащим сфере умозрения и идеальных сущностей, и техническими операциями принципиально важна. Со времен Античности это были две разные сферы. Одна принадлежала сфере технэ, искусству человека, касалась различных "устройств", другая – сфере философского умозрения, натурфилософии, где обсуждались идеальные сущности, лежащие в основе различных явлений и мира в целом. Техника – это "вторая природа", за которой стоит управляющий ею человек, техника подразумевает цели и функции, а не сущности. Со времен Древней Греции до Нового времени господствовали представления, что "область механики – область технической деятельности, тех процессов, которые не протекают в природе как таковой без участия и вмешательства человека. Предмет механики – явления, происходящие “вопреки природе”, т.е. вопреки течению физических процессов, на основе “искусства” (τέχνη) или “ухищрения” (μηχανη)... Механические проблемы... представляют самостоятельную область, а именно область операций с инструментами и машинами, область “искусства”... Под механикой понимается некое “искусство”, искусство делать орудия и приспособления, помогающие одолеть природу"^[9] [11, с. 9–11].

Это различение на технические устройства и физические явления, по сути, остается и после появления естественной науки, сменяющей натурфилософию. Однако между последними возникает специфическое взаимодействие. С одной стороны, в силу структуры (9.1.1а) естественная наука использует технические устройства в операциях {П| и |И}, с другой – технические устройства могут использовать различные физические явления (это начинается с использования Гюйгенсом теории Галилея для конструирования часового механизма).

К обсуждению границы между теоретическим описанием ИО и техническими операциями, связывающими их с эмпирическим материалом, мы будем не раз возвращаться.

Вторая важная черта первой методологической научной революции XVII в. состоит в том, что теоретическое описание движения ИО содержит модельный и математический слои. К первому относятся "тело", "пустота" и "среда", ко второму – уравнение, описывающее равноускоренное падение^[10]. Появление математизированной натурфилософии произошло до Галилея, но там математизировались качества^[11], а здесь – движение.