Метод принципов и метод гипотез, как пути преодоления позитивистских представлений.

Поговорим о двух основных методах, которыми работает теоретическая физика: метод принципов и метод гипотез.

Ньютон, резко выступая против произвольных гипотетических конструкций картезианской физики, разработал и систематически применял метод (метод принципов), который он сам характеризовал следующим образом: «Вывести два или три общих принципа движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных принципов, было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих принципов и не были еще открыты».

Метод принципов позволяет избегать модельных гипотез о тех или иных «внутренних механизмах» и дает возможность наиболее непосредственно опереться на опытные данные. Можно понимать принципы как обобщение опытных фактов, конечно, понимая это обобщение не в духе примитивного индуктивизма. Принципы вовсе не простой эквивалент опыта, а очень сложный результат выбора, математического обобщения опыта и системы определений и понятий. Нахождение и правильная формулировка таких принципов, как законы механики, первое и второе начала термодинамики, уравнения электромагнитного поля, принцип относительности, соотношение неточностей, - труднейший и самый важный этап создания научной системы, который никак нельзя простому установлению результатов опыта.

Значение и роль метода принципов со времен Ньютона никем и никогда не подвергалось сомнению. Этим методом построены такие важнейшие физические теории, как классическая механика, феноменологическая термодинамика, макроскопическая электродинамика, теория относительности. В своей направленности против произвольных гипотетических конструкций этот метод демонстрирует плодотворность и силу.

В актив физики гипотез зачисляют такие выдающиеся завоевания физической мысли, как статистическая физика, микроскопическая электродинамика, которые по отношению к соответствующим теориям, построенным методом принципов (феноменологической термодинамике и макроскопической электродинамике), безусловно, дают более глубокое познание реальности.

Важным видом гипотез являются эссенциальные гипотезы. Это гипотезы о существовании тех или иных объектов и их свойствах, а также о характере формирования, причинения этих гипотетических элементов наблюдаемых явлений и процессов, в частности, к нему относятся все атомистические гипотезы.

Подчеркнем единство и многозначность понятий «принцип» и «гипотеза». Гипотеза понимается как идея, позволяющая объединить некоторую совокупность знаний в систему содержательного знания. Это и есть понимание гипотезы, фигурирующее в методе гипотез. Это гипотеза, которая в случае своего подтверждения, превращается в теорию и после такого превращения сама может рассматриваться как принцип (или совокупность принципов).

Метод математической гипотезы. Современный этап развития физики характеризуется существенными изменениями в стратегии построения теоретического знания. Все большую роль в процессе построения развитой физической теории играет метод математической гипотезы, являющийся некоторым аналогом применения в естественнонаучных исследованиях аксиоматического метода в его развитых вариантах – формальной и формализованной аксиоматики. Реализация этого метода заключается, в первую очередь, в формировании математического аппарата теории, приводящего к описанию определенного эмпирического материала. Так, матричная механика, созданная на основе идей В.Гейзенберга, строилась как математическая теория, как раздел теории матриц. Эта математическая теория давала адекватное описание частот, интенсивностей и фаз излучения. Понимание же специфики абстрактных объектов, фундаментальной теоретической схемы этой теории в ее соотношении с картиной мира (интерпретация) вырабатывалась после построения последовательного математического аппарата.

Аналогичным образом проходило и формирование шредингеровского подхода к созданию квантовой механики. Суть деятельность Э.Шредингера по пониманию микропроцессов воплотилась в математической деятельности, в ходе которой и произошло «изобретение» известного ныне уравнения Шредингера. Но обе формулировки квантовой механики столкнулись с одинаковыми трудностями, которые не преодолены до сих пор. Суть этих трудностей кратко заключатся в том, что до сих пор не удается последовательно и непротиворечиво связать абстрактные объекты квантовой механики, ее фундаментальную теоретическую схему как систему абстрактных объектов с четко определенной объективной «онтологией».

Глубочайшая математизация теории не приводит к мысли, что «в ней нечего понимать, в ней все ясно».

Между методом математической гипотезы и эссенцильно-причинными гипотезами имеют место сложные связи. Примером такой связи на современном этапе развития физики - это гипотеза кварков в квантовой хромодинамике. Эта гипотеза возникла в результате анализа структуры взаимоотношений в системе сильно взаимодействующих частиц – адронов – и установления группового характера этой структуры, соответствующего группе SU(3).

Можно сказать, что в настоящее время выдвижение математических гипотез о типе группы, лежащей в основании всей систематики элементарных частиц и комбинация их с эссенционально-причинными гипотезами о способе реализации этой систематики являются одной из основных форм деятельности теоретиков.

Ряд факторов развития науки создали в сознании физиков могучую и трудно преодолимую иллюзию универсальности и совершенства индуктивной модели науки (метод принципов), игнорирующей фундаментальную гносеологическую роль гипотез. Такой «методологический» парадокс является прямым следствием недостаточно глубокого осознания естествоиспытателями важности философской рефлексии над самим феноменом науки, значения философско-методологической компоненты научного знания.

Во второй половине 19 века начинается формирование новой гипотетико-дедуктивной (ГД) модели науки, постепенно вытесняющую старую, индуктивную.

Характерная особенность ГД метода состоит в том, что гипотеза выступает не как изолированное предположение, а включается в целостную систему, позволяющую осуществить процесс дедукции вплоть до возможности сравнения всей системы, включающей гипотезу, с экспериментом. Это обстоятельство является крайне принципиальным, поскольку как раз оно и отличает ГД метод, именно как научный метод, от просто гипотезы, имеющей в этом отношении ограниченную познавательную ценность. Таким образом, ГД метод имеет в качестве своей предпосылки достаточно высокую степень развития средств дедукции, без которых гипотеза становится действительно лишь слабым вспомогательным средством познания. Это обстоятельство хорошо объясняет сравнительно позднее формирование ГД метода и долгое господство индуктивного стиля мышления.

Результатами применения ГД метода в 19 в. были такие важные научные теории, как волновая теория света, теория электромагнитных явлений. Значительное место ГД метод занимал в попытках создания законченной механической картины мира. К ним относятся как безуспешные попытки разработать механическую картину электромагнитных явлений, так и успешная работа в области молекулярно-кинетической теории. В этот период очень выпукло проявляется как сила, так и слабость ГД метода.

Взаимоотношение теоретического и эмпирического в генезисе классической механики. Еще в исследованиях Евклида была сформирована определенная модель науки, которая работает и сегодня: аксиоматическая система и эмпирический базис, связанные правилами соответствия или операциональными правилами. Когда отмечается, что геометрия Евклида является первой логической системой понятий, трактующих поведение каких-то природных объектов, то речь идет о вполне определенных природных объектах, твердых телах и световых лучах. Выбор последних в качестве объектов теории является огромной исторической заслугой Евклида.

В основу теории, как это понятно сейчас, необходимо класть эмпирические факты, но это должны быть препарированные факты, которые в своей идеальности отражали бы фундаментальные свойства реального мира. Именно на основе подобных идеализированных объектов была построена геометро-оптическая система Евклида. Функционирующие в этой системе объекты адекватно характеризовали сущность реального макромира. Речь идет о земном макромире, о том его фрагменте, который до сегодняшнего дня остается миром эмпирической интерпретации и верификации научных теорий. Мы считаем, что наши классическая логика, классическая математика и классическое естествознание основаны, в конечном счете, на свойствах твердого тела и светового луча, ибо именно они задают мир эмпирической интерпретации любых теоретических построений.

Именно геометрико-механические и оптические операциональные процедуры служили основанием всей классической физики, ее концептуального аппарата. Эксперименты с идеальным объектом (свет) были трансформированы в идеализированные эксперименты, и на этом пути была развита классическая физика. В идеализированном эксперименте мы настолько «очищаем» исследуемый объект и помещаем его в такие идеальные условия, что он по своей идеальности (абсолютно гладкая плоскость, твердое тело и т.д.) становится вровень со светом. Как свет, эти объекты являются элементами особого мира, который предстает как геометрокинематическая система.

Какова специфика взаимосвязи теоретического и эмпирического уровней в механике Ньютона? Эти уровни четко разделены и функционируют в различных пространствах и времени. Теоретический мир классической механики существует в абсолютном пространстве и времени, а эмпирический мир – в относительном пространстве и времени.

Существенно, что в рамках ньютоновской механики пространство и время теоретического и эмпирического миров во многом совпадали. По виду и по величине абсолютное и относительное пространства одинаковы. Это понятно – обе структуры относятся к одному и тому же макромиру, к макроизменениям его объектов. Связь мира теории и мира эмпирии непосредственна, они «выписаны» на одном и том же пространственно-временном языке. Это и естественно, ибо в науке создавались теории определенного фрагмента макромира, а этот фрагмент как раз и являлся миром эмпирии, миром эмпирических интерпретаций.

 

Взаимосвязь теоретического и эмпирического в развитии современной физики. С развитием физики, особенно квантовой, совпадение теоретических и эмпирических пространства и времени, характерное для ньютоновской механики, нарушается. Физика стала изучать закономерности микромира, отличные от закономерностей макромира. Это «онтологическое» изменение выражается и в том, что пространственно-временные структуры, выраженные в определенном математическом аппарате, претерпевают такое обобщение, что становится затруднительным рассматривать их как пространство и время.

Для понимания сказанного, напомним, что в основании сложившейся теории всегда можно обнаружить взаимосогласованную сеть абстрактных объектов, определяющих содержательную специфику данной теории. Эта сеть абстрактных объектов называлась выше фундаментальной теоретической схемой. Такая теоретическая схема тесно связана с математическим аппаратом теории, ибо абстрактные объекты теоретических схем физики отображены на объекты математики. И вот в математическом аппарате теории выделяется ее определенный компонент – определенное математическое пространство, физическая интерпретация которого является необходимым моментом собственно физической теории. Весь ряд физических динамик от Аристотеля до Эйнштейна может быть охарактеризован четырехмерным математическим пространством-временем, которое в каждой динамике обладает некоторой спецификой (спецификой расслоения).

Таким образом, современная физика строит теории микро- и мегамира, но макромир остается по-прежнему миром эмпирических интерпретаций. Именно поэтому в дальнейшем развитии физики происходит расхождение теоретического и эмпирического уровней физических теорий. При этом если эмпирия по-прежнему функционирует в рамках «обычных» пространства и времени, то теоретический уровень современных физических теорий организован в рамках весьма абстрактных математических структур.

В середине 19 в. Б.Риман поднял вопрос о возможной макроскопичности евклидова пространства и времени классической физики. Он считал, возможным, что эмпирические понятия, на которых основывается установление пространственных метрических отношений, - понятия твердого тела и светового луча, - теряют всякую определенность в бесконечно малом. Риман высказывал фактически мысль о том, что операциональные процедуры, с помощью которых протекает физикализация евклидова пространства и времени в классической физике и которые определяют специфику понимания эмпирического уровня классических теорий, могут оказаться непригодными вне масштабов макрореальности.

Как известно, именно это и проявилось в ходе создания специальной теории относительности и квантовой механики. Эйнштейн, как известно, начал построение СТО с рассмотрения одновременности событий, используя операциональную процедуру, основанную на световой сигнализации. Дальнейшие соображения опирались на принцип относительности и принцип постоянства скорости света. Аналогичен подход и в построении квантовой механики, где принцип неопределенности связан с принципом квантовомеханического измерения. Поэтому многие физики, характеризуя СТО и квантовую механику, основной упор делают на том, что они ознаменовали принципиально новые шаги в понимании измерения. Такой путь построения теорий характеризует взаимосвязь теоретического и эмпирического в развитии современной физики. Он заключается не только в выдвижении гипотетических представлений об устройстве природы, на основе которых можно было бы сформулировать новые конкретные теоретические гипотезы, но и в теоретическом анализе схемы измерения, в единстве с которой может быть выявлена соответствующая структура природы.

Осуществить такое единство эмпирического и теоретического уровней в рамках обобщенно-теоретического анализа до сих пор не удалось, как нам представляется в квантовой физике. Действительно, напомним, что концепция дополнительности исходит из того, что неклассические квантово-теоретические понятия подлежат эмпирической интерпретации посредством классических понятий. Идея Бора состоит в том, что независимо от характера теоретических понятий эмпирические понятия обязательно классичны, потому что классичны измерительные приборы. Иными словами, язык классической физики остается в силе и для неклассической области, т.е. он является всеобщим. Но эта всеобщность остается чисто гносеологической, теоретико-познавательной. В свете того, что сказано выше о соотношении эмпирического и теоретического можно, по-видимому, выдвинуть задачу теоретического объяснения этого соотношения, объяснения, которое может базироваться на понимании физических связей различных уровней реальности – уровней макромира и микромира, возникновения форм макромира из процессов на уровне микромира.