Глава II диалектика развития физики

Философия и физическая картина мира

Физика возникла как наука о природе. Известно, что развитие материального производства связано с поисками в природе новых источников энергии и с совершенствованием средств труда (по выражению К. Маркса, «костной и мускульной системы производства»). Существует неразрывная взаимосвязь между средствами труда и развитием соответствующих разделов физики. Потребности совершенствования орудий труда в XVII в. непосредственно вели к разработке таких понятий, как масса, сила, скорость, ускорение и др., а установление связи между ними привело к открытию законов механики. В свою очередь развитие механики способствовало прогрессу техники, материального производства.

Взаимосвязь физики и производства можно проследить на примере не только механики, но и других разделов физики. Например, в ходе изучения тепловых явлений в середине XIX в. были созданы тепловые двигатели, а в процессе их усовершенствования появился особый раздел физики — учение о теплоте, термодинамика. В результате формирования учения об электричестве и магнетизме возникли и развивались электротехника и радиотехника. Таков же путь развития современной атомной физики: в процессе изучения атомных явлений создавались и развивались средства производства ядерной энергетики, а развитие атомной техники открывало новые возможности для развития современной физики.

Таким образом, удовлетворение потребностей развития материального производства было возможно лишь при углублении знаний о природе, а последнее, как показано ранее, невозможно без философии. Основные понятия физики возникли в процессе обобщения опытных данных под непосредственным воздействием тех или иных философских взглядов на природу. Поскольку представления о материи и ее атрибутах в физике

являются главными, все понятия физики складывались главным образом под влиянием философских, и в частности материалистических, представлений о природе.

Если в развитии эмпирических знаний в физике главная роль принадлежит опытам и тем самым приборам (орудиям эксперимента), то в развитии теоретических знаний в физике ведущую роль играют материалистические представления о природе, на основе которых возникают общие понятия, принципы и гипотезы, служащие исходным пунктом при построении физических теорий. Данные эксперимента и исходные основы для построения теорий в системе физического знания существенно отличаются друг от друга. Первые просты в том смысле, что отражают отдельные стороны явлений. Их систематизация и обобщение в виде эмпирических законов представляют уже более сложное эмпирическое знание, поскольку оно относится не только к этим явлениям, но и к совокупностям, составляющим отдельную группу взаимосвязанных явлений. Исходные предпосылки построения теории — система общих понятий, принципов и гипотез — являются наиболее общим физическим знанием, поскольку на их основе строятся все теории, существующие на данном этапе развития физики.

Каждая теория отражает закономерность какой-либо области явлений, которая состоит из нескольких групп, служащих объектом непосредственного эмпирического исследования. В системе теоретического знания физическая теория играет главную роль в познании объективных законов и в объяснении наблюдаемых групп физических явлений. Но очевидно, что та исходная основа, на которой строятся физические теории, является более общим знанием по сравнению с отдельными физическими теориями. Любая теория охватывает лишь одну область явлений, а ее базис включает все их области, отражая наиболее общие стороны изучаемой физической реальности в целом и давая тем самым общую физическую картину мира.

Следовательно, в системе физического знания данные эксперимента, как наиболее частный вид знания, и физическая картина мира, как наиболее общий вид знания, являются такими противоположностями, отношение между которыми выступает движущей силой, источником развития физики.

Понятие «физическая картина мира» употребляется

давно, однако лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания, который может возникнуть на основе философских обобщений даже до построения теорий и который, давая самое общее теоретическое знание в физике (система общих понятий, принципов и гипотез), служит исходной основой для построения теорий1. Современная физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные данные об этой части природы, а с другой — вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого в физике не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы, как отмечал В. И. Ленин, ломаются, новые возникают, картина мира меняется 2.

Законы развития физики тесно связаны с физической картиной мира. Если количество опытных данных постоянно возрастает, то картина мира некоторое, подчас длительное время остается относительно неизменной. Вследствие этого она становится основной характеристикой определенного этапа в развитии физики, что и определяет ее фундаментальную роль в построении физических теорий. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления.

В этом состоит первая закономерность истории развития физики: она делится на ряд качественно различных этапов, обусловленных прежде всего представлениями и понятиями о материи и движении. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой.

В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, которые заложены в данной картине мира. Однако сама она при этом может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных кон-

1 См. Мостепаненко М. В. Философия и физическая теория. Л, 1969; Степин В. С. Становление научной теории. Минск, 1976. 2 См. Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с. 272, 295-296.

кретно-физических представлений о материи. В новой картине мира в начальный период ее развития наряду с новыми представлениями о материи могут сохраняться старые идеи о ее атрибутах, вследствие чего в картине мира могут возникнуть внутренние противоречия, побуждающие ее к развитию, к выработке таких представлений о коренных свойствах материи, которые находились бы в соответствии с пониманием самой материи. Таким образом, в постепенной достройке физической картины мира состоит вторая закономерность развития физики. Если первая закономерность определяет переход от одного периода развития физики к другому — революцию в развитии физики, то вторая — эволюционный ход развития физики в пределах данного периода.

В истории физики конкретные физические представления о материи менялись два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных представлений о материи (материя абсолютно прерывна) к полевым — континуальным представлениям (материя абсолютно непрерывна). Затем континуальные представления о материи были заменены современными квантовыми представлениями (материя и прерывна и непрерывна).

Следовательно, в ходе развития физики можно говорить лишь о трех физических картинах мира и соответственно о трех исторических этапах развития физики. Первый характеризуется корпускулярными, атомистическими представлениями о материи и построенной на их основе механической картиной мира. Второй этап опирается на континуальные представления о материи. Такому ее пониманию соответствует электродинамическая картина мира. Третий этап характеризуется современными квантово-полевыми представлениями о материи, в соответствии с чем строится квантово-полевая картина мира. Разберем подробнее диалектику формирования и смены этих физических картин мира.

Механическая картина мира

Полноценной наукой физика стала в XVII в., когда появилась общественная необходимость в более глубоком изучении природы. До этого понимание природы основывалось на обыденных знаниях и натурфилософии. Дальнейшее развитие общественного производства было

невозможным без более глубокого понимания явлений природы.

При переходе от обыденного к научному пониманию природы большую роль сыграли материалистические идеи. В трудах П. Гассенди и Г. Галилея был восстановлен атомизм древнегреческих философов. При этом на первое место выдвигалось понятие движения. Р. Декарт считал, что оно обусловливает все явления природы. Подлинно революционной была гипотеза Галилея о возможности движения без двигателя (закон инерции). Наконец, И. Ньютон завершил построение новой, революционной для того времени картины природы, сформулировав основные идеи, понятия и принципы, составившие механическую картину мира.

И. Ньютон начинает свой основной трактат («Математические начала натуральной философии») с изложения основных понятий картины мира. Исходя из атомистических представлений о материи, он вводит понятие массы как количества материи, наделяет тела «внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно», а отклонение от этого состояния движения связывает с действием на тело «внешней силы»3. При этом И. Ньютон выдвигает «гипотезу о тяготении» как универсальном свойстве всех тел «тяготеть друг к другу»4. Поставив перед собой задачу объяснить все явления по наблюдаемым движениям, И. Ньютон дополняет картину мира своим пониманием времени, пространства и движения, которые существуют абсолютно, т. е. независимо от материи5.

Как видно, формулируя общие исходные начала своего труда, И. Ньютон изложил определенные физические представления о материи и движении, пространстве и времени, взаимодействии и закономерности в соответствии с философскими идеями Г. Галилея и П. Гассенди (атомистические представления о материи), Р. Декарта, придававшего первостепенное значение движению, и Т. Гоббса, доказывавшего объективность протяженности. При этом одной из ведущих философских идей, которой руководствовался И. Ньютон в своих исследова-

3 См. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пг., 1915, с. 22-25.

4 См. там же, с. 3.

5 См. там же, с. 30 — 35.

ниях, была идея единства и универсальной взаимосвязи явлений б.

На основе механической картины мира Ньютон сформулировал законы движения, которые он считал фундаментальными законами мироздания. Создание механики способствовало ускоренному развитию теоретических методов исследования природы. Как отмечают историки физики, с 1690 по 1750 г. особенно быстрыми темпами развивается математическая физика7.

В теоретическом базисе механики И. Ньютона находилась система материальных точек. Исходя из ньютоновских представлений о природе, механической картины мира, Л. Эйлер и Я. Бернулли разработали ряд новых физических теорий - теорию движения твердого тела, теорию упругости и гидродинамику. Ж. Л. Лагранж систематизировал механику и поставил перед собой задачу объяснения всех явлений мироздания чисто аналитическим путем, руководствуясь механикой и механической картиной мира. В конце XVIII и начале XIX в. П. С. Лаплас, реализуя программу Лагранжа в объяснении мироздания, разработал «земную», «небесную» и «молекулярную» механику.

Успехи механической теории в объяснении явлений природы, а также их большое значение для развития техники, для конструирования различных машин и двигателей привели к абсолютизации механической картины мира. Она стала рассматриваться в качестве универсальной научной картины мироздания. Весь мир (включая и человека) понимался как совокупность огромного числа неделимых частиц, перемещающихся в абсолютном пространстве и времени, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенно передающимися от тела к телу через пустоту (ньютоновский принцип дальнодействия). Согласно этому принципу, любые события жестко предопределены законами механики, так что если бы существовал, по выражению П. Лапласа, «всеобъемлющий ум», то он мог бы их однозначно предсказывать и предвычислять».

В то же время в конце XVIII - начале XIX в. в физике накапливались эмпирические данные, противоречащие механической картине мира. Так, наряду с рассмотре-

6 См. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пг., 1915, с. 36-52.

7 См. Розенбергер Ф История физики, т. 2. М. — Л., 1937, с. 182.

8 См. Лаплас П. Опыт, философии теории вероятностей. М., 1908.

нием системы материальных точек (что полностью соответствовало корпускулярным представлениям о материи) пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Тем самым обнаружилось противоречие между механической картиной мира и некоторыми фактами опыта. Для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира — особой тонкой и абсолютно непрерывной «световой материи». Однако уже Ньютон пытался показать, что эти явления можно объяснить, исходя из тех принципов, которые находились в основе созданной им механики. Он разработал корпускулярную теорию света, расширив тем самым содержание механической картины мира.

В XIX в. методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, все это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Однако при попытке выйти за пределы механики системы точек приходилось вводить все новые и новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механической картины мира. Так, для объяснения теплоты было введено понятие «теплорода», т. е. особой тонкой сплошной материи, для объяснения электричества и магнетизма предположили существование особых непрерывных видов материи — «электрической» и «магнитной» жидкости. Ф. Энгельс критиковал эмпириков, которые думали, что объяснили все явления, подведя под них какое-нибудь неизвестное вещество: световое, тепловое или электрическое. Эти «воображаемые вещества теперь можно считать устраненными»9, — писал он. И действительно, позднее на основе механической картины мира была построена кинетическая теория тепла, сформулирован закон сохранения и превращения энергии, и таким образом «теплород» был отброшен.

Но механический подход к таким явлениям, как свет, электричество и магнетизм, оказался неприемлемым. Опытные факты искусственно подгонялись под механическую картину мира. Несмотря на множество попыток, механическую модель эфира как материального носителя света, электричества и магнетизма так и не удалось по-

9 Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 20, с 12.

строить. Однако в рамках этой картины мира данному обстоятельству не придавалось принципиального значения, и попытки построить атомистическую модель эфира продолжались даже в XX в. Считая, что такая модель все же в принципе возможна, и ссылаясь на успехи механической картины мира, в частности кинетической теории тепла и статистической механики, многие крупнейшие физики второй половины XIX и даже начала XX в. полагали, что механистическое миропонимание является единственно научным и универсальным. Так, по свидетельству М. Планка, его учитель Ф. Жолли заявлял:

«Конечно, в том или ином уголке можно еще заметить или удалить пылинку или пузырек, но система, как целое, стоит довольно прочно, и теоретическая физика заметно приближается к той степени совершенства, какою уже столетия обладает геометрия» ю.

Не увенчавшиеся успехом попытки объяснить на основе механической картины мира явления света, электричества и магнетизма свидетельствовали о том, что противоречия между общим физическим знанием и частным — данными опыта — фактически оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира. Но приверженность физиков к старым догмам мешала пониманию этого принципиально важного обстоятельства.