Академик В. АМБАРЦУМЯН, кандидат философских наук В. КАЗЮТИНСКИЙ
Современное естествознание развивается все ускоряющимися темпами, расширяя, и углубляя наши знания о природе, увеличивая власть человека над ней. Оно все чаще «вторгается» в ранее неизвестные или недоступные для исследования области природы, обнаруживая в них неожиданные, необычные явления. Это создает острые проблемные ситуации, которые во многих случаях требуют нетрадиционных подходов, и принципиально новых идей. Большую роль в анализе подобных ситуаций играют философские соображения. Они помогают в поиске путей движения к новым результатам, в их обосновании, и включении в систему знания. Рассмотрим некоторые возникающие здесь вопросы.
НЕИЗБЕЖНОСТЬ ВСЕ БОЛЕЕ СТРАННОГО МИРА
Революция, которая произошла в физике первой половины двадцатого века, привела к созданию новых фундаментальных теорий - теории относительности, и квантовой механики. Их утверждение в науке было образно названо «неизбежностью странного мира» - настолько необычными казались эти теории. Но постепенно - по мере того, как фундаментальные теории современной физики получили многообразные конкретные приложения - они стали восприниматься, как нечто привычное, самоочевидное, и превратились в эталон научного мышления.
За последние три десятилетия благодаря применению этих теорий во многих науках о природе - химии, биологии, и др. - были достигнуты выдающиеся успехи, которые справедливо рассматриваются, как продолжение революции в естествознании. Это породило у части естествоиспытателей ощущение своеобразной самоуспокоенности. Многие из них стали считать, что все (или почти все) фундаментальные законы природы уже открыты, и дальнейший прогресс естествознания будет заключаться лишь в их применении к вновь открытым явлениям. Была даже выдвинута точка зрения, что на основе фундаментальных законов современной физики может быть построена завершенная (разумеется, лишь в некоторых основных чертах) естественнонаучная картина мира. Иными словами, вся совокупность явлений природы - физических, астрофизических, химических, биологических, и т. д., как уже известных, так еще, и не открытых, - может быть сведена к этим законам. Модификация указанной точки зрения состоит в том, что единство естественнонаучной картины мира недостижимо в рамках уже известных теорий, но будет получено в сравнительно недалеком будущем, после построения «единой физической теории», включающей гравитационные, релятивистские, и квантовые явления.
Идея о том, что бесконечное число явлений природы может быть понято на основании ограниченного числа фундаментальных законов, и теорий, в принципе не исключается. Но. как свидетельствует развитие современного естествознания, она является недостаточной. Законы природы также оказываются бесконечно многообразными. Какие бы общие, и «окончательные» законы, описывающие фундаментальные свойства материи, мы ни установили, они, как можно думать, должны иметь лишь ограниченную область применения. Следовательно, любая единая естественнонаучная картина мира представляет собой лишь относительно завершенный теоретический синтез знаний, и по мере дальнейшего исследования природы будет сменяться новыми, но всегда лишь относительно завершенными едиными картинами мира все большей степени обобщенности, и точности. Именно к такому выводу приводит, на наш взгляд, анализ тенденций развития современного естествознания с позиций ленинского принципа неисчерпаемости материи.
В современном естествознании есть две области исследований, которые могут потребовать глубокого, и далеко идущего пересмотра наших представлений о природе. Это физика элементарных частиц, и в еще большей мере - астрофизика. За последнее время во Вселенной открыты объекты неизвестного ранее типа - активные ядра галактик, квазары, и др. Попытки описать их в рамках известных нам фундаментальных физических теорий встречаются с огромными трудностями. Разработка более общих, чем известные сейчас, и, несомненно, еще более диковинных фундаментальных теорий физики становится, по-видимому, неизбежной. Их создание будет означать, что естествознание идет к признанию неизбежности все более странного мира.
ЭМПИРИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ПОИСКА
Каково соотношение фактических данных, и теоретических предпосылок в естественнонаучном поиске, в синтезе нового знания о природе? Этот вопрос приобрел особую актуальность по двум причинам. Во-первых, опыт заставляет нас постоянно изменять, и уточнять существующую систему знания. Во-вторых, построение новых естественнонаучных теорий требует, кроме эмпирических Данных, также привлечения многообразных, нередко весьма сложных теоретических представлений.
Сторонники одного из модных направлений современной идеалистической философии - позитивизма - подчеркивают резко возросшую роль эмпирических данных в изучении природы. Опыт привел к отказу от ряда казавшихся «незыблемыми» представлений классического естествознания, таких, как неделимые атомы, абсолютное пространство, абсолютное время, и др. Это доказывало, что основные естественнонаучные понятия отнюдь не являются априорными. Но позитивисты пошли значительно дальше, всячески принижая роль теоретических предпосылок (в частности философских идей, и принципов) в синтезе нового знания о природе.
С другой стороны, нашлись, и активные защитники априорного происхождения фундаментальных понятий, и теорий современного естествознания. Известный английский астрофизик А. Эддингтон, создавший концепцию «селективного субъективизма», считал, например, вслед за Кантом, что подлинная наука начинается тогда, когда разум предписывает законы природе, а не заимствует их у нее. Но на самом деле исследование природы немыслимо, как без обращения к опытным данным, так, и вне существующей системы знания (которая выступает для исследователя в качестве относительно «априорной» представляя собой аккумуляцию предшествующего опыта, она принимает участие в исследовании, а известной степени уже независимо от него).
Эмпирические данные, вне всякого сомнения, играют исключительно важную роль в создании естественнонаучных теорий, в том числе, и фундаментальных теорий современной физики. Достаточно красноречивый пример - создание квантовой механики. Потребовалась многолетняя, упорная, и чрезвычайно трудоемкая работа по исследованию атомных спектров, и явлений атомного масштаба, потребовалось, далее, крушение при сопоставлении с фактами всех попыток понять эти явления на основе полуклассических представлений (в том числе боровской модели атома), прежде чем были наконец сформулированы математический формализм, и основные физические принципы квантовой теории.
Но создание теории относительности, и квантовой механики, которые позитивисты рассматривают, как построенные методом «чистого эмпиризма», на самом деле было бы немыслимо без содержательного анализа ряда фундаментальных физических понятий. Именно в ходе такого анализа, и вырабатывались соответствующие современной физике неклассические понятия пространства, времени, причинности, а также многие другие.
С другой стороны, современные теории не фабрикуются всецело на основе, каких-либо априорных принципов, что с полной очевидностью вытекает из общеизвестного факта - подавляющее большинство наиболее значительных открытий в изучении природы оказалось совершенно неожиданным. Эти открытия не только не были предсказаны, но в ряде случаев не могли получить адекватного теоретического истолкования долгое время спустя.
Любая из наук о природе изучает свой объект с точки зрения человеческой практики, ее задач, интересов, и т. д. Естествоиспытатель непосредственно имеет дело с отдельными сторонами природы, включенными в сферу практики. Закономерности их не лежат на поверхности наблюдаемых явлений. Пытаясь понять эти явления, •исследователь набрасывает на них ту теоретическую «сеть», которая имеется в данный момент в его распоряжении. Таким образом делается попытка, как бы уложить изучаемые аспекты природы в прокрустово ложе теоретических возможностей исследователя. Однако это лишь одна сторона дела. Нельзя забывать, что природа, со своей стороны, не только «подсказывает», но, и самым настойчивым образом «навязывает» нам способы описания реальности, и закономерности эмпирического, и теоретического уровней, знания, в том числе фундаментальных законов физики. И если выяснится, что для описания по крайней мере некоторых из недавно открытых во Вселенной явлений необходимо обобщение известных сейчас фундаментальных физических теорий, будет получен еще один лишний довод против взглядов Эддингтона об «априорности» этих теорий.
Таким образом, уловив реальную черту современного изучения природы - возрастание активности исследователя, - Эддингтон не смог правильно понять ее смысл, что, и привело его к ряду выводов, отмеченных печатью крайнего субъективизма.
Большое внимание рассматриваемой проблеме уделял А. Эйнштейн. Отводя большое значение роли фактов в построении физической теории, он считал, однако, что факты сами по себе, как бы много их ни было, не могут привести нас к таким теориям, как, например, общая теория относительности. «На опыте можно проверить теорию, но нет пути от опыта к построению теории» - эту мысль Эйнштейн повторял настойчиво, и неоднократно. «Высшим долгом физиков, - писал он, - является поиск тем общих элементарных законов, из которых путем чистой дедукции можно получить картину мира. К этим законам ведет не логический путь, а только основанная на проникновении в суть интуиция». В этом смысле фундаментальные понятия, и законы физики «суть свободные творения человеческого разума»
Эйнштейн совершенно прав, когда он подчеркивает, что фундаментальные теории современной физики (речь идет именно о них) не были выведены из эмпирических данных чисто индуктивным путем; путь их построения был, разумеется, значительно более сложным. Важнейшая роль в подобных случаях принадлежит интуиции. Но если от опыта к теории нет формально строгою, однозначного пути, то отсюда тем не менее вовсе, но следует, что путь от опыта к теории вообще ничем не детерминирован. Помимо интуиции, процесс построения естественнонаучной теории достаточно жестко зависит, и от факторов, роль которых вполне поддается методологическому анализу. Это 1) эмпирические данные; 2) теории, общие теоретические идеи, и принципы соответствующей науки; 3) естественнонаучная картина мира; 4) соображения математического характера; 5) категории, принципы, и идеи философии. Нет никакого алгоритма, который позволил бы с полной однозначностью построить ту или иную теорию, исходя из указанных типов сведений, но все же они настолько ограничивают «произвол» исследователя, что в сколько-нибудь буквальном смысле считать теорию «свободным творением человеческого разума» нельзя. Роль этих факторов оказывается, конечно, различной в разных науках о природе, на разных этапах их развития. В одних случаях на первый план выдвигаются эмпирические данные, в других - главную роль начинают играть философские соображения (разумеется, в тесной взаимосвязи с другими факторами). Но понимание важности этих факторов предохраняет исследователя от односторонности.
Иногда высказывается мнение, что относительная роль эмпирических данных в синтезе нового знания все же уменьшилась, тогда, как роль теоретических предпосылок возросла. В прошлом, считают сторонники этой точки зрения, опыт, как правило, предшествовал новым теоретическим построениям, но сейчас он выступает часто лишь, как звено в проверке теоретических построений.
Утверждения, что все меньше гипотез выдвигается, как непосредственное обобщение данных опыта, неубедительны. Никаких подсчетов по этому поводу никогда, и никто не производил. Кроме того, и в классическом естествознании нередко выдвигались теоретические представления, и модели, которые разрабатывались, исходя, например, из принципов механики, и лишь затем проверялись опытным путем.
Мы уже упоминали о том, какое огромное значение имели факты при построении квантовой механики. Обратимся теперь к другой области современного естествознания - астрофизике.
Астрофизика обладает рядом специфических черт, отличающих ее не только от других наук о природе, но, и от других разделов физических наук. Эмпирическую основу астрофизики составляют факты, полученные на основе наблюдений. Если физик обычно повторяет свой опыт для того, чтобы установить зависимость явления от условий, в которых поставлен эксперимент, то в астрофизике дело обстоит иначе. Пронаблюдав один раз необычное явление, мы не в силах повторить его по нашему желанию. Мы иногда даже не имеем представления о тех условиях, и внешних обстоятельствах, в которых произошло замеченное нами новое явление. В связи с этим астрофизические исследования в большинстве случаев распадаются на три стадии 1) наблюдение; 2) интерпретация явления - выяснение того, что именно происходит в наблюдаемом объекте; 3) построение полной теории явления, включающей объяснение его причин. Чтобы быть конкретнее, приведем несколько примеров.
Еще в прошлом столетии астрономы проявили интерес к вспышкам так называемых новых звезд. Было выяснено, что вспышка связана с возрастанием яркости, какой-то уже существовавшей до этого слабой звезды. Была высказана с сегодняшней точки зрения совершенно наивная гипотеза вспышка новой звезды вызвана столкновением двух звезд. Уже в первой половине XX века, по мере наблюдений вспышек новых звезд, пришлось решительно отвергнуть эту гипотезу. Оказалось, что на самом деле в звезде происходит быстрое, почти мгновенное выделение энергии, взрыв. В результате вещество внешних слоев звезды выбрасывается в окружающее пространство. Вокруг звезды возникает газовая оболочка; расширяясь, она образует туманность, которая продолжает расширяться, и рассеиваться.
Таким образом, многолетние исследования позволили понять, что происходит во время вспышки. Но у нас до сих пор еще нет теории, объясняющей причину взрыва. Попытки создания такой теории путем «перескакивания» через второй этап потерпели неудачу.
Методологический просчет, сделанный в свое время в связи с изучением новых звезд, самым любопытным образом повторился уже во второй половине XX века, когда были обнаружены радиогалактики.
В 1952 году американские астрофизики В. Бааде и Р. Минковский показали, что некоторые точечные источники космического радио излучения являются галактиками. Бааде и Минковский попытались дать объяснение открытому явлению они выдвинули гипотезу, что любая радиогалактика есть результат столкновения двух галактик, каждая из которых содержала до столкновения большие массы газа. Эта гипотеза подверглась подробному анализу в Бюраканской обсерватории. Оказалось, что вероятность требуемых почти центральных столкновений чрезвычайно мала, чтобы объяснить наблюдаемое число радиогалактик. Кроме того, радиогалактики являются почти во всех случаях сверхгигантами. Но число галактик-карликов во много раз больше, значит, сталкиваться они должны были бы гораздо чаще. Ничего подобного, однако, мы не наблюдаем.
Правильное решение проблемы было найдено на основе идеи, согласно которой нестационарные объекты во Вселенной - закономерные фазы космической эволюции. Эта идея подсказывала, что причину превращения обычных галактик в радиогалактики следует искать в явлениях их внутренней жизни, а не связывать с разного рода внешними факторами. В настоящее время можно считать доказанным, что превращение обычной галактики в радиогалактику - ее радио вспышка - происходит в результате выброса из ядра галактики огромных облаков релятивистских электронов. Двигаясь в магнитном поле, они дают интенсивное радио излучение. Все явление представляет собой колоссальный взрыв, при котором выделяется энергия порядка 10е0 - 1062 эрг. Это самые большие взрывы, наблюдаемые в природе. Таким образом, возникло современное представление об активности ядер галактик - представление, которое уже сейчас приводит к очень далеко идущим следствиям. Оказывается, что ядро вопреки прежним взглядам играет важнейшую роль в жизни галактики. Все галактики могут возникать в результате процессов активности ядра (см. 1-ю стр. цветной вкладки).
Все это ясно показывает, что новые представления о Вселенной чаще всего возникают, как раз исходя из фактических данных. Аналогичным образом обстоит дело, и во многих других областях естествознания.
Приведенные примеры, конечно, вовсе не исключают того, что в астрофизических исследованиях возрастает также роль физико-теоретических, и математических предпосылок. В тех случаях, когда имеются достаточно разработанные теории (например, теория звездных атмосфер), они служат надежным инструментом анализа, и обобщения фактов. Однако эти примеры все же показывают, что ни о, каком уменьшении роли эмпирических данных в современном естествознании не может быть, и речи.
Итак, естественнонаучный поиск характеризуется резким усилением, как роли опытных данных, так, и теоретических соображений, включая специальные теории, относящиеся к предмету данной науки. Но это вполне естественно, если учесть значительное возрастание сложности объектов, и процессов, с которыми имеют дело современные науки о природе.
ЭВРИСТИЧЕСКАЯ РОЛЬ ФИЛОСОФИИ В НАУЧНОМ ПОИСКЕ
Какую же роль играет в научном поиске, в синтезе нового знания материалистическая диалектика?
Нередко считают, что теоретическое естествознание достигло уже такой степени зрелости, что оно способно формулировать основные естественнонаучные идеи, не прибегая к помощи философии. Другое понимание этого вопроса относят к рецидивам «натурфилософии»
Конечно, попытки умозрительного конструирования естественнонаучных теорий путем дедуцирования их из «чисто философских» соображений давно, и безвозвратно отброшены современной наукой. Но философские идеи атомизма, причинности, развития, и многие другие отнюдь не утратили своего методологического значения, и сейчас. И они активно участвуют в синтезе новых естественнонаучных представлений, разумеется, в теснейшей взаимосвязи с эмпирическими данными, и теоретическими представлениями, сложившимися в любой области естествознания.
Эвристическая роль материалистической диалектики была весьма существенной в синтезе не только современной научной картины мира, но также в построении, и развитии фундаментальных теорий современной физики. Подобно тому, как физико-теоретические соображения позволяют выбрать определенный тип уравнений, которые применяются при построении математического аппарата теории, философские соображения также содействуют формулировке принципов, которые затем используются при разработке физической интерпретации теории. Например, решающую роль в правильном истолковании квантовой механики сыграл разработанный Н. Бором принцип дополнительности.
Но философия часто «работает», и в более конкретных ситуациях при создании теорий, описывающих закономерности сложных явлений на основе знания фундаментальных законов природы, а во многих случаях - даже на эмпирическом уровне исследования.
Именно диалектическая концепция развития в сочетании с тщательным анализом фактического материала позволила сформулировать идею о нестационарных объектах во Вселенной, как закономерных фазах космической эволюции. Как известно, В. И. Ленин, характеризуя диалектико материалистическую концепцию развития, особое внимание обращал на вопрос об источнике развития. Он подчеркивал, что все явления в мире выступают, как единство (тождество) противоположностей. Это означает «признание» («открытие») противоречивых, взаимоисключающих, противоположных тенденций во всех явлениях, и процессах природы.» Каждая из сторон единого целого способна превращаться в свою противоположность, противоположности переходят друг в друга; взаимодействие, «борьба» противоположностей, и является источником развития.
Анализ проблемы нестационарных объектов во Вселенной с позиций диалектической концепции развития подсказал мысль, что традиционное истолкование этих объектов, как каких-то аномалий от нормального пути космической эволюции ошибочно. В противовес этому общепринятому долгое время взгляду была обоснована точка зрения, согласно которой нестационарные объекты представляют собой поворотные пункты в развитии космических тел, и систем. Количественные изменения вызывают здесь изменения качественные - переход космического объекта из одного состояния в другое или, как выяснилось позднее, также возникновение новых объектов.
Подобная ситуация не должна рассматриваться, как нечто исключительное.
Применяется ли в процессе синтеза нового естественнонаучного знания вся система философских категорий или же особенно большое значение имеют лишь некоторые из них?
Если рассмотреть процесс синтеза любой фундаментальной научной теории, то можно заметить, что фактически на первый план здесь всегда выдвигалась группа категорий, соответствующих основным понятиям данной теории. Например, А. Эйнштейн при разработке специальной теории относительности использовал в первую очередь категории материи, пространства, времени, движения. При создании квантовой механики решающее значение имело применение уже иных философских категорий причинности, необходимости, случайности, возможности, действительности. В космогонии особенно важны категории развития, и другие непосредственно связанные с ней категории.
Философские представления во многих случаях применяются не в своей общей форме, отвлеченной от конкретного содержания. Они модифицируются соответственно особенностям изучаемых объектов. Укажем, например, на две конкретизации принципа единства мира в астрофизике. Согласно одной из них, все объекты, и процессы, изучаемые астрономией, могут быть описаны, исходя из ограниченного числа фундаментальных физических теорий. Сторонники подобных взглядов полагают, что явления, например, в мире галактик не представляют собой ничего качественно нового по сравнению с явлениями в системах меньшего масштаба.
Согласно другому пониманию единства материи, каждому уровню материального мира соответствуют свои собственные закономерности. Фундаментальные физические теории - как уже известные, так, и те, что физике еще предстоит создать, - могут в принципе иметь лишь ограниченную область применимости. Единство мира связано с его бесконечным многообразием, как в отношении уровня явлений, так, и в отношении уровня законов.
Указанные различия привели к различиям в логике исследования - отбору различных трактов, которые считались существенными для построения теории, разных путей их анализа, и обобщения, что, и обусловило в результате появление различных взглядов на многие проблемы структуры, и эволюции Вселенной.
ТЕОРИЯ - ОБОБЩЕНИЕ ЭМПИРИЧЕСКИХ ДАННЫХ
В чем состоит логика естественнонаучного поиска, направленного на построение теории того или иного круга явлений?
Процесс построения теории в науках о природе не носит чисто индуктивного характера он значительно сложнее. Некоторые философы, подчеркивая это обстоятельство, делают отсюда вывод, что теорию нельзя рассматривать, как обобщение эмпирических данных. Такой вывод представляется необоснованным.
Конечно, в подавляющем большинстве случаев логика построения теории не сводится лишь к движению в направлении опыт - теория. Опыт дает толчок к построению теории, но возникает она в рамках теоретического уровня знания. В тех случаях, когда существует особая теория, достаточная для объяснения эмпирических данных, объяснение строится из элементов уже имеющихся теоретических представлений. Но все же утверждение, что теория, и теоретические представления выражают собой в конечном счете именно обобщение фактических данных, полностью отражает суть дела. Следует только помнить, что формы обобщения могут быть очень разнообразными; они отнюдь не сводятся к одной лишь индукции.
В одних случаях новое теоретическое представление может возникать, как более или менее прямое объяснение эмпирических данных. Так, например, были созданы современные представления о происхождении звезд, и звездных систем. Наблюдения привели к выводу, что звезды возникают совместно, группами. Эти группы сначала являются сравнительно компактными, но многие из них неустойчивы, и постепенно рассеиваются (см. схему на стр. 29). Естественно, возник вопрос, насколько эти факты объясняются классическими представлениями об образовании звезд из разреженного диффузного вещества. Выяснилось, что даже при самых больших натяжках классические представления сталкиваются с непреодолимыми трудностями. Система звезд, возникших в результате конденсации разреженного газа, была бы относительно устойчивой, что противоречит результатам наблюдений. Это подсказало необходимость поисков принципиально новых объяснений. В Бюраканской астрофизической обсерватории была сформулирована альтернативная гипотеза о том, что звездные группировки возникают в результате взрывной фрагментации плотных или сверхплотных протозвезд. Дальнейшие исследования показали, что есть эмпирические данные, необъяснимые с точки зрения первой гипотезы, но вполне естественные с точки зрения второй. Тем самым появились дальнейшие аргументы, которые заставляют отказаться от классических представлении, хотя подробно разработанной, и всесторонне обоснованной теории, исходящей из «неортодоксальных» идеи, пока еще нет.
В других случаях новые теоретические представления разрабатываются на основе внутренней логики развития теории. Это возможно, если теория, охватывающая закономерности, какой-либо области явлении природы, уже создана. Большое число подобных представлений было, например, сформулировано в качестве следствий квантовой механики. Все они затем получили экспериментальное подтверждение. Но значит ли это, что теперь, помимо прежнего пути - построения теории на основе обобщения эмпирических данных, возник, и другой, противоположный путь, вполне равноправный с первым? Для ответа на этот вопрос достаточно вспомнить, что сама квантовая механика возникла в свое время, как обобщение опытных данных. Поскольку теория, как целостная система представляет собой нечто большее, чем просто сокращенная запись фактов, нет ничего удивительного в том, что она способна выходить за пределы того круга явлений, обобщение которых послужило поводом для ее создания. Однако возможность относительно самостоятельного развития теории выступает лишь, как звено в процессе развития теоретического уровня знания, который при всех своих зигзагах сейчас, как, и раньше, представляет собой процесс обобщения эмпирических данных.
