Мысленный эксперимент в истории развития физики нового времени

В силу характера и ограниченного объема работы мы не сможем сде­лать полного обзора тех ситуаций в развитии познания, когда мыс­ленный эксперимент играл важную, а иногда даже решающую роль. Мы ограничимся только обзором тех мысленных экспериментов, ко­торые оказались существенными для становления и развития основ­ных теоретических концептуальных систем физики Нового времени, т. е. начиная с XVII в. Несколько опережая конкретный материал, скажем, что нет ни одной концептуальной системы физического зна­ния, для которой роль мысленного эксперимента не была бы весьма значительной.

Первой теорией, которая может рассматриваться как современ­ная научная теория, является классическая механика. Создание ос­нов механики связано с трудами Галилея, установившего принципы существования движения по инерции и относительности движения. Средством установления этих фундаментальных принципов класси­ческой механики были чрезвычайно многочисленные мысленные экс­перименты, подробно обсуждаемые в классических трудах Галилея. Наибольшую известность среди них приобрели мысленные экспери­менты с движением шариков по наклонной плоскости и с мухами в каюте корабля[26].

Не менее важную роль в развитии механики сыграл также мыс­ленный эксперимент Ньютона с вращающимся ведром[27], при помощи которого обосновывался абсолютный характер пространства.

В дальнейшем развитии механической картины мира мысленный эксперимент неоднократно использовался при создании механических теорий различных явлений, начиная от теории движения жидкости и кончая попытками построения механических моделей электромагнитных процессов. Классическим приемом в этих рассуж­дениях было мысленное выделение малого участка среды и рассмот­рение его равновесия или движения под действием системы сил, дей­ствующих на него, включая силы, действующие со стороны соседних элементов. При этом вся схема мысленного выделения элемента стро­илась так, чтобы эффекты, связанные с конечностью его размеров, имели второй порядок малости. Классическим примером применения этого метода является вывод формулы Лапласа для избыточного дав­ления над поверхностью жидкости, искривленной силами поверхност­ного натяжения[28].

Этот способ, развитый первоначально в механике, оказался очень плодотворным для получения дифференциальных уравнений, описывающих процессы, иногда достаточно далекие от механики. Он широко применяется в курсах математической физики для вывода уравнений теплопроводности, диффузии, колебаний струны и ряда других. Однако применимость этого приема ограничена областью явлений, обладающих достаточной степенью макроскопичности и близо­сти к механическим явлениям. Он не может быть использован для получения уравнений, описывающих полевые электромагнитные про­цессы или квантовые не квазиклассические явления. Поэтому такой тип мысленного эксперимента в настоящее время имеет в основном (хотя и не исключительно) учебное значение.

Следующими после классической механики фундаментальными физическими теориями были термодинамика, естественно перерастав­шая в статистическую физику, и электродинамика. Эти теории раз­вивались во времени в значительной степени параллельно, и в конце XIX — начале XX в. имело место достаточно сильное взаимодей­ствие между ними. Эти обстоятельства затрудняют выполнение стро­го последовательного обзора и делают выбор несколько произволь­ным. Мы начнем с рассмотрения термодинамики.

Возникновение теоретической термодинамики в начале XIX в. связано с мысленным экспериментом С. Карно, проанализировавшим работу тепловой машины с идеальным газом в качестве рабочего тела и определенной последовательностью стадий работы (цикл Карно)[29]. Результатом этого анализа было установление второго закона термодинамики — принципа возрастания энтропии.

Значение мысленного эксперимента Карно в термодинамике не исчерпывается этим основополагающим, но все же единственным результатом. Цикл Карно явился прототипом метода циклов. Со­держание этого метода состоит в том, чтобы для очень многих явле­ний построить циклический процесс и, применяя второй закон термодинамики, получить важное соотношение, связывающее парамет­ры изучаемого явления. Таким способом, например, выводится урав­нение Клапейрона — Клаузиуса для зависимости давления насы­щенного пара от температуры[30]. Наиболее известным мысленным экс­периментом этого типа является «ящик обратимости» Вант-Гоффа, позволяющий рассмотреть равновесие в системе реагирующих газов[31].

После успешного применения этого метода Я. Вант-Гоффом он получил очень широкое распространение в приложениях термодина­мики к конкретным системам. Как пишет Дж. Партингтон, «со вре­мени Вант-Гоффа метод круговых процессов, придумываемых ad hoc для вывода необходимого уравнения, широко применяется в физи­ческой химии»[32]. На использовании метода циклов полностью постро­ен известный в начале XX в. курс теоретической химии В. Нернста[33]. Этот метод нашел применение и за пределами химической термодинамики. Здесь наиболее значительным его достижением яв­ляется термодинамическое обоснование существования светового давления в мысленном эксперименте Бартоли—Больцмана с тепловой машиной, в которой рабочим телом является равновесное излуче­ние[34].

Вообще развитие термодинамики излучения (тем самым и начало квантовой теории) тесно связано с мысленными экспериментами Г. Кирхгофа, «Л. Больцмана, В. Вина[35].

Дальнейшее развитие термодинамики привело к постепенному вытеснению метода термодинамических циклов более строгим фор­мальным методом термодинамических потенциалов, но как учебный и иллюстративный прием он сохраняется и в современных книгах.

Основным принципом получения результата в методе термодина­мических циклов является II закон термодинамики — принцип воз­растания энтропии. Однако существует модификация метода циклов, использующая I закон термодинамики — закон сохранения энергии, это метод круговых процессов типа Борна—Габера. В круговом про­цессе Борна—Габера производится мысленное разделение матери­альной системы (кристалла, молекулы) на ионы, превращение ионов в атомы, атомов в чистые вещества (молекулы газа или куски металла) и, наконец, реакция веществ с образованием исходной системы. В конечном итоге составляется уравнение баланса энергии для все­го кругового процесса, позволяющее найти трудно доступную (или вообще недоступную) для прямого измерения энергетическую харак­теристику одного из этапов, если энергетические характеристики всех остальных этапов известны из эксперимента или теоретического расчета.

Метод круговых процессов Борна—Габера сыграл выдающуюся роль в развитии физики ионных кристаллов[36], он применялся также для нахождения энергии связи атомов в молекулах[37], энергии адсор­бции атомов на поверхности твердых тел[38]. Общим условием приме­нимости метода энергетических циклов является возможность доста­точно однозначного разделения взаимодействующей системы на от­дельные индивидуализируемые части. Например, в случае молекулы таким условием выступает резко выраженный характер связи — ионный или ковалентный. В промежуточных случаях этот метод неприменим.

Метод энергетических циклов, так же как и метод термодинамиче­ских циклов, в настоящее время последовательно вытесняется более строгими теоретическими методами расчета, сохраняя свое значение лишь как качественный полуэмпирический способ оценки.

Развитие термодинамики в первой половине XIX в. закономерно привело к возникновению молекулярно-кинетической теории. При этом важным моментом была тенденция дать термодинамике более глубокое обоснование. И у истоков этого этапа развития физики также стоит выдающийся мысленный эксперимент — «демон» Макс­велла. Подробный и разносторонний анализ «демона» Максвелла дан в книге Л. Бриллюэна[39]. Здесь же мы отметим лишь то характерное обстоятельство, что в этом мысленном эксперименте Максвелл, бывший сам одним из создателей молекулярно-кинетической теории, установил противоречие между II законом термодинамики и элемен­тарными молекулярными представлениями. Анализ этого противо­речия стал началом развития статистической интерпретации энтро­пии и вообще статистической физики как новой ветви точного есте­ствознания.

Однако дальнейшее развитие статистической физики уже не связано с применением мысленных экспериментов и носит резко выраженный математический характер.

Как уже говорилось выше, параллельно с термодинамикой в XIX в. шло развитие электродинамики. Создание полевой теории электромагнитных явлений потребовало совершенно нового, неме­ханического представления о непрерывной среде. Поле не является совокупностью «частиц», действующих друг на друга посредством сил и подчиняющихся законам Ньютона. Учет этого обстоятельства связан с необходимостью выработки новых подходов к анализу яв­лений, что и было выполнено Фарадеем и Максвеллом, причем в этом процессе значительную роль играли мысленные эксперименты. Мы не будем рассматривать конкретные мысленные эксперименты самих Фарадея и Максвелла, в большем числе встречающиеся в их ра­ботах[40]. Укажем лишь, что они по своему характеру близки к мыс­ленным экспериментам математической физики, упоминавшимся выше. В этом отношении показательной является реконструкция мыс­ленного эксперимента Максвелла, выполненная Эйнштейном и Инфельдом[41]. Рассматривается виток, для которого выполняется закон индукции Фарадея и который мысленно стягивается в точку с целью исключения влияний конкретной формы витка. Эта процедура ис­пользуется для того, чтобы ввести понятие поля в точке, и по своей сути является содержательным определением математической опера­ции ротора.

Дальнейшее развитие классической физики было связано с углуб­лением анализа электромагнитных процессов и формированием элект­ромагнитно-полевой картины мира. При этом физики очень активно использовали метод мысленного эксперимента. Выше уже упомина­лись мысленные эксперименты Кирхгофа, Бартоли—Больцмана и Вина при анализе термодинамических закономерностей излучения. Аналогичную роль играли мысленные эксперименты по электромаг­нитно-полевому обоснованию механики. Таким образом, например, Газенерлем[42] было установлено существование инерции излучения и выведена формула связи между инертной массой и энергией, явив­шаяся предшественницей знаменитой формулы Е = тс². Сложность этого мысленного эксперимента состоит в том, что электрические силы на электромагнитное излучение не действуют, а прикрепить к ним стержень или пружину невозможно даже в воображении. Газенерль рассмотрел излучение в зеркальном ящике, подвергающемся ускорению. При этом в силу эффекта Допплера для электромагнит­ных волн возникает разность давлений света на противоположные стенки ящика, которая фиксируется как проявление инерции излу­чения.

Электромагнитно-полевая картина мира и термодинамика излу­чения образуют завершающий этап развития классической физики. Физика XX в. знаменуется возникновением и развитием некласси­ческих теорий — специальной и общей теорий относительности, квантовой механики и квантовой теории поля. В процессе формиро­вания этих теорий мысленный эксперимент играл не меньшую роль, чем в период развития классической физики.

Первым из них был мысленный эксперимент Эйнштейна по уста­новлению относительности понятия одновременности в различных системах отсчета («поезд» Эйнштейна)[43]. В этом рассуждении впервые было введено представление о необходимости обмена сигналами для синхронизации часов и получены следствия из принципа конечности скорости распространения сигнала в любой системе отсчета. Не менее важное значение анализируемый нами метод имел и в становлении общей теории относительности. Здесь необходимо от­метить мысленный эксперимент П. Эренфеста, рассмотревшего метри­ческие отношения во вращающейся системе[44]. Эренфест показал, что учет релятивистского сокращения масштабов приводит к изменению метрических отношений в неинерциальной системе, и тем самым про­демонстрировал необходимость перехода к неевклидовой (римановой) метрике пространства. В дальнейшем к обсуждению этого экспери­мента неоднократно обращался сам Эйнштейн[45]. Еще большую из­вестность получил мысленный эксперимент Эйнштейна по анализу физических процессов в локально ускоренной системе отсчета («лифт» Эйнштейна)[46]. Он стал началом для формулирования прин­ципа эквивалентности ускорения и гравитационных сил. Таким об­разом, два фундаментальных положения ОТО (неевклидовость про­странства и принцип эквивалентности) обязаны своим происхождени­ем использованию метода мысленного эксперимента. Однако необ­ходимо отметить, что дальнейшее развитие этих теорий, в особенности ОТО, происходило без использования мысленных экспериментов и скорее связано с методом математической гипотезы.

Несколько позднее теории относительности начала развиваться новая ветвь неклассической физики — квантовая теория. В этом процессе метод мысленного эксперимента использовался чрезвычайно» широко, и с этим этапом его применения связано, видимо, широко распространенное мнение о его особой роли в физике микромира. Наиболее важными для развития квантовой механики явились мыс­ленные эксперименты Гейзенберга («микроскоп» Гейзенберга)[47],. Эйнштейна и Бора в их знаменитой дискуссии об основаниях кванто­вой механики[48], Эйнштейна—Подольского—Розена[49], а также мыс­ленные опыты Ландау—Пайерлса и Бора—Розенфельда, посвящен­ные проблеме измеримости в квантовой теории поля[50]. Мы рас­смотрим подробно только «микроскоп» Гейзенберга, поскольку в этом рассуждении очень выпукло выступают наиболее характерные черты мысленного эксперимента как метода исследования.

Рассматривая вопрос об измерении координаты микрочастицы с помощью пучка света, рассеиваемого этой частицей, Гейзенберг установил, что ошибка в определении координаты Dх имеет величи­ну порядка длины волны используемого излучения l. Одновременно неопределенность импульса частицы, появляющаяся в результате рассеяния (комптон-эффект), Ар примерно равна импульсу фотона. Далее, используя классические формулы lv = с, Е = ср и кванто­вую формулу Е = hv, где v — частота излучения, Е — энергия фото­на, а р — его импульс, Гейзенберг получил знаменитое соотношение неопределенностей: Dх×Dр ~ h. Эта формула устанавливает условие совместности классических (волновых) и квантовых представлений, атакже границы применимости таких классических понятий, как координата и импульс.

Такой же смысл имеют и мысленные эксперименты, явившиеся предметом дискуссии Эйнштейна и Бора. В них также рассматри­ваются условия совместности корпускулярных и волновых пред­ставлений, но инструментами служат измерение координаты при помощи щели и выявление волновых свойств в дифракционной картине.

И наконец, так же как и в предыдущих случаях, в квантовой механике и теории поля метод мысленного эксперимента играет значительную роль в период становления теории, вытесняясь в даль­нейшем более строгим математическим анализом. В современных учебниках соотношение неопределенностей уже не выводится при помощи «микроскопа» Гейзенберга. Для этого используются ком­мутационные соотношения операторов координаты и импульса.

После 1935 г. появился только один яркий пример мысленного эксперимента — «опыты» Пайса—Пиччиони, посвященный анали­зу принципа суперпозиции состояний в квантовой теории элемен­тарных частиц[51]. Это не значит, что мысленный эксперимент пол­ностью исчез из обихода физиков. Им часто пользуются в устных обсуждениях и дискуссиях, но в научной литературе к нему избе­гают обращаться.

В заключение данного параграфа мы хотим повторить положение, выдвинутое в начале: нет ни одной крупной физической теории в возникновении или развитии которой метод мысленного экспери­мента не сыграл бы очень важной роли. Одновременно надо отме­тить, что по мере развития любой теории этот метод уступает место более строгому математизированному рассмотрению.

ОБСУЖДЕНИЕ МЫСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В НАУЧНОЙ МЕТОДОЛОГИИ

Широкая распространенность и очевидная эффективность мысленных экспериментов не могли не вызвать у методологов и физиков, занимавшихся методологией научного познания, тенденции обсудить сущность, основания и функции этого метода. Первыми авторами, обратившими на него внимание, были П. Дюгем[52] и Э. Мах[53]. Оба они рассматривают мысленный эксперимент примерно с одинаковых позиций, а именно как продумывание в мысленном варианте буду­щих реальных экспериментов, как еще не поставленный опыт. Тем более замечательным является радикальное расхождение между ними в оценках его значимости. Дюгем относился к нему резко от­рицательно, называя этот прием «фиктивным экспериментом», и полностью отвергал его значение в процессе познания. Мах же очень высоко оценивал роль мысленного эксперимента, рассмат­ривая его как предшественника реальных экспериментов, как еще не поставленный опыт[54]. При этом Мах выделил очень важную черту мысленных эксперимен­тов — идеализацию и устранение некоторых факторов для того, чтобы иметь возможность оценить действие других, так сказать» «в чистом виде»[55]. Но в общем понимание сущности мысленного экс­перимента у Дюгема было глубже, чем у Маха. Мах все время под­черкивает психологический аспект мысленного опыта, тогда как Дюгем обращает внимание на зависимость его от принципа[56], т. е. на теоретический аспект этого метода.

Однако в целом ни Дюгем, ни Мах не смогли вскрыть действи­тельной природы мысленного эксперимента, хотя оба они сумели заметить очень важные его аспекты. Это произошло вследствие порочности их исходных философских установок, имевших, если так можно выразиться, ультраэмпиристский характер. Это вообще характерно для позитивизма, полностью отрицавшего или сущест­венно ограничивавшего гносеологическое значение теории.

Поэтому неудивительно, что после первых двух работ, в которых делалась попытка анализа мысленного эксперимента, в зарубежной философской литературе практически не появлялось трудов, посвя­щенных этому вопросу. «Третий» позитивизм с его отказом от анализа возникновения нового значения вообще не оставлял места для по­добной проблематики. В то же время марксистская методология на­учного познания находилась в стадии становления, и ее внимание было привлечено к более фундаментальным и принципиальным воп­росам. Кроме того, ряд обстоятельств, связанных с ситуацией кон­ца 40-х — начала 50-х годов, привел к резко ошибочным оценкам мысленного эксперимента.

Таким образом, длительное время в литературе практически от­сутствовал анализ мысленного эксперимента, если не считать работ ряда крупных физиков (М. Планк, А. Эйнштейн), в которых этот метод не столько анализировался, сколько описывался[57].

Существенный сдвиг в этом отношении приходится на начало 60-х годов, причем происходит он именно в советской философской литературе. Это обстоятельство не является случайным, так как в зарубежной литературе проблема возникновения новых научных представлений и развития науки начала рассматриваться под очень специфичным углом зрения, при котором внутренний анализ науки и ее методов был существенно подавлен (известная работа одного из видных представителей постпозитивистского направления в зару­бежной философии науки — П. Фейерабенда носит достаточно вызы­вающее название «Против метода»). Поэтому в дальнейшем изложе­нии нашей темы мы будем опираться в основном на результаты со­ветских исследований.

Центральным пунктом методологического анализа мысленного эксперимента является выяснение его сущности как метода иссле­дования, а также структуры и функций в научном познании. При этом различные авторы делают акцент на разных аспектах общей проблемы, выделяя ту или иную ее сторону, но очевидно, что наи­более принципиальным является именно вопрос о сущности мыслен­ного эксперимента. Понимание структуры и функций указанного метода существенно зависит от ответа на этот основной вопрос.

В современной методологической литературе (начиная с 1959 г.) можно выделить три точки зрения на мысленный эксперимент.

1. Пер­вая из них, восходящая к Дюгему и Маху, рассматривает его как продумывание реального эксперимента и подготовку к нему. Эта точка зрения, которую можно квалифицировать как радикально экспериментистскую, не получила широкого распространения и представлена в известной автору литературе всего одной работой[58]. Основанием здесь является весьма очевидная аналогия между про­думыванием опыта и процедурой, выполняемой в мысленном экс­перименте. Более того, некоторые из мысленных экспериментов яв­но оказались прототипами реальных, хотя конкретная реализация обычно существенно отличается от общей схемы первоначальных рассуждений. Так, например, мысленный эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена оказался реализован в ряде современных опытов с распадающимися квантовыми системами, а «опыт» Пайса — Пиччиони был реализован почти без всяких изменений принципиаль­ной схемы. В этом отношении, видимо, можно частично согласиться с А. В. Славиным, который выделяет два типа мысленных экспери­ментов — такие, которые служат частью подготовительной работы для постановки реального опыта, и такие, которые на практике не могут быть реализованы[59]. Однако правильнее было бы говорить о мысленных экспериментах, допускающих и не допускающих реа­лизацию. И дело здесь не в использовании идеализированных эле­ментов, на чем настаивает А. В. Славин, а скорее в том, какую функ­цию выполняет мысленный эксперимент.

Как правило, он проводится не в расчете на реализацию, и боль­шинство самых известных рассуждений — «ведро» Ньютона, «де­мон» Максвелла, «ящик обратимости» Вант-Гоффа, «микроскоп»-Гейзенберга — относится к этому типу. Поэтому подавляющая часть авторов работ, посвященных анализу мысленного эксперимен­та, не разделяют радикально экспериментистской позиции и обра­щают основное внимание на теоретический аспект этого метода. Но в рамках этой общей точки зрения возникают различные оттенки. Так, П. В. Копнин полагал, что мысленный эксперимент представ­ляет собой обычное теоретическое рассуждение и, видимо, поэтому не считал нужным анализировать этот метод[60]. Аналогичного взгля­да придерживался Т. Кун[61], в силу чего он рассматривал только функцию мысленного эксперимента, но не его природу и структуру. С этим мнением нельзя согласиться. Дело в том, что понятие «теоре­тическое рассуждение» является слишком общим и, когда речь идет о методе, который применяется достаточно широко и очевидно обла­дает своей спецификой, мало проясняет суть дела. Поэтому боль­шинство исследователей, соглашаясь с тем, что мысленный экспери­мент представляет собой теоретическое рассуждение, все же наста­ивают на том, что это не совсем обычное теоретическое рассужде­ние, и пытаются выявить его собственное содержание.

3. Наконец, определенной популярностью пользуется взгляд, со­гласно которому мысленный эксперимент — это некий гибрид тео­ретического рассуждения и реального эксперимента. Причем в ряде работ такая точка зрения присутствует, так сказать, в неявной фор­ме. Наиболее очевидно она высказана К. Макаревичусом[62], кото­рый считает мысленный эксперимент продолжением и обобщением реального и именно с этим связывает возможность получения этим методом нового знания[63]. Здесь «гибридная» позиция почти смыка­ется с «радикальным экспериментизмом», хотя надо заметить, что в самой работе К. Макаревичуса достаточно много внимания уде­ляется теоретическому содержанию мысленного эксперимента. Бо­лее распространенным вариантом «гибридной» точки зрения явля­ется выделение в нем как принципиальной части мысленного опе­рирования чувственно наглядными образами[64].

Можно было бы подробнее рассмотреть градации в «гибридной» позиции, однако в силу недостатка места ограничимся лишь заме­чанием, что, по нашему мнению, исследователи, усиленно подчер­кивающие оперирование чувственно наглядными образами, увлек­лись чисто внешней, не общей чертой мысленных экспериментов. В них действительно достаточно часто используются наглядные мо­дели, но отнюдь не всегда. Так, например, в цикле Карно фигури­рует не чувственно наглядное представление о газе как совокупности движущихся молекул, а довольно абстрактное термодинамиче­ское понятие идеального газа. Равным образом в круговых процес­сах типа Борна — Габера (энергетических циклах) используются не наглядные образы кристаллической решетки, иона, атома, моле­кулы и т. д., а абстрактные идеализированные схемы, определяемые лишь энергетическими характеристиками.

Вариантом экспериментизма является также точка зрения, что метод мысленного эксперимента может быть эффективен в тех усло­виях, когда реальный эксперимент поставить невозможно или очень трудно. Однако в практике научного познания к этому методу при­бегают и тогда, когда реальный эксперимент осуществим, и тогда, когда его постановка затруднительна. Суть в том, что мысленный эксперимент дает знание иного типа и иным способом, нежели ре­альный.

Наиболее последовательный анализ мысленного эксперимента содержится в работах Т. Куна, А. В. Славина, М. В. Мостепаненко, а также в ранней работе автора этих строк[65], однако в каждой из них есть некоторая односторонность. В настоящей статье мы пыта­емся дать синтез результатов ряда трудов и расширить достиг­нутое в них понимание.

Общим итогом предшествующего обсуждения является вывод о том, что мысленный эксперимент является специальным типом тео­ретического рассуждения. То обстоятельство, что теоретическое рассуждение способно давать новое знание, сомнений не вызывает. Вопрос в том, каков механизм получения этого нового знания. Оче­видно, что способ порождения нового знания методом мысленного эксперимента отличается от обычного формально-логического вывода или решения уравнений аналитически или численно. И в этом от­ношении совершенно правы те авторы, которые подчеркивают содер­жательный характер рассуждений, проводимых в мысленных экс­периментах. Следует, правда, отметить, что иногда проявляется тенденция связать содержательность с близостью к эксперименту[66], что видимо, является рецидивом экспериментизма в понимании ме­тода. В действительности, содержательность рассуждения зависит от близости к эксперименту в той степени, в какой любая теория свя­зана с эмпирическим уровнем, т. е. эту черту нельзя считать харак­терной особенностью мысленного эксперимента.

То же самое относится и к другой характеристике, которую очень многие авторы считают особенностью мысленного эксперимента,— оперированию идеализированными объектами. Ведь в любом теоре­тическом рассуждении имеют дело с идеализацией, поэтому выяснение сущности мысленного эксперимента связано не просто с ука­занием на этот непреложный факт, а с установлением того, какие именно идеализации используются в этом методе. Нам представля­ется, что фундаментальной идеализацией, характерной для мыслен­ного эксперимента, является так называемая абстракция потенци­альной осуществимости. Этот важный момент впервые рассмотрен вработе К. Макаревичуса. Общий логический анализ процедур иде­ализации и абстрагирования дан в ряде работ Д. П. Горского[67]. Однако в применении к естественным наукам идеализация потен­циальной осуществимости получает специфическое выражение, ори­ентированное на теорию, в рамках которой она формулируется. В этом аспекте смысл этой идеализации можно определить так: по­тенциально осуществимой является любая процедура, не запрещае­мая данной теорией, независимо от ее технической осуществимости. Специальной формой этого принципа выступает часто используемая в физике процедура схематизации (или, как ее часто называют, тривиализация). Суть ее состоит в требовании того, чтобы теория была применима не только в реалистической ситуации, но и к предельно упрощенной схеме. Например, в мысленных экспериментах, обсуж­давшихся в дискуссии Эйнштейна и Бора, рассматривается дифрак­ция электронов на системе двух щелей, хотя технически создать такие щели, которые были бы пригодны для наблюдения этого явле­ния, невозможно вследствие наличия неоднородностей краев, а ес­ли бы и было возможно, то ограниченная чувствительность приборов все равно требовала бы более сложной системы, нежели две щели.

Использование подобного рода предельно упрощенных схем иногда принимается за необходимое условие проведения мысленного эксперимента, позволяющее выделить изучаемое явление, так сказать, «в чистом виде». На наш взгляд, это не вполне верно: дей­ствительно, процедура схематизации применяется очень часто, но все же не всегда. Например, в круговых процессах типа Борна — Габера схематизация (или тривиализация) не фигурирует, но идеа­лизация потенциальной осуществимости используется в полной мере.

Однако выделение идеализации потенциальной осуществимости каких-либо операций еще не разъясняет содержания метода мыслен­ного эксперимента. Для выяснения этого необходимо рассмотреть, как проводится рассуждение в нем. Любой мысленный эксперимент состоит в том, что приводится во взаимодействие ряд объектов или выполняется последовательно или параллельно ряд этапов. Все это, конечно, мысленно, на уровне теоретического рассуждения. При этом предполагается, что результат взаимодействия или резуль­тат каждого этапа известен нам по крайней мере принципиально, с точностью до некоторой числовой характеристики. В этом, соб­ственно, и состоит «теоретичность» мысленного эксперимента. Но от­сюда не становится понятным источник нового знания, получаемого

этим методом. Таким источником служит рассмотрение всех элемен­тов мысленного эксперимента или всех его этапов как целостности (системы). То есть вторым фундаментальным принципом (после потен­циальной осуществимости) является принцип системности теорети­ческого знания. Эта важнейшая особенность обсуждаемого метода рассматривалась в работах Т. Куна, М. В. Мостепаненко и автора.

Таким образом, в любом мысленном эксперименте используется некоторый системообразующий принцип. Иногда он явно формули­руется в самой структуре рассуждения. Например, в циклах типа Борна — Габера это закон сохранения энергии, а в методе термоди­намических циклов — одна из форм II закона термодинамики (воз­растание энтропии или максимальная возможная работа). В тех же случаях, когда системообразующий принцип еще неизвестен, мыс­ленный эксперимент может стать средством его установления. К это­му классу относятся соответствующие рассуждения Галилея, цикл Карно, «микроскоп» Гейзенберга. Специальным вариантом здесь выступают мысленные эксперименты, в которых устанавливается от­сутствие в нашем знании системообразующего принципа — проти­воречивость системы. Таковым является «демон» Максвелла.

Подводя итоги данного параграфа, можно сформулировать сле­дующие положения:

- мысленный эксперимент является специальным содержательным (неформальным) типом теоретического рассуждения;

- в мысленном эксперименте рассматривается модель взаимодействия нескольких объектов или модель процесса, содержащего
несколько взаимосвязанных этапов (стадий), причем результат взаимодействия или каждого этапа предполагается принципиально
известным;

- новое знание в мысленном эксперименте получается в результате рассмотрения взаимодействия разных элементов или совокупности этапов как целостной системы.