Тема VI. Динамика научного познания

§1. Картина мира и эмпирический опыт

Ситуация непосредственного взаимодействия научной картины мира и опытных данных может реализовывать­ся в двух вариантах. Во-первых, на этапе становления новой области научного знания (научной дисциплины) и, во-вторых, в теоретически развитых дисциплинах при эмпирическом обнаружении и исследовании прин­ципиально новых явлений, которые не вписываются в уже имеющиеся теории. Сначала рассмотрим как взаимодействует картина мира и эмпирические факты на этапе зарождения науч­ной дисциплины, которая только проходит стадию на­копления эмпирического материала. В этих условиях эмпирическое исследование ориентировано сложившимися идеалами науки и фор­мирующейся специальной научной картиной мира (кар­тиной исследуемой реальности). Необходимо подчеркнуть, что последняя образует тот специфический слой теоретических представлений, ко­торый обеспечивает постановку задач эмпирического исследования, видение самих ситуаций наблюдения и экспери­мента и интерпретацию их результатов.

Общеизвестен факт, что специальные картины мира как особая форма систематизации теоре­тических знаний являются продуктом длительного ис­торического развития науки. Они возникли в качестве относительно самостоятельных фрагментов общенаучной картины мира на этапе формирования дисциплинарно-организованной науки (конец XVIII - первая половина XIX в.). Однако на ранних стадиях станов­ления естествознания такой организации науки еще не было. Это обстоятельство не всегда адекватно осмыслива­ется в методологических исследованиях. В литературе на эту проблему были высказаны три точки зрения. Вкратце их можно изложить так: 1) специальных картин мира вообще не существует и их не следует выделять в качестве особых форм систематизации теоретическо­го знания; 2) специальные картины мира являются ярко выраженными автономными образованиями; 3) их автоно­мия крайне относительна, поскольку они выступают фрагментами общенаучной картины мира. Анализ сложившейся ситуации показывает, что в ис­тории науки могут найти подтверждение все три точки зрения, только они относятся к разным ее стадиям: до-дисциплинарной науке XVII века, дисциплинарно орга­низованной науке XIX - первой половины XX века, со­временной науке со все более усиливающимися междисципли­нарными связями. Эти стадии, конечно, следует различать.

Необходимо подчеркнуть, что первой из наук, которая сформировала целостную картину мира, опирающуюся на результаты эксперимен­тальных исследований, была физика. Вполне естественно, что в своих зародыше­вых формах возникающая физическая картина мира со­держала множество натурфилософских наслоений. Но даже в этой форме она направляла процесс эмпири­ческого исследования и накопления новых фактов. В качестве характерного примера такого взаимодейст­вия картины мира и опыта в эпоху становления естест­вознания можно указать на эксперименты Уильямса Гильберта (1540-1603), в которых исследовались особенности электричества и магнетизма.

Этот ученый был одним из первых исследователей, который про­тивопоставил мировоззренческим установкам средневековой науки новый идеал - экспериментальное изуче­ние природы. Однако картина мира, которая ориентировала осуществленные им эксперименты, включала ряд представле­ний, заимствованных из господствовавшей в Средневе­ковье аристотелевской натурфилософии. Хотя Гильберт и критиковал концепцию перипатетиков о четырех эле­ментах (земля, вода, воздух и огонь) как основе всех других тел, он использовал представления о металлах как сгущениях земли и об электризуемых телах как о сгущениях воды. На основе этих представлений ученый выдвинул ряд гипотез относительно электрических и магнитных явлений. Можно обратить внимание, что эти гипотезы не выходили за рамки натурфилософских построений, но они послужили импульсом к постановке экспериментов, обнаруживших реальные факты.

Например, представления об электрических телах как воплощении «стихии воды» породили гипотезу о том, что все электрические явления — суть резуль­тата истечения «флюидов» из наэлектризованных тел. От­сюда ученый предположил, что электрические истече­ния должны задерживаться преградами из бумаги и ткани и что огонь должен уничтожать электрические дейст­вия, поскольку он испаряет истечение[1]. Так возникла идея серии экспериментов, обнаруживших факты экра­нирования электрического поля некоторыми видами ма­териальных тел и факты воздействия пламени на наэлектризованные тела (если использовать современную тер­минологию, то в данном случае было по существу обнаружено, что пламя обладает свойствами проводника).

Необходимо подчеркнуть, что направляя течение наблюдения и эксперимента, картина мира всегда испытывает их обратное воздействие. В этой связи мож­но констатировать, что новые факты, полученные У.Гильбертом в процессе эмпирического исследования процессов электричества и магнетизма, генерировали целый ряд достаточно существенных изменений в первоначаль­но принятой им картине мира. В частности, по аналогии с представ­лениями о Земле как «большом магните» английский физик включает в картину мира представления о планетах как о магнитных телах. Он, далее, высказывает смелую гипотезу о том, что планеты удерживают на их орбитах силы маг­нитного притяжения. Такая трактовка, навеянная экс­периментами с магнитами, радикально меняла пред­ставление о природе сил. В это время силу рассматрива­ли как результат соприкосновения тел (сила давления одного груза на другой, сила удара). Новая трактовка силы была преддверием будущих представлений меха­нической картины мира, в которой передача сил на рас­стоянии рассматривалась как источник изменений в со­стоянии движения тел.

Особо отметим, что ситуация взаимодействия картины мира и эмпириче­ского материала, характерная для ранних стадий формирования научной дисциплины, воспроизводится и на более поздних этапах научного познания. Даже тогда, когда наука уже сформировала слой конкретных теорий, эксперимент и наблюдение способны обнаружить объек­ты, не объясняемые в рамках существующих теоретиче­ских представлений. Тогда новые объекты изучаются эмпирическими средствами, и картина мира начинает регулировать процесс такого исследования, испытывая обратное воздействие его результатов.

Весьма показательным примером в этом отношении может служить экспериментальное открытие катодных лучей в конце XIX века и изучение их основных свойств. После того как эти лучи случайно были обнаружены в опытах с электрическими разрядами в газовых трубках, выяснилось, что существующие теоретические знания ничего не говорят о природе нового физического явления. Тогда начался довольно продолжительный период изу­чения катодных лучей преимущественно эксперимен­тальными средствами. В этот период было установлено, что катодный пучок способен вращать радиометр (так называемый эффект механичес­кого действия катодных лучей), что поставленный на их пути мальтийский крестик дает на флюоресцирующем стекле четкую тень (прямолинейность распространения катодных лучей), что приближение к ним магнита при­водит к смещению вызываемого ими флюоресцирующе­го пятна (эффект взаимодействия катодных лучей с маг­нитным полем). Все эти свойства катодных лучей были выявлены в экспериментах Уильяма Крукса (1832-1919), который заключил, что катодные лучи являются потоком заряженных кор­пускул.

Обычно считается, что гипотеза о корпускулярной природе катодных лучей была выдвинута английским ученым по­сле проведения экспериментов в качестве их обобщения. Но это не так, поскольку в общем виде эта гипотеза предшест­вовала опытам Крукса. Последние были обусловлены осо­бой системой исторически сложившихся представлений о физической реальности, согласно которым процессы природы трактовались как взаимодействие так называемой «лучистой материи» (колебаний эфира) и частиц, несущих элект­рический заряд (способных, в свою очередь, образовывать тела как заряженные, так и электрически нейт­ральные).

Можно обратить внимание, что указанная система представлений не являлась теори­ей в собственном смысле слова, поскольку она не содер­жала конкретных теоретических моделей и законов, объясняющих и предсказывающих результаты экспери­ментов. Это была физическая картина мира, принятая в естествознании конца XIX - начала XX веков. Из этой картины следовало, что рассматриваемый феномен, природу которого надлежало изучить, мог быть либо по­током корпускул (электрически заряженных или нейт­ральных), либо «лучистой материей». Сам исследователь этого физического явления с самого на­чала придерживался корпускулярной гипотезы и свои опыты ставил с целью ее обоснования. Надо иметь в виду, что в этот период другими исследователями (Ленард, Герц) проводилась экспериментальная проверка альтернатив­ного предположения - о волновой природе катодных лу­чей (опыты дали отрицательный ответ, показав тем самым, что ка­тодные лучи не являются электромагнитными волнами).

Подчеркнем, что в обоих случаях первичная гипотеза, в со­ответствии с которой выдвигалась основная задача экспе­риментального исследования, была генерирована физи­ческой картиной мира. В дальнейшем по мере сопостав­ления гипотезы с возможностями эксперимента общая задача исследований конкретизировалась и расчленялась на ряд локальных аналитических задач: выяснялось, в частности, какие эффекты мо­гут подтвердить корпускулярную (соответственно-волно­вую) природу катодных лучей, намечалось, какими сред­ствами можно регистрировать указанные эффекты и т.д. В соответствии с этим и корректировался замысел каждого из экспериментов, поставленных Круксом, Ленардом, Герцем и другими ис­следователями. Можно заключить, что картина физической реальности опреде­ляла здесь стратегию экспериментальной деятельности, формулируя ее задачи и указывая конкретные пути их решения. В свою очередь, полученные факты оказывали актив­ное обратное воздействие на сложившуюся физическую картину мира. Появилась гипотеза об особой природе частиц, образующих катодные лучи, которые Крукс считал «частицами, лежащими в основе физики Вселен­ной». «Я беру на себя смелость предположить, — писал в этой связи ученый, — что главные проблемы будущего найдут свое решение именно в этой области и даже за ней. Здесь, по моему мнению, сосредоточены окончательные реальнос­ти, тончайшие, определяющие, таинственные»[2]. Как мы знаем, последующее развитие физики во многом подтверди­ло эту гипотезу, доказав, что отрицательно заряженные частицы, составляющие катодные лучи, не являются ио­нами, а представляют собой электроны (эксперименты Дж.Томсона и Леонарда и теория Г.Лоренца).