«Трактат о научном познании для умов молодых, пытливых и критических»

Трактат о научном познании для умов молодых, пытливых и критических (fb2) - Трактат о научном познании для умов молодых, пытливых и критических 697K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Анатолий Ильич Ракитов

А. И. Ракитов ТРАКТАТ О НАУЧНОМ ПОЗНАНИИ ДЛЯ УМОВ МОЛОДЫХ, ПЫТЛИВЫХ И КРИТИЧЕСКИХ

НЕ ВЕРЬТЕ ЛЕГЕНДЕ О ЯБЛОКЕ Пролог

Ужин неандертальца

Он сидел у крутой излучины реки, там,  где корни огромного дерева, вырванного из земли ураганом, образовывали густой навес над темным омутом. Солнце уже спускалось: дикие утки, тяжело хлопая крыльями, медленно летели в сторону широкого плёса. Он сидел здесь в тени гигантских папоротников уже довольно давно, сжимая могучей рукой отполированное древко остроги с острым костяным наконечником, крепко привязанным сухожилиями гигантского бизона. Спутанные темно-рыжие космы спадали с его головы на плечи и спину, спереди они переходили в клочковатую бороду, покрывавшую его лицо и шею и широким веером опускавшуюся на грудь.

Едва прикрытый звериными шкурами, сам почти зверь, он внимательно и напряженно прислушивался к шорохам, которыми был заполнен лес за его спиной, а крохотные темные глаза из-под могучих надбровных дуг пристально следили за плавным движением теней в глубине омута. И когда наконец появилась она, длинная и темная тень, величественно проплывающая под рябью мелких волн, стальные мускулы метнули острогу и через несколько секунд вытянули ее обратно за длинный ремень, вырезанный из кожи антилопы. Он продел костяную распорку сквозь жабры огромной рыбины и, оглушив ее тяжелым камнем, перекинул через плечо. Отряхнув брызги речной воды с рук и звериных шкур, опоясывавших его бедра, он неторопливо направился по едва заметной тропинке к своей пещере.

Старый вождь Намор будет доволен добычей, а его жена Ярав выкинет внутренности рыбины злым остроухим собакам, похожим на шакалов, и уложит выпотрошенную рыбину на раскаленные в костре камни. Он сам вместе с другими охотниками дождется, когда будет закончен дележ дневной добычи, и, утолив голод, усядется у входа в пещеру, чтобы доделать наконец каменный топор, который он вытесывал и отшлифовывал вот уже третий день.

Он идет неторопливо, медленно сменяют друг друга мысли в его небольшой голове с низким покатым лбом и массивной челюстью. Он идет, озираясь по сторонам, напряженно прислушиваясь к шорохам дикого леса. Дитя природы, только что отделившееся от нее, древний человек, не знающий своего будущего и прошлого, целиком занятый заботами сегодняшнего дня. Он, правда, умеет делать очень многое: к его поясу привязан острый кремневый нож; шкуры сшиты иглой, сделанной из рыбьей кости; у входа в пещеру пылает согревающее пламя костра. Он умеет хранить и добывать огонь; он знает повадки диких животных и темной охрой, смешанной с жиром, изображает фигурки охотников и бизонов на стенах своей пещеры. И все же он знает и умеет страшно мало, чтобы не вздрагивать при каждом шорохе в лесу, чтобы не бояться грома, чтобы обеспечить сытость и безопасность себе и своему потомству на сколько-нибудь продолжительный период времени. Он еще не хозяин природы, он не властвует над ее тайнами, и поединок между ним и окружающим миром еще не выигран, его исход сомнителен.

И все же, не зная того, он уже вступил на путь, который мы называем теперь историческим прогрессом. Этот путь приведет к созданию огромных городов, сверхзвуковых самолетов, атомных реакторов, антибиотиков, спасающих нас от страшных болезней.

Путь исторического прогресса труден и тернист: войны и революции, гигантские переселения и исчезновения целых народов, египетские пирамиды и оросительные каналы древней Месопотамии, Рим, построенный рабами и разрушенный вандалами, готические замки средневековья и промышленные мануфактуры в эпоху раннего капитализма, гигантские индустриальные предприятия современности и многое, многое другое предстоит осуществить потомкам первобытного охотника. И все это создано человеческим трудом, той особой деятельностью, которая прежде всего отличает нас от животных. Но труд, не оплодотворенный знанием, никогда не смог бы привести к созданию современнрй цивилизации.

Оставим пока нашего неандертальского охотника, бредущего с пойманной рыбой к своей пещере, и зададим вопрос: как велик запас его знаний и знаний его соплеменников? Благодаря археологическим исследованиям и изучению жизни народов, задержавшихся в своем развитии, мы можем теперь ответить на этот вопрос.

Сорок — тридцать тысяч лет назад первобытным людям были известны повадки животных и рыб, виды съедобных растений. Они умели добывать и сохранять огонь; знали, как хранить съестные припасы; обладали некоторыми навыками врачевания; знали, как составлять краски для наскальных рисунков; умели ориентироваться на местности и располагали познаниями в области коллективной трудовой деятельности. Но первое, что бросается в глаза, — это то, что все их знания были непосредственно полезны, служили удовлетворению прямых физиологических потребностей в пище, одежде и жилье. Эти знания и навыки непосредственно и прямо использовались в повседневной трудовой и бытовой деятельности. Они были, говоря словами Маркса, непосредственно вплетены в трудовую деятельность, почти сливаясь с ней. Лишь спустя многие тысячелетия, когда труд, благодаря созданию более совершенных орудий труда, стал производительнее и у людей могла освободиться хотя бы малая толика времени от непосредственных забот о пропитании и безопасности своей жизни, они смогли создать новые виды знания, выходящие за рамки прямых повседневных проблем и потребностей.

Лишь после того, как около пяти тысяч лет назад была изобретена письменность, в развитии знаний произошла первая великая революция. Письменность оказалась средством хранения и накопления, аккумулирования знания. С ее помощью стало возможным «запоминать» и передавать последующим поколениям все ценное, что было открыто и понято до них. Отныне каждое новое поколение не просто усваивало опыт предков, но получило возможность, развивая его, пополнять, сохранять и передавать дальше закрепленные и выраженные в общедоступной форме знания. И все же эти знания, как бы ни были они важны и полезны, влияли на их повседневную жизнь и трудовую деятельность гораздо слабее, чем влияет на нашу жизнь современная наука.

Человеческие знания всегда развивались под влиянием практической деятельности людей. Однако, как только возникла наука, она сама стала оказывать необычайное по своей силе воздействие на эту деятельность. От первой заостренной палки и грубого каменного зубила, применявшихся на заре человечества, до орудий нашего неандертальского охотника прошло почти два миллиона лет. Понадобилось несколько десятков тысячелетий, чтобы от этих орудий перейти к железному плугу и металлическому мечу. Всего два тысячелетия отделяют римские катапульты от современных артиллерийских орудий и греческие триеры от современных подводных кораблей. Однако под влиянием науки темп прогресса стал еще стремительнее. Первые реактивные самолеты взлетели в воздух в середине сороковых годов нашего века. Не прошло и пятнадцати лет, как была запущена первая ракета, которая вывела на орбиту советский искусственный спутник.

Научное познание мира привело к таким изменениям в нашей жизни, что нет никакой необходимости убеждать кого-нибудь в полезности науки. О науке и ученьях говорят по радио и пишут в газетах. Учитель в школе и профессор в университете рассказывают об основах и новейших достижениях науки. Но очень немногие задумываются над тем, что научное познание имеет свои собственные тайны и закономерности. Это, впрочем, понятно: люди всегда решают задачи в порядке очередности, степени важности и неотложности.

Лишь после того, как были поняты основные законы неорганической природы, развитие живых организмов и общества, люди задумались над тем, каковы же законы и особенности самого научного познания.

Знай мы эти законы так же хорошо, как законы физики, химии или биологии, мы могли бы значительно усовершенствовать и ускорить само научное познание. А это сулит самые необыкновенные и неожиданные перспективы в развитии человечества, обещает избавить его от многих еще существующих трудностей и нерешенных проблем. Однако именно здесь существует много «белых пятен», и тому, кто обладает умом молодым, пытливым и критическим, имеет смысл именно здесь приложить свои таланты и усилия.

Первые трудности

Легко сказать: «Изучайте науку!» Но как это сделать? Когда ученые ставят перед собой цель—изучить то или иное явление, они прежде всего пытаются рассмотреть его, так сказать, в «чистом» виде, и хотя этот прием удается осуществить далеко не всегда и не полностью, он очень облегчает и упрощает исследования самых различных предметов и процессов. Не можем ли мы воспользоваться им для того, чтобы изучить саму науку?

Известно, что научное знание отличается от обыденного знания (сведений, применяемых в обычной производственной деятельности и быту) прежде всего тем, что наука всегда выражается в письменной форме, тогда как обыденные знания чаще всего передаются устно. Научное знание всегда выражается в виде научных текстов, статей в научных журналах, сборниках, в виде книг, научных докладов, представленных для обсуждения на конгрессах и конференциях. Письменный текст, будь то художественно-литературное или научное произведение, пишется на каком-то языке. Мы можем поэтому выдвинуть наше первое предположение: наука отличается своим особым языком— языком науки. Конечно, язык науки не нужно смешивать с обычным разговорным языком: русским, английским, немецким, китайским и т. д. Ученые, разумеется, в обычной жизни говорят на одном из таких языков, но их труды включают особые, научные термины и выражения.

В работах по физике и биологии встречаются такие термины, как «элементарная частица», «атом», «электромагнитное поле», «ген», «хромосома», «вирус» и т. д. Научные статьи и книги заполнены сложными формулами и вычислениями. Именно эти термины, выражающие важнейшие научные понятия и формулы, устанавливающие связи между этими понятиями и описывающие самые разнообразные явления и процессы, образуют язык науки. И все же различие между языком науки и языком разговорным, языком здравого смысла [1], не столь велико, как кажется.

Триста — четыреста лет назад, когда современная наука делала только первые шаги, ее язык, насыщенный необычными символами и терминами, был непонятен и вельможам во дворцах, и жителям городских трущоб или деревенских хижин. Но с ростом общей образованности многие понятия и достижения науки, известные и доступные в свое время лишь величайшим ученым, стали общим достоянием. Любой старшеклассник знает, что такое «напряжение» или «сила тока», чем одни виды животных отличаются от других, что такое «вид» вообще. Огромное количество людей: инженеров, рабочих, учителей, студентов и школьников — не только не изумляются, услышав такие слова, как «электрон», «электромагнетизм», «меченый атом», «изотоп», «квадратный многочлен» и т. д., но относятся к ним как к чему-то естественному, ибо явления, обозначаемые этими понятиями, прочно вошли в нашу повседневную и производственную жизнь. Да и сама эта жизнь под влиянием научно-технической революции меняется семимильными шагами.

Научным идеям и понятиям, для того чтобы «переселиться» в производство и быт, требуются теперь не сотни или десятки лет, как прежде, а годы и месяцы.

Все это приводит к тому, что граница между языком науки и языком разговорным становится легко проницаемой. Это, конечно, не означает, что язык высших разделов науки доступен каждому, ибо даже серьезные ученые овладевают им не легко и не сразу. Но это показывает, что разграничить научное знание и здравый смысл, пользуясь лишь одними характеристиками языка науки, вряд ли возможно. Такое предположение схватывает какую-то очень важную сторону дела, но не исчерпывает его полностью.

Другое предположение, которое само бросается в глаза, касается объектов научного знания. Объектами называют те явления, процессы, события или ситуации, к которым относятся знания. Многие люди думают, что объекты научного знания и научной деятельности в корне отличаются от тех объектов, с которыми имеет дело здравый смысл. В самом деле, в быту нам необходимо иметь некоторые сведения о маршрутах трамваев или троллейбусов или о том, как с помощью спички зажечь газовую плиту и приготовить на ней завтрак. Наука же интересуется не маршрутами трамваев, а траекториями полета ракет к Венере и Марсу, не горящей газовой горелкой, а термоядерными процессами в звездах, отдаленных от нас на сотни миллионов световых лет, и т. д. Поэтому кажется правдоподобным предположение, что наука отличается от здравого смысла прежде всего своими объектами: она изучает те явления и процессы, с которыми люди почти никогда не сталкиваются в повседневной жизни.

Но присмотримся к этому предположению повнимательнее. Когда появляются гигантские города с мощными потоками транспорта, маршруты троллейбусов, трамваев и автомашин становятся объектом особой науки — теории управления, кибернетики, без помощи которой нельзя осуществить автоматическое управление городским транспортом, а без такого управления, в свою очередь, немыслима нормальная жизнь современных больших городов. Пламя газовой горелки — явление бытовое, но и огонь, один из самых древних спутников и двигателей цивилизации, стал со временем объектом науки. Существуют даже специальные отрасли физики и физической химии, занимающиеся изучением самых различных видов горения, ибо с этим связан прогресс современной техники: сталеварение, космические полеты, создание новых жароупорных материалов и энергетических установок.

С другой стороны, объекты науки, казалось бы совершенно не связанные с повседневной жизнью, становятся в наши дни привычным достоянием быта и производства.

Сто двадцать — сто тридцать лет назад взаимная связь и влияние электричества и магнетизма изучались лишь в лаборатории великого английского физика Майкла Фарадея да еще нескольких его коллег, а сейчас без электрических машин и приборов, без телевизоров, радиоприемников и т. д. мы просто не можем представить себе нашу жизнь.

Полвека назад о полете человека на Луну, Марс или Венеру говорил лишь Циолковский да еще несколько энтузиастов, а в недалеком будущем эти полеты, по-видимому, станут привычными, как экскурсии в соседний город. Оказывается, что и наше второе предположение о том, что научное знание и здравый смысл отличаются природой объектов, не позволяет четко отграничить научное знание от здравого смысла, не позволяет выделить его в чистом виде.

Часто говорят, что наука отличается от здравого смысла большей точностью и определенностью. В общем виде это, конечно, верно, но, как и в предыдущих случаях, дело обстоит отнюдь не так просто. Если вы откроете научные журналы и книги, особенно из области так называемых точных наук, таких, например, как математика, механика, астрономия, физика или химия, то сразу же обнаружите, что большинство положений и формулировок в них отличаются исключительной точностью. Точность эту можно понимать в двух смыслах: во-первых, как точность вычислений и расчетов, а во-вторых, как точность языковых выражений, то есть определенность понятий, четкое и однозначное определение слов. Точность в этом втором смысле, в сущности, касается языка науки, и мы не будем о ней говорить сейчас.

Что касается точности расчетов и вычислений, так сказать, количественных характеристик, то нам следует действительно признать, что современная наука уделяет этому большое внимание. Она оперирует тысячными долями секунд и сантиметров, обращает внимание на миллиардные доли изучаемых величин. Порой самые важные открытия зависят от десятой или пятнадцатой цифры после запятой, отделяющей целую часть числа от его дробной части. И все же эта удивительная точность научных расчетов и вычислений, внимание к самым незначительным колебаниям рассматриваемых величин не является исключительным достоянием научного знания. Конечно, такая точность была совершенно не нужна в быту и производстве сто, двести, триста лет назад. Однако с тех пор положение резко изменилось.

В современном промышленном производстве или в системе управления городским транспортом, статистических или бухгалтерских расчетах на современных предприятиях, подчас требуется точность вычислений и расчетов, не уступающая научным. Более того, даже современные электронно-вычислительные машины, находившие первоначально применение лишь в самых сложных отраслях науки, становятся теперь неотъемлемым инструментом производственной деятельности. И, по-видимому, не далек тот час, когда запросы современного быта, жилищного строительства и обслуживания потребуют от нас столь же высокой точности.

Но это лишь одна сторона дела. Другая же заключается в том, что отнюдь не все науки достигли того уровня точности, который характерен для механики, физики, астрономии или химии. Уже в биологии мы встречаемся с довольно приблизительными расчетами, примерными оценками, с величинами, которые часто просто не могут быть вычислены или измерены с надлежащей точностью. А в таких науках, как геология, география или история, точные количественные характеристики изучаемых явлений и процессов получить еще труднее. Конечно, биологи, геологи, географы и историки стремятся к максимально высокой точности, но эти стремления часто наталкиваются на большие препятствия, и поэтому высокая точность остается здесь желанной, но трудно достижимой целью.

Вот и оказывается, что «точность науки», хотя и является важной характеристикой научного знания, также не может рассматриваться как единственный, а тем более универсальный признак научного знания. Применение математики, математических методов и приемов мышления также рассматриваются в наши дни как отличительный признак научного знания.

Карл Маркс почти сто лет назад говорил, что «наука только тогда достигает совершенства, когда ей удается применять математику». Однако он прекрасно знал, что далеко не всем наукам доступно это совершенство.

В наши дни многие отрасли современной науки не только применяют математику или пользуются ею, но просто не могут без нее существовать. Математика проникла в самые поры таких наук, как астрономия, физика, механика. Даже во многих общественных и гуманитарных науках, таких, как экономика, языкознание и история, все шире начинают применяться математические методы. И все же применение математики, будучи очень важным и полезным, не является исключительным признаком научного знания. Тем не менее я хочу подчеркнуть, что применение математики в науке, бесспорно, отличается от ее применения во всех других областях человеческой деятельности, и граница здесь существует, но, как и в других случаях, нащупать и провести ее отнюдь не легко.

Подведем первые итоги. Вы видите, что провести четкую и бесспорную грань между научным знанием и здравым смыслом не так-то просто. Каждый раз, обнаруживая какой-либо важный и характерный признак научного знания, мы убеждались в том, что он не позволяет исчерпывающим образом отделить научное знание от других видов знания. Из этого, конечно, не следует, что нам ни при каких условиях не удастся изучить особенность научного знания. Отнюдь нет. Я обратил ваше внимание на эти трудности для того, чтобы показать, что дело, за которое мы с вами беремся, не простое и не легкое и что оно потребует от нас немало усилий, немало пытливости, немало внимания и наблюдательности. И прежде чем приступить к нему вплотную, нам следует попытаться познакомиться еще с одним подходом к изучению научного знания.

Только что Мы пытались рассмотреть его, так сказать, в «готовом» виде, в том виде, в каком оно глядит на нас со страниц научных статей и книг. Однако, прежде чем попасть на эти страницы, знание должно быть «сделано», «приготовлено», «изобретено», «создано». Существует не только готовое знание, но и процесс его изготовления, то есть процесс научного познания, подобно тому, как существуют не только готовые автомобили, но и производство автомобилей. Поэтому давайте попробуем заглянуть в «мастерскую» науки, в лабораторию или кабинет исследователя, в которых это знание создается и изготавливается. Быть может, это позволит нам заметить то, что трудно обнаружить, рассматривая готовое знание, и облегчит решение нашей проблемы.

Яблоко Ньютона

«Яблоко упало ему на голову. Этот эпизод заставил его задуматься на одну или две минуты. Затем он радостно воскликнул: «Конечно же, константа притяжения равна ускорению, которое в течение 1 сек развивает масса в 1 г на расстоянии в 1 см».

Вас также учили тому, как однажды Джеймс Уатт вошел в кухню, где варилась капуста, и увидел, как подпрыгивает крышка над кастрюлей. «Дайте-ка подумать, дайте-ка подумать», — пробормотал он, потирая лоб. И в следующий момент была изобретена паровая машйна».

Этот отрывок из сатирической книги венгерского писателя Микиши «Как быть чужеземцем» передает довольно распространенное представление о внезапных «озарениях» гения, результатом которых являются великие научные открытия или изобретения. Этот взгляд на научную деятельность часто поддерживали и многие ученые. Поглощенные своими исследованиями и увлеченные напряженными размышлениями о волнующих их проблемах, они зачастую сами принимали сделанные ими открытия и полученные результаты за плод внезапного озарения, вызванного каким-либо случаем. Спору нет, и случай может сыграть решающую роль в судьбе научного открытия.

Давно, однако, было замечено, что подавляющее большинство великих открытий, смелых гипотез и важных наблюдений делается в итоге длительной и сложной подготовки. Если бы в действительности случай, подобный падению яблока, мог стать причиной великого открытия, то уместно было бы спросить, почему тысячи людей, на головы которых могли упасть и действительно падали яблоки, не открыли закона тяготения, как это сделал Ньютон?

Почему миллионы поваров и домашних хозяек не изобрели паровой машины за десятки и сотни лет до Джеймса Уатта?

Проще всего было бы сослаться на гениальность Ньютона или Уатта, но и эта ссылка не много объясняет. Во-первых, не только гении делают открытия, не только гении занимаются научным познанием. А во-вторых, в разных обстоятельствах гении делают разные открытия, решают разные задачи, и, как правило, те, которые подготовлены, поставлены и «созрели» для решения, благодаря предшествующему развитию науки.

Занятые изучением окружающего их мира, ученые редко размышляют над тем, как сами они познают и изучают этот мир. Эту сторону дела исследуют специалисты в области научного познания. Однако бывает, что и сами ученые задумываются над своей познавательной деятельностью.

Одним из самых замечательных открытий, сделанных в середине нашего столетия, было открытие структуры молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), регулирующей передачу и сохранение наследственных признаков у всех живых организмов. Профессор Джеймс Д. Уотсон, один из авторов этого открытия, написал чрезвычайно интересную книжку «Двойная спираль», в которой рассказал о том, как подготавливалось и совершилось открытие структуры ДНК. Сначала он работал над совершенно иной проблемой. Ряд обстоятельств привлек его внимание к молекулярной генетике. Переехав из Америки в Англию, он познакомился с физиком-теоретиком Френсисом Криком и физиком-экспериментатором Морисом Уилсоном, занимавшимся рентгено-струк-турным анализом строения сложных молекул. Первый из них предложил ряд теоретических моделей ДНК, второй предоставил в распоряжение Уотсона богатый экспериментальный материал. Знакомство с работами известного химика Поллинга, а также с достижениями ряда других ученых позволило Уотсону и Крику высказать предположение о том, что молекула ДНК имеет форму двух закрученных друг вокруг друга спиральных нитей, состоящих из звеньев определенной химической структуры.

Читая книгу Уотсона, легко заметить, что в его работе было много непредвиденного. Счастливой случайностью было знакомство с Ф. Криком; несомненной удачей было то, что в комнате, где работал Уотсон, проводил свои исследования один первоклассный химик, давший ему несколько важных советов и порекомендовавший прочитать чрезвычайно полезную книгу, и т. д. Но за всеми этими случайностями не трудно заметить особую научную атмосферу, высокую профессиональную подготовку ученых, знакомство с новейшими методами и теоретическими достижениями, без которых самые удивительные случайности вряд ли привели бы к успеху.

Спору нет, случайность играет порой довольно важную роль в развитии науки, но не она оказывается решающим фактором ее развития, тем, что подготавливает, обусловливает и определяет характер новых научных идей, теорий или решающих экспериментов. Сами легенды о великих научных открытиях, подобные рассказу о яблоке Ньютона или кастрюле Уатта, тоже не случайны. Они — продукт определенной исторической эпохи, когда представители так называемого «образованного общества», пораженные необычайностью и величием новых научных достижений, не могли заглянуть в тайны научного познания, но пытались объяснить его глубокое своеобразие ссылкой на одаренность гения и роль случая. Я называю такой подход «эффектом айсберга».

Вы знаете, конечно, что айсберг — это огромная ледяная глыба, плавающая в полярных водах. Не многим, однако, известно, что над поверхностью воды находится лишь одна десятая часть такой глыбы: все остальное обычно скрыто под водой. Точно так же человек, узнающий из вторых рук о замечательных открытиях, сделанных выдающимися учеными, зачастую даже не подозревает о той огромной подготовительной познавательной работе, которая предшествует открытию.

Наша задача в том именно и состоит, чтобы изучить «подводную» часть нашего айсберга — научного знания. То, что попадает в научные трактаты, на страницы научных журналов и, наконец, в учебники, представляет собой научное знание. Это знание, в свою очередь, есть продукт познавательной деятельности. Чтобы понять связь, которая существует между «готовым» продуктом и создающей его деятельностью, то есть процессом познания, нам придется не раз обращаться к примерам из различных отраслей современной науки.

Специальная дисциплина, изучающая, как мы познаем окружающий мир, и рассматривающая особенности нашей познавательной деятельности, называется теорией познания. Она представляет собой часть философии. Как и всякое сложное явление, научное познание можно рассматривать с различных сторон, поставить и обсудить вопросы, касающиеся тех или иных особенностей познавательной деятельности. Можно, например, спросить: как думает ученый, что происходит в его сознании, что он переживает, когда испытывает творческое озарение или приходит к выводу о неразрешимости той или иной задачи? Можно спросить, как влияют условия общественной жизни на научное познание и как оно, в свою очередь, влияет на различные общественные отношения между людьми.

Первый из этих вопросов обсуждает психология научного творчества, второй — социология науки. Нас же будет интересовать вопрос о связи готового научного знания с познавательной деятельностью, мы будем стремиться выяснить, каковы условия, обеспечивающие достижения научной истины, каковы закономерности, управляющие деятельностью исследователя, и какова взаимная связь научного познания с тем, что существует и происходит в окружающем нас мире. Именно эти вопросы рассматривает в первую очередь теория научного познания.

Следует договориться с самого начала, что мы не станем доверять легенде о яблоке Ньютона или кастрюле Уатта и, критически обсуждая все трудности, встречающиеся на нашем пути, будем соглашаться лишь с тем, что выдержит самую строгую проверку и поможет нам хоть немного продвинуться вперед. И еще об одном я хочу вас предупредить. Не на все поставленные вопросы мы сможем найти окончательный ответ. Впрочем, так бывает со всеми науками, ибо каждый ответ, «закрывая» один вопрос, поднимает дюжину других. В этом, наверно, и состоит одна из замечательных особенностей научного познания.

ЗНАНИЕ И НАБЛЮДЕНИЕ

Знание как решение задачи

Что значит знать? Вот, друг мой, в чем вопрос», — говорит, обращаясь к своему ученику, знаменитый гётевский Фауст. Этот, казалось бы, такой простой вопрос на самом деле далеко не прост. И если уж мы поставили перед собой цель изучить природу научного познания и выяснить его отличие от остальных форм и видов знания, то нам следует прежде всего самим попытаться ответить на вопрос, что значит знать, что такое знание.

Для того чтобы придать нашей работе большую ясность и определенность, давайте рассмотрим несколько примеров знания. Мы знаем: 1) что такое глина или песок; 2) что керамические изделия получаются из обожженной специальным образом глины, а стеклянные—из особым образом расплавленного песка; 3) что для вычисления второй степени целого числа а, то есть величины, обозначаемой в алгебре а2, или для вычисления третьей степени этой величины, обозначаемой через а3, нам необходимо в первом случае умножить а на а, а во втором — перемножить ее трижды; 4) что если пропустить электрический ток через медный провод, намотанный на полую внутри деревянную катушку, то железный сердечник подходящего диаметра будет в нее втягиваться; 5) что подброшенный вверх камень рано или поздно упадет обратно на землю; 6) как определить время с помощью обычных наручных часов;

7) что высота телевизионной башни в Останкине от основания до кончика шпиля составляет 536 м;

8) мы знаем, что через точку, лежащую вне данной прямой на плоскости, можно провести только единственную параллельную ей линию.

Как ни различны знания, содержащиеся в этих восьми предложениях, мы все же без труда можем обнаружить в них нечто общее. Прежде всего, и это особенно важно для всех наших дальнейших рассуждений, мы можем отметить, что знания, касаются ли они алгебраических вычислений, геометрических понятий, изделий из керамики и стекла, состава почвы или определения времени, выражаются в словах и предложениях. Далеко не любые предложения годятся для того, чтобы выражать знания. Например, когда мы спрашиваем: «Который час?», «Из чего сделана керамическая ваза?», «Можно ли провести через точку, лежащую вне данной прямой, только одну или несколько не пересекающихся с ней линий, расположенных в той же плоскости?», «Упадет ли обратно на землю подброшенный вами камень?» и т. д., то эти вопросительные предложения не только не выражают знаний, но, наоборот, свидетельствуют о том, что мы чего-то не знаем и хотим это узнать.

Точно так же предложения: «Скажите мне, который сейчас час», «Подбросьте вверх камень», «Проведите через точку, лежащую вне данной линии, параллельную ей» и т. д. — выражают приказ, предписание, требование или просьбу, но не знание о тех или иных вещах, явлениях или процессах. Мы, следовательно, можем сделать первый существенный вывод о том, что знания выражаются не в вопросительных или повелительных предложениях, а в предложениях, которые обычно называют повествовательными или декларативными. Такие предложения состоят из различных слов, одни из которых обозначают отдельные вещи, группы или совокупность вещей, процессов, обстоятельств и действий, а также слов вспомогательных, служащих для связывания и соединения слов первой группы. Предложения строятся по особым правилам грамматики. «Грамматики, чью власть любой приемлет трон, что даже королям диктует свой закон» (Мольер).

Следовательно, для того, чтобы располагать знаниями, мы должны выражать их с помощью какого-либо языка. Знания без языка невозможны. Было бы, однако, ошибкой думать, что знания можно отождествлять с языком. Одно и то же знание можно выразить на разных языках. Предложения этих языков будут состоять из различных слов. Слова будут по-разному связаны и расположены в различном порядке, и тем не менее они могут выражать одно и то же знание.

Если мы возьмем отдельные слова, например «глина», «песок», «точка», «линия», «536 метров», «керамический сосуд», «стекло» и т. д., то сами по себе такие слова не выражают и не содержат никакого знания. Но, будучи включенными в предложения, то есть в цепочки слов, образованные по определенным правилам, они смогут выражать знания.

Каким же образом слова и предложения приобретают удивительную способность выражать знания? То или иное слово в действительности представляет собой некоторое сочетание звуков. Это звукосочетание может быть воспринято нами на слух или при помощи органов зрения, если его изобразить при помощи особых графических значков, например иероглифов или букв. Однако ни звукосочетание, ни чернильные или типографские значки на бумаге сами по себе не выражают и не заключают в себе никакого знания, но стоит установить определенную связь или, как говорят, соответствие между этими словами и отдельными предметами или совокупностями предметов, чтобы слова превратились в понятия.

Если мы произносим словосочетание «Останкинская телевизионная башня» и одновременно с этим указываем пальцем на некое сооружение, то данное словосочетание становится наименованием или, проще, именем данного сооружения. Теперь, даже находясь на расстоянии многих тысяч километров от сооружения, обозначаемого этими словами, вы сможете не только понять предложение «Высота Останкинской телевизионной башни от основания до шпиля равна 536 м», но и получите некоторое знание или, как сейчас говорят, информацию о размерах Останкинской телевизионной башни. Конечно, для этого вы должны располагать и знаниями о том, что такое «метр» и что означает число «536» в соединении со словом «метр». В этом примере словосочетание «Останкинская телевизионная башня» является именем отдельного предмета. Если определенное слово относится не к отдельному предмету, а к совокупности или, как предпочитают говорить ученые, к множеству явлений, предметов и процессов, то его обычно называют «понятием». В приведенных выше предложениях (1, 2, 4, 5) слова «глина», «песок», «керамический сосуд», «медная проволока», «камень» и некоторые другие выступают как понятия, так как они относятся к более или менее значительным совокупностям предметов, в отличие от словосочетания «Останкинская телевизионная башня», относящегося к единственному в своем роде предмету.

То, к чему относятся или что обозначают слова, выступающие в качестве имен или понятий, называется их значением или объектом. Например, значением понятия «глина» являются особые минеральные породы, составляющие две трети всей поверхности известной нам земной суши; объектом понятия «медная проволока» являются особые медные изделия, отвечающие специальным техническим требованиям.

Далеко не все понятия обозначают вещи, процессы или обстоятельства в окружающем нас материальном мире. Есть среди понятий и такие, объектами которых являются действия, совершаемые человеком или каким-либо специальным устройством. Например, математические понятия: «умножение», «возведение в степень» и т. п. — обозначают определенные алгебраические действия с числами, но не сами эти числа. Есть и такие понятия, которые обозначают не материальные предметы, процессы или действия с ними, но свойства и отношения между вещами и процессами. В наших примерах (2, 8) такими понятиями являются «обожженная», «расплавленный»применительно к глине или песку, из которых делаются керамические изделия и стекло, а также понятия «параллельные» в применении к геометрическим линиям. Первые два понятия обозначают свойства, которые появляются в результате обработки глиняных изделий или песчаных смесей при высоких температурах, а последнее обозначает или выражает отношение между двумя геометрическими объектами, в данном случае линиями.

Итак, мы можем выделить три группы понятий:

1) понятия, обозначающие предметы, вещи, процессы, обстоятельства, — короче, различные явления в окружающем нас материальном мире; 2) понятия, обозначающие свойства объектов или отношения между ними; 3) понятия, обозначающие различные действия с объектами.

Итак, понятия выражаются в словах или группах слов, но никакие слова, взятые сами по себе, изолированно, без связи с другими словами или явлениями, не могут играть роли понятий. Что же необходимо для того, чтобы эта роль стала им «по плечу»?

Для того, чтобы те или иные выражения могли выполнять роль понятий, необходимо установить отношения обозначений между этими выражениями, состоящими из слов, и соответствующими объектами. Это можно сделать двумя способами: первый из них называется явным, указательным, наглядным или остенсивным определением.

Когда учитель на уроке физики показывает вам деревянный полый цилиндр с намотанной на него медной проволокой и небольшой железный стержень, он может сказать, указывая пальцем на стержень: «Этот предмет мы будем называть сердечником. Когда я соединю концы медного провода с гальванической батареей и по проводу пойдет электрический ток, — может продолжить учитель, — сердечник втянется в отверстие деревянной катушки». Это и есть наглядное или остенсивное определение. Его преимущество в том, что отныне во всех подобных обстоятельствах вы будете знать, какие предметы называются словом «сердечник», когда речь идет об определенных электрических приборах или устройствах.

Однако такие определения обладают и своими недостатками. Легко определить с их помощью, что такое керамический сосуд, указав на какой-либо образец в музее или в магазине, торгующем керамикой. Но совершенно невозможно таким образом определить, что такое число. Вы можете потрогать пять камней, увидеть пять баранов, вы можете пять раз подряд понюхать один и тот же цветок, но вы не в состоянии увидеть, потрогать или понюхать число 5. А между тем понятие «число» совершенно необходимо не только для того, чтобы возвести во вторую или третью степень конкретное число 5, но и для того,чтобы вообще создать математику и воспользоваться ее теоремами и правилами для решения задач.

Очень часто не только в математике, но и в современной физике мы имеем дело с понятиями, объекты которых нельзя увидеть, услышать, потрогать и вообще воспринять каким-либо образом с помощью наших органов чувств. В таких случаях нельзя пользоваться остенсивными определениями, в основе которых лежит демонстрация, или показ,того или иного предмета, процесса или обстоятельства, воспринимав мого с помощью зрения, слуха, обоняния или осязания. В подобных случаях мы можем воспользоваться так называемыми вербальными (от латинского ver-balis, что значит «словесный») определениями.

Такие вербальные определения часто бывают очень сложными, и я приведу лишь два простейших примера.

Допустим, что вам не известно, что такое «полдень» и «керамический сосуд». Тогда вы можете дать два таких определения: 1) «Полдень—время суток, когда солнце находится в зените»; 2) «Керамическим сосудом называется сосуд, изготовленный из обожженной глины». Если вы знаете, каково значение слов «солнце», «зенит», «сутки», «глина», «обожженный» и т. д., то вы сможете правильно пользоваться понятиями «полдень» и «керамический сосуд», то есть будете владеть заключенными в них знаниями. Но отсюда следует, что значение этих понятий определяется с помощью значений других, ранее известных понятий. Мы приходим, таким образом, к выводу, что слова или группы слов могут приобрести значения, а следовательно, могут играть роль определенных носителей знаний либо на основе остенсивных, либо вербальных определений.

Так как такие определения представляют собой особые виды деятельности, например показ, демонстрацию примеров или словесную, речевую деятельность, то мы можем сказать, что все понятия и все знания включены в цепочки или, как говорят ученые, в контекст той или иной деятельности. В одних случаях это деятельность физическая, производственная, в других — это деятельность речевая, но всегда каждая «единица» знания скрывает за собой длинные цепочки других знаний.

Каждое понятие, как мы видели, включено в то или иное предложение, в суждение, выражающее, несущее в себе определенное знание о взаимосвязанных явлениях и процессах, об их свойствах и отношениях. С другой стороны, понятия и включающие их предложения, суждения или утверждения относятся к внешнему миру, к объектам, одни из которых являются привычными нам вещами и процессами, другие — действиями, третьи представляют собой явления необычные и в повседневной жизни не встречающиеся.

Наиболее важным результатом наших размышлений является вывод, что знание не существует вне контекста деятельности, и это обязывает нас задуматься над тем, что же такое деятельность.

Мы уже провели первое разграничение двух наиболее важных для нас видов деятельности: деятельности со словами и предложениями и деятельности с вещами, явлениями окружающего мира, деятельности, которую мы будем называть предметной. Оба эти вида деятельности тесно связаны и взаимно дополняют друг друга, однако для наших целей важно понять, каково назначение, каков смысл каждого из этих видов деятельности в человеческом обществе.

Энгельс, говоря о заслугах Маркса, указал, что одним из самых значительных открытий этого великого мыслителя было понимание того, что люди, прежде чем заниматься философией, наукой, религией или искусством, должны пить, есть, одеваться, удовлетворять свои потребности в жилье и т. д.

Сейчас каждому образованному человеку это кажется чем-то само собой разумеющимся. Однако многое из того, что нам кажется привычным, что мы усваиваем на школьной скамье, было для мыслителей прошлого действительно великими открытиями.

Школьники вторых и третьих классов умеют пользоваться математическими переменными и смело обращаются с их символами: х, у, z и т. д.

Старшеклассники относятся как к чему-то вполне естественному к опытам, во время которых учитель демонстрирует им поведение железного сердечника, втягиваемого в полую деревянную катушку, когда по ее медной обмотке проходит электрический ток. А между тем введение математических переменных в конце XVI века и опыты Фарадея в середине XIX века, обнаружившие связь электричества с магнетизмом, были для своего времени не просто выдающимися открытиями, но такими открытиями, которые на целое столетие вперед предопределили развитие всей науки.

Точно так же и замечательное открытие Маркса было подлинным откровением для людей XIX века, эпохи, когда господствовали идеалистические взгляды на общество. Только Маркс и Энгельс, показавшие, что исторически первичной и основной была деятельность людей по удовлетворению их потребностей в пище, одежде и жилье, сумели доказать вместе с тем, что знания также выработались в результате развития этой предметной деятельности.

Маркс специально подчеркивал, что первоначально познание было как бы вплетено в эту деятельность, которую мы вслед за ним будем называть практикой. Слово «практика» происходит от греческого слова «практикос» — «деятельный, дельный» и имеет много различных оттенков значения. Когда говорят, что Иван Иванович — практичный человек, хотят сказать, что он умеет устраивать свои дела. Когда говорят, что у того или иного адвоката или врача большая практика, имеют в виду, что они хорошие специалисты и к ним обращается много людей, нуждающихся в помощи.

Однако мы будем употреблять понятие «практика» для обозначения предметной деятельности, то есть той деятельности людей, в ходе которой они при помощи различных орудий, инструментов и приспособлений действуют с предметами и явлениями природы, стремясь придать им ту форму, тот вид, которые необходимы для удовлетворения основных человеческих потребностей.

Практика — это деятельность гончара, создающего керамический сосуд, практика — это деятельность строителя, строящего дом, или деятельность рабочего, изготавливающего сложный станок или прибор. Конечно, и животные осуществляют различные виды деятельности, иногда очень сложные: пчелы делают необычайно совершенные даже с геометрической точки зрения ячейки из воска, бобры и муравьи изготавливают сложные жилища, волки разрабатывают довольно сложные планы охоты за лосями или оленями, способные иногда своим тактическим совершенством превзойти иного охотника. И все же существует глубокое и принципиальное различие между практической деятельностью людей и деятельностью высших животных. «Паук совершает свои операции, напоминающие операции ткача, и пчела постройкой своих восковых ячеек посрамляет некоторых людей-архитекторов. Но и самый плохой архитектор от наилучшей пчелы с самого начала отличается тем, что, прежде чем построить ячейку из воска, он уже построил ее в своей голове».

Эти слова Маркса поднимают завесу над одной из самых сложных проблем, с которой нам предстоит столкнуться. Дело в том, что любая человеческая деятельность является целенаправленной. Люди, как правило, не действуют наугад. В каждом отдельном случае они более или менее определенно знают, чего хотят, какой результат они стремятся получить.

Мы можем выразить эту мысль другими словами, сказав, что люди, прежде чем начать действовать, ставят перед собой ту или иную задачу.

Современные исследователи поведения высших животных, например дельфинов, обезьян и т. д., иногда утверждают, что животные в состоянии решать некоторые задачи. Например, крысы способны после некоторых неудачных попыток разыскать выход из искусственного лабиринта; дельфины способны разыскать лакомство, отделенное от них рядом препятствий. Но эти задачи ставят им люди. Сами животные не ставят перед собой сознательно задач, особенно связанных с преодолением трудностей, которые можно было бы избежать. В нормальных естественных условиях животные удовлетворяют свои биологические потребности в пище или убежище, руководствуясь инстинктами и некоторыми благоприобретенными привычками, которые годятся для устранения типовых, миллионы раз повторяющихся препятствий.

Иное дело люди. Они сами выдвигают перед собой подчас задачи необычайной сложности. Для решения таких задач им часто приходится переделывать, преобразовывать окружающую природу и те предметы, с которыми они постоянно имеют дело, приспосабливая их для достижения целей.

Таким образом, любую человеческую деятельность мы можем рассматривать как решение определенных задач. Человеческие знания вообще и научные знания в особенности представляют собой также результат решения особых познавательных задач.

Что же такое задача, из чего она состоит?

Каждая задача в общем виде включает в себя, по крайней мере, три части: 1) исходная ситуация: перечень объектов, инструментов и знаний, необходимых для решения задачи; исходная ситуация существует в момент формулировки задачи до того, как приступают к ее решению; 2) условия и ограничения: перечень разрешенных и запрещенных приемов и способов решения, указания на отсутствующие объекты и другие обстоятельства, которые необходимо учитывать при решении задачи; условия и ограничения всегда имеют место при формулировке любой задачи, так как наши возможности не безграничны; 3) цель: образ, представление или понятие об объектах, ситуациях и процессах, которые следует создать, а также предписание, приказ, распоряжение или требование создать такие объекты.

Эти три части, говоря современным языком, образуют структуру любой задачи. Для того чтобы лучше понять, как формулируются и решаются задачи, нам лучше всего обратиться к примеру, который, кстати, поможет нам выяснить различие и связь между так называемыми «производственными», предметно-практическими и познавательными задачами.

Древняя легенда, в которой, быть может, сохранена и доля исторической правды, рассказывает, что жрецы одного античного храма обратились к скульпторам и архитекторам с просьбой создать и установить в их храме увеличенную в три раза копию статуи бога Аполлона, находившуюся в другом храме и собиравшую толпы почитателей. Задача была сформулирована, как видите, вполне ясно. Чтобы несколько упростить ее, мы заменим статую мраморными кубами соответствующего объема и веса.

Теперь задача будет формулироваться так: 1) исходная ситуация: имеется мраморный куб с ребром, равным а, объемом V1=а3, весом т тонн. Имеются инструменты и навыки для вырубания мраморных фигур, транспортные средства для перевоза мраморных глыб. Известны математические правила увеличения линейных величин, например длины тела и т. п.; 2) условия и ограничения: допустимо использование лишь наличных материалов, инструментов, транспортных средств и математических навыков; 3) цель: создать фигуру (статую, куб), совершенно подобную первой по своей геометрической форме, но превосходящую ее по объему в три раза V2=3а3 и вес которой, следовательно, равен 3т.

Однако, приступив к решению этой задачи, ваятели скоро убедились, что они не в состоянии ее решить. Они представили себе план ее решения так: чтобы увеличить данный куб в три раза, нужно увеличить в три раза каждый из его линейных параметров, то есть длину, высоту и ширину. Так как у куба эти параметры равны, то применение к данной задаче приемов увеличения длин приводит к результату: 3а × 3а × 3а = 27а3.

Результат не только неожиданный, но и не соответствующий цели задачи, ибо копия оказывается больше и тяжелее оригинала не в три, а в двадцать семь раз, что не только противоречило желаниям заказчиков, но и было технически не выполнимо.

Таким образом, поставленная задача, которую я буду называть основном, или базисной, оказалась неосуществимой.

Чтобы понять, почему это произошло, нужно было сформулировать другую производную задачу. Производная задача имеет своей целью не создание новой статуи, а объяснение причины неудачи античных ваятелей и создание знаний, необходимых для успешного решения базисной задачи.

Сравним теперь базисную и производную задачи. Исходный и конечный объекты первой задачи — материальные предметы: статуи. Исходные и конечные объекты второй задачи — знания, которыми располагали античные ваятели в начале своей работы, и знания, которыми они должны были бы располагать, чтобы успешно решить первую задачу. Задачи, подобные базисной, в нашем примере решаются посредством производственной предметно-практической деятельности. Задачи, подобные производной, цель которых— создание знаний, а не материальных объектов, являются в строгом смысле слова познавательными, а деятельность по их решению называется интеллектуальной (от латинского слова intellego — разум, мысль), или исследовательской.

Нетрудно заметить, что между производственной деятельностью, с одной стороны, и познавательной интеллектуальной, с другой, нет непреодолимого барьера, непроходимой пропасти. Действительно, решение предметно-практических задач невозможно без определенного уровня и объема знаний.

С другой стороны, любой познавательный процесс в большей или меньшей степени связан с предметнопрактической деятельностью. Даже в тех случаях, когда мы сталкиваемся с очень отвлеченными и удаленными от предметно-практической деятельности познавательными задачами, скажем, в математике или теоретической физике, решение невозможно без того, что известный американский физик Перси Бриджмен назвал «карандашно-бумажной деятельностью», то есть деятельностью, связанной с вычислением при помощи карандаша, бумаги, обычных счетов, логарифмической линейки или современной ЭВМ.

Суть дела здесь в дозировке: в предметно-практических задачах познавательная деятельность как бы подчинена предметно-практической, производственной, играет вспомогательную роль. Напротив, в позналательных задачах вспомогательную, подчиненную, но необходимую роль играет предметно-практическая деятельность.

В процессе исторического развития человечества наступает момент, когда познавательные задачи как бы отделяются от производственных, обретают относительную самостоятельность и свободу, вид некоторой независимости. Разумеется, эта независимость не бывает полной, абсолютной, но именно такие относительно обособившиеся задачи и приводят со временем к созданию научного знания. Что же касается знаний, которые возникают в ходе решения предметно-практических задач и, так сказать, «обслуживают» производственную, практическую деятельность, то они как раз и образуют тот гигантский массив знаний, которые принято называть здравым смыслом.

Подведем итог тому, о чем мы здесь говорили.

Во-первых, мы выяснили, что знания всегда выражаются в словах и предложениях, заключающих в себе понятия и суждения, относящиеся к окружающему нас миру. А это, в свою очередь, означает, что знания не могут быть сформулированы и не могут существовать без языка. Каждая «единица» знания, каждое отдельное понятие или суждение скрывает за собой целые цепочки других понятий или суждений, и каждая из таких единиц тем или иным образом через явные (остенсивные) или косвенные (вербальные) определения соотносится с вещами, процессами и обстоятельствами окружающего нас материального мира.

Во-вторых, мы выяснили, что знания создаются людьми как в ходе предметно-практической, так и специальной познавательной деятельности. Они представляют собой необходимый результат и условия решения различных предметно-практических и познавательных задач.

Наблюдение и эксперимент

В чем единодушны почти все современные ученые, так это в том, что в основе знаний об окружающем мире лежат наблюдения. Они не склонны верить легендам, подобным легенде о яблоке, упавшем на голову Ньютона, ибо не случаю, а наблюдению отводят они решающую роль.

Знаменитый французский физик Ампер, говоря о методе научного познания, которым пользовался Ньютон, замечал: «Начать с наблюдения фактов, изменять по возможности сопутствующие им условия, сопровождая эту первоначальную работу точными измерениями, чтобы вывести общие законы, основанные всецело на опыте, и, в свою очередь, вывести из этих законов, независимо от каких-либо предположений о природе сил, вызывающих эти явления, математическое выражение этих сил, то есть вывести представляющую их формулу, — вот путь, которому следовал Ньютон».

Под этими словами Ампера могли бы, по крайней мере в XVIII и XIX веках, подписаться самые крупные естествоиспытатели.

Что же такое наблюдение? Почему именно ему отводят центральное место в научном познании окружающего нас мира?

Обычно говорят, что наблюдение — это процесс познания, основанный на получении чувственных образов, возникающих в мозге под воздействием внешних процессов и предметов на наши органы чувств. Однако, по моему глубокому убеждению, ставить знак равенства между наблюдением и чувственными образами вещей, складывающимися из отдельных ощущений, не вполне верно. Ощущения возникают довольно сложным путем в результате многочисленных биофизических и биохимических преобразований, происходящих в нашей нервной системе. Каждое ощущение возникает вследствие единичного, обособленного, более или менее продолжительного взаимодействия наших органов чувств с внешними предметами. Такое взаимодействие подвержено многим случайным влияниям.

Представьте себе, что вы рассматриваете Останкинскую телевизионную башню. Находясь на разных расстояниях от этого гигантского сооружения, вы будете воспринимать его по-разному: оно будет казаться вам то выше, то ниже. Точно так же ваши зрительные впечатления, например представление о цвете и форме этой башни, будут зависеть от освещения, от остроты вашего зрения, от степени вашей утомленности, наконец, от вашего умения, навыков и привычек воспринимать пространственные предметы, особенно предметы, устремляющиеся вверх.

Исследование того, как люди воспринимают пространственные предметы, показали, что характер чувственных зрительных образов зависит не только от устройства органов зрения, индивидуальных способностей, весьма различных у разных людей, но и от общественно-исторических условий жизни, культурных навыков, чувственных восприятий. Специалисты показали, что представители племен, веками обитавших в диких лесах с небольшими открытыми пространствами, плохо ориентируются в степях, и наоборот, жители степей, глазомер и способ восприятия которых приспособились в течение столетий к большим открытым пространствам, хуже определяют размеры и расстояния до тех или иных предметов в горах или в лесу.

Жители городов, проводящие свою жизнь на поверхности земли и редко поднимающиеся очень высоко, хуже определяют на глаз высоту тех или иных сооружений или горных вершин, чем горцы или монтажники-верхолазы, проводящие значительную часть своего времени на большой высоте.

Этим я не хочу сказать, что чувственные образы вещей, основанные на ощущениях, ошибочны или бесполезны. Напротив, без этих образов мы вообще не могли бы ничего знать об окружающем нас мире. Суть дела в том, что эти образы зависят, по крайней мере, от двух важных факторов: 1) от условий, при которых мы их получаем, от состояния окружающего мира и 2) от нашего собственного состояния, умения и навыков.

Оба этих фактора постоянно изменяются: изменяется освещение предмета — и вещь, которая казалась нам розовой, может показаться нам красной или белой; изменяется поток звуков на улице — и мы можем просто не расслышать автомобильный сигнал, предупреждающий нас об опасности; находясь в крайнем утомлении, мы можем не заметить сигнал светофора; не имея навыков следопыта, можем не увидеть следы дикого зверя, которые немедленно обнаружит опытный охотник; камень, кажущийся пушинкой тяжелоатлету, может показаться неимоверно тяжелым ребенку; ветер, дующий сейчас на улице, будет казаться холодным южанину и вполне теплым закаленному полярнику.

Ощущения, следовательно, с одной стороны, дают нам подлинные сведения об окружающих предметах и процессах, но с другой — эти сведения не вполне точны, не вполне достоверны, так как они несут на себе отпечаток условий, в которых они получены, зависят от различных изменений в окружающем нас мире и в нашей собственной нервной системе, с помощью которой мы воспринимаем внешний мир. Эти же недостатки и достоинства разделяют с ощущениями и целостные, чувственные образы вещей.

Образ может складываться из целой вереницы ощущений. Чувственный образ, вызванный в вашем сознании спелым арбузом, включает в себя вкусовое, зрительное, обонятельное и осязательное ощущения. Даже слуховое ощущение принимает участие в формировании целостного чувственного образа: вы слышите и можете запомнить хруст, который издает разрезаемый ножом арбуз.

В процессе познания внешнего мира человек стремится выработать такие знания, такие сведения об окружающей его природе и общественных явлениях, которые были бы надежными. Только такие сведения и знания мы можем не использовать в нашей практической деятельности, а применять их для объяснения и особенно для предсказания и предвидения новых явлений. Именно способность предвидеть и предсказывать новые явления и особенно результаты своей собственной деятельности является, как я уже говорил, приводя рассуждения Маркса о пчеле и архитекторе, одной из наиболее важных, отличительных черт человеческой деятельности.

Для того чтобы наши знания, опирающиеся на ощущения, могли удовлетворять этим потребностям человека, они должны содержать как можно меньше случайных, недостоверных и неточных сведений. Первым шагом в этом направлении и служат наблюдения.

Теперь я, пожалуй, уже в состоянии вместе с вами нащупать грань между чувственным образом и ощущением, с одной стороны, и наблюдением, с другой, есспорно, что наблюдение покоится на чувственных образах, на ощущениях, и все же между ними есть существенное различие. Мы можем поделиться своими наблюдениями с друзьями или знакомыми, сказав, например, что мы видели спелый арбуз и определили его спелость по цвету корки, по легкому потрескиванию, которое он издает при сжатии, по аромату и т. д., однако не можем передать никому наши ощущения.

Ученый, совершивший важное наблюдение, открывший, скажем, подобно Галилею, что у Юпитера имеются естественные спутники, может поделиться этим наблюдением с коллегой, написав ему об этом в письме, и т. д. Но он также не в состоянии передать никому своих собственных ощущений. Вы можете рассказать другому человеку о том, что вы видите, слышите, осязаете или обоняете, но из этого не следует, что он будет испытывать те же самые ощущения, что и вы.

Первое отличие, следовательно, заключается в том, что ощущения и чувственные образы принадлежат лично вам, каждому отдельному человеку. Они, как принято говорить в науке, в этом смысле субъективны.

Что же касается Наблюдений, то они выражаются в словах, в языке и могут быть переданы другим людям, сохранены в «общественной памяти», записаны, переданы другим поколениям. В этом несомненная ценность наблюдений* Еще знаменитый немецкий философ Гегель (1770—1831) говорил, что язык выражает лишь общезначимое или всеобщее. Этим он хотел сказать, что в предложениях и словах языка выражаются понятия и утверждения, имеющие значение и понятные не только одному-единственному человеку, который их произносит и записывает, но более или менее значительным группам людей. Язык, собственно, и возникает для того, чтобы быть средством общения между людьми, средством взаимной связи и передачи знаний от одного лица к другому, от одного коллектива людей к другому коллективу, от одного поколения к другому.

Наблюдения, следовательно, есть знания, основанные на чувственных образах и ощущениях, но они не совпадают целиком с этими образами и ощущениями.

Для того чтобы наблюдениями как простейшими видами знаний можно было пользоваться в практической деятельности, применяя их для объяснения и предсказания событий, для того чтобы они имели значимость для других людей, чтобы имело смысл хранить и передавать их другим поколениям, необходимо, чтобы люди производили как бы первичный отбор и отсев чувственных впечатлений и образов. Необходимо стремиться в наибольшей доступной степени освободить эти знания от всего случайного, условного и недостоверного, что неизбежно присутствует в чувственных впечатлениях, образах и ощущениях наряду с подлинным и достоверным, точно передающим нам положение дел в окружающем мире.

Чтобы осуществить это требование, мы должны наблюдать в различных условиях, сравнивать различающиеся образы одних и тех же вещей и процессов, полученные при разных обстоятельствах. Однако в повседневной жизни возможности наши чрезвычайно ограниченны, и поэтому наблюдения, получаемые людьми в трудовой и предметно-практической деятельности, тоже носят на себе значительный отпечаток случайности, ограниченности и неполноты. Чтобы получить более или менее достоверные наблюдения, требуется затрачивать иногда многие сотни и даже тысячи лет. Но и это, впрочем, не избавляет знания, построенные на наблюдениях, от известного привкуса случайности и недостоверности.

Потребовались тысячелетия, прежде чем первобытные люди на основе случайных чувственных восприятий обнаружили, что кусок сырой глины, попавший в костер, может затвердеть и обрести прочность камня. Почти столько же времени ушло на то, чтобы научиться создавать и обжигать глиняные и керамические сосуды.

Люди веками видели восход и заход солнца и луны, движения светил, прежде чем у них возникли первые астрономические знания, основанные на наблюдениях. Даже тогда, когда человечество вышло из первобытного состояния, наблюдения оставались единственной формой знания об окружающем мире.

Вавилонские жрецы-халдеи рассказывали Александру Македонскому (IV в. до н. э.), что они вели наблюдения за небесными светилами на протяжении девятнадцати веков. За это время они отметили несколько десятков затмений Солнца и Луны. Однако они не знали законов движения Луны, Солнца и других светил.

Если бы в современной науке получение каждой новой «порции» знаний опиралось лишь на подобные наблюдения, то она не могла бы развиваться присущим# ей стремительными темпами.

Наблюдения, основанные на многочисленных, единичных, разобщенных, случайных актах чувственного восприятия мира, при которых человек лишь видит, слышит, осязает и обоняет предметы внешнего мира, не пытаясь активно на них воздействовать или видоизменить, называются пассивными. Пассивные наблюдения являются исторически древнейшей, простейшей, но вместе с тем и наименее совершенной формой познания мира. Вот почему для получения достоверных знаний в древности требовались столь большие промежутки времени и так медленно накапливалась информация об окружающих явлениях и процессах.Человек должен был месяцами, годами, десятилетиями ждать изменения условий, ждать, когда он случайно натолкнется на то или иное новое явление, ждать обстоятельств, когда он сможет сравнить различные впечатления, отсеять в них условное, случайное, преходящее и выделить более или менее устойчивые признаки вещей и событий. Но даже после такого длительного «отсева» пассивное наблюдение дает нам весьма ограниченные знания.

Стоя где-нибудь в степи, в поле или на городской площади и осматривая местность, вы можете составить впечатление о том, что Земля имеет цилиндрическую форму, ибо, поворачиваясь вокруг своей оси, вы будете видеть себя находящимся в центре окружности, границу которой образует линия горизонта.

К тому же вы вправе утверждать на основе сделанных наблюдений, что поверхность Земли практически плоская. Именно на таких наблюдениях и покоились древние представления о Земле, которые, как мы сейчас знаем, не соответствуют научным представлениям о ее форме.

Наблюдая движения небесных светил, люди в полном соответствии со своими чувственными впечатлениями пришли к выводу, что Земля неподвижна и находится в центре мироздания, а светила совершают движения по определенным линиям вокруг Земли. Именно на подобных прямых чувственных наблюдениях покоились астрономические знания людей на протяжении многих тысячелетий. Правда, для определенных практических целей (для повседневной ориентации на местности, для путешествий и передвижения на сравнительно короткие расстояния, строительства городов и дорог или для составления сельскохозяйственных календарей) эти наблюдения долгое время казались удовлетворительными. Однако, когда потребности и цели практической деятельности по мере развития общества и общественного производства стали усложняться, знания, целиком основанные на пассивных наблюдениях, оказались недостаточными. Вот почему Ф. Энгельс писал: «Здравый человеческий рассудок, весьма почтенный спутник в четырех стенах своего домашнего обихода, переживает самые удивительные приключения, лишь только он отважится выйти на широкий простор исследования».

Эти слова Энгельса имеют для нас то особое значение, что позволяют провести еще одну разграничительную линию между научным знанием и здравым смыслом, ибо отличительной чертой последнего как раз и является то, что он опирается в основном на пассивные наблюдения. И так как такие наблюдения несут в себе большой элемент случайности, ограниченности, накапливаются и изменяются крайне медленно, то все эти недостатки разделяет с ними и здравый смысл.

Научные знания часто так значительно отличаются от знаний, образующих здравый смысл, что многие авторы подчеркивают лишь отрицательные стороны здравого смысла. Вот почему я считаю здесь полезным обратить ваше внимание на то, что здравый смысл совсем не плох, что в известных пределах он до сих пор необходим. Именно на эту сторону обращает внимание и Энгельс, говоря, что здравый смысл является прекрасным спутником в четырех стенах домашнего обихода.

Действительно, самый образованный современный астроном, отправляясь в предрассветной мгле на рыбалку со своим приятелем, может сказать ему: «Как только поднимется солнце, начнется прекрасный клев рыбы». Вряд ли он будет думать о том, что такая информация ошибочна, потому что в строго научном смысле он должен был бы сказать о том, что клев рыбы начнется тогда, когда Земля совершит поворот вокруг своей оси на столько-то градусов. Однако в пределах повседневной жизнедеятельности и быта такая научная усложненность вряд ли пояснила бы бывалому рыбаку больше, чем привычные слова о восходе солнца.

Дело заключается не в том, что здравый смысл и пассивные наблюдения всегда и при всех условиях не годятся и не дают нам полезных знаний. Если бы все обстояло так, человечество до возникновения современных научных знаний, а они возникли совсем недавно, вообще не могло бы двигаться по пути исторического прогресса. Просто нам не мешает здесь вспомнить, что знание есть результат решения познавательных задач. И поскольку эти задачи по своему характеру в разные эпохи и на разных, так сказать, «уровнях» жизни очень различны, то и знания, необходимые для их удовлетворения, различны. В частности, для очень многих задач, возникающих в повседневной практике, знания, основанные на пассивных наблюдениях, все еще оказываются полезными, но, разумеется, за этими пределами к ним нужно относиться с большой осторожностью. Впрочем, и научные знания на начальных ступенях своего развития часто опираются на пассивные наблюдения. И хотя по целому ряду признаков они стоят выше здравого смысла, им присущи многие недостатки последнего.

Известно, что система греческого астронома Клавдия Птолемея Александрийского (II в. н. э.), опиравшаяся на многочисленные наблюдения за движением Солнца и других небесных светил, сделанные его предшественниками— египетскими, вавклонскими и особенно греческими астрономами, прежде всего Гиппархом (II в. до н. э.), в очень большой степени соответствовала привычной картине, которую рисовало себе большинство неискушенных в астрономии людей.

Система Птолемея была наглядной и хорошо соответствовала тем чувственным образам, которые может получить любой наблюдатель. В течение многих столетий она практически использовалась для самых различных целей. И лишь когда требования к точности календаря и к составлению навигационных карт, возникшие в связи с развитием мореплавания и торговли, поставили новые познавательные задачи и обнаружили несоответствия этой системы вновь накопленным данным, Николай Коперник (1473—1543) предложил новую астрономическую систему, принципиально отличавшуюся от картин и представлений, присущих здравому смыслу, но зато дававшую подлинно научное объяснение миру и позволившую сделать много важных научных предсказаний.

Главным рубежом между здравым смыслом и научным познанием мира является то, что знания, которые мы называем научными, в преобладающей мере строятся не на пассивных наблюдениях, а на наблюдениях активных или эксперименте.

Что же такое эксперимент?

Эксперимент также связан с получением чувственных наглядных образов предметов и процессов окружающего нас мира. Но в отличие от пассивного наблюдения, когда человек не изменяет, не преобразует изучаемые объекты, эксперимент как раз предполагает такие изменения и преобразования. В ходе эксперимента мы ставим различные объекты в искусственные условия, которых часто не существует в природе, стремимся устранить нежелательные случайности, заставляем действовать на них факторы, создаваемые нами в соответствии с заранее поставленными целями. Экспериментируя, ученый видоизменяет, преобразует, а часто и создает те или иные предметы из имеющихся в его распоряжении «сырых» материалов. Такое наблюдение можно назвать активным или, пользуясь словами В. И. Ленина, «живым созерцанием».

Преимущество эксперимента над пассивным наблюдением состоит в том, что мы вмешиваемся в течение событий, и это позволяет нам увидеть и обнаружить такие стороны изучаемых явлений, которые при пассивном наблюдении либо могут быть открыты с большой затратой сил и времени чисто случайно, либо вообще недоступны чувственному восприятию. По самому своему существу эксперимент сродни процессу производства материальных ценностей. И здесь и там мы можем выделить три основных элемента, три важнейших составляющих: человек, орудие воздействия на окружающий мир (орудия труда, научные приборы, аппараты и т. п.), изучаемые или преобразуемые объекты.

В процессе производства материальных благ и в экспериментальной деятельности люди с помощью определенных орудий и средств преобразуют, видоизменяют или создают новые предметы. Однако цели этих двух видов деятельности весьма различны. В первом случае цель — создание одних материальных предметов из других, во втором — получение знаний, возникающих в результате активного наблюдения за ходом эксперимента. Не трудно заметить, что эксперимент так же относится к производительной деятельности, как познавательные задачи к предметно-практической. Живое созерцание, основанное на эксперименте, позволяет преодолеть многие недостатки пассивного наблюдения. Однако не следует думать, что любой эксперимент сразу же достигает этой цели. Часто говорят, что современное новейшее естествознание целиком экспериментально, и именно в этом его главное отличие от обыденного, повседневного знания. Как и все слишком простые и короткие определения, это утверждение излишне огрубляет действительность. В повести Андрея Платонова «Город Градов» есть сцена, в которой участвуют два городских обывателя. Стоя друг против друга, они яростно спорят о том, что собой представляет комок почвы, который один из них держит в руке. «Это песок, — утверждает один из спорщиков и в подтверждение добавляет: — Дунь — и он рассыплется». — «Нет, это глина, — возражает другой, — плюнь — и она склеится».

По существу, эти комические спорщики не ограничиваются пассивным наблюдением. Они предлагают своего рода эксперимент, а именно: видоизменение условий и состояния наблюдаемого вещества. Конечно, такой эксперимент очень далек от экспериментов, проводимых в современной науке, использующих огромные ускорители, космические лаборатории, электронные микроскопы, барометры с гигантским давлением и т. п. Тем не менее способ решения спора, предлагаемый градовскими обывателями, тоже в какой-то степени представляет простейший эксперимент. Именно с таких простейших экспериментов нередко начинали свой путь в науку многие знаменитые экспериментаторы.

В данном случае нетрудно сказать, что вряд ли дунуть или плюнуть достаточно для разрешения спора, однако именно это замечание подводит нас и к более сильному выводу: далеко не всякий эксперимент может дать нам надежное научное знание. Слов нет, наши спорщики сделали некоторый шаг вперед, предложив два исключающих друг друга эксперимента — «дунуть» и «плюнуть». Ибо даже эти простые действия, приобретающие в повести Платонова такую смешную окраску, все-таки лучше, чем пассивное разглядывание комочка почвы. Но, разумеется, такое решение вопроса, как ясно даже самому неискушенному читателю, далеко от научности. Справедливости ради стоит сказать, что в обычной, повседневной практике способ решения спора был бы не очень далек от рецепта градовских «экспериментаторов». Для выяснения того, является ли данная разновидность почвы глиной или песком, следовало бы, добавив к ней воды, замесить тесто и, придав ему определенную форму, подвергнуть его затем обжигу. Если при этом он приобрел бы все свойства керамического изделия, то спор был бы решен в пользу глины. Если же, напротив, наши изделия при обжиге рассыпались, то мы с уверенностью могли бы сказать, что имеем дело с песком.

Но для геолога, стремящегося точно определить вид природных ископаемых, например, залежи глины или песка для промышленного производства, таких способов проверки недостаточно.

Мы видим, что очень многие важные, жизненно необходимые знания опираются на наблюдение и эксперимент. Но заметить это обстоятельство еще не значит указать, чем отличаются главные наблюдения и эксперименты от тех, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни и обычной производственной практике. Дело здесь, как я постараюсь, вам доказать, не только в том, что научные эксперименты и наблюдения сложнее и точнее, чем наблюдения и простейшие эксперименты, которые люди осуществляют в целях повседневного познания, а в той особой роли, которую эти виды познавательной деятельности играют в процессе «изготовления» научного знания.

В философии и методологии научного познания существует точка зрения, согласно которой наши знания об окружающем мире, и особенно научное знание, целиком и полностью зависят от результатов наблюдений. Такой взгляд получил название эмпиризма или эмпирической теории познания от греческого слова «эмпириа» — «опыта При первом знакомстве с процессом познания позиция эмпиристов может показаться правильной, и многие крупные ученые нередко ее разделяют, однако мы не обязаны принимать эту точку зрения на веру. Ее следует критически обсудить, и я полагаю, что такое обсуждение позволит нам продвинуться еще немного вперед в интересующем нас направлении. Для этого я хотел бы вместе с вами вернуться к примерам, приведенным в начале предыдущей главы. Все виды знаний, содержащиеся в утверждениях 1—8 (см. стр. 27), можно объединить в несколько групп.

К первой группе мы можем отнести предложения 3 и 8. В первом из них говорится о правиле возведения во вторую и третью степень некоторого числа а. Однако ни о числах, ни об арифметических и алгебраических операциях с ними, ни о самих правилах, содержащихся в утверждении 3, нельзя составить знания на основе наблюдений или физических экспериментов. В самом деле, и пассивное и активное наблюдения опираются на ощущения, чувственные восприятия и образы вещей, но мы не можем увидеть, услышать, потрогать, лизнуть или понюхать число, операцию умножения или возведения в степень. Объекты математических знаний, такие, как числа и операции с ними — сложение, умножение, возведение в степень и т. п, не могут быть восприняты нашими органами чувств. Поэтому математические знания нельзя отнести к разряду эмпирических, хотя мы знаем, что они применяются при решении практических задач. Вспомните хотя бы нашу историю со статуями.

Утверждение 8 содержит геометрические знания, касающиеся понятия «параллельные линии на плоскости». Привыкнув в школе иметь дело с геометрическими чертежами и наглядными рисунками, вы можете мне сказать, что математические знания такого рода наглядны, образны, что вы в состоянии их получить, рассматривая тот или иной чертеж. Однако я готов оспорить ваше утверждение. Действительно, подумайте сами, ведь ни одна классная доска, ни один лист ватмана, на котором содержится рисунок или чертеж, не являются в совершенно точном смысле слова плоскими, ибо на них имеются хотя бы малейшие неровности, которые можно заметить если не глазом, то через увеличительное стекло или микроскоп. Более того, ни одна карандашная точка на бумаге, пятнышко мела, которое мы считаем точкой, когда делаем рисунок на школьной доске, ни одна физическая молекула, атом или элементарная частица не являются в точном смысле слова математической (геометрической) точкой, ибо точка не имеет диаметра, длины, ширины, массы и других физических характеристик. А линия, проведенная карандашом, рейсфедером или мелом, также не является в строгом смысле математической линией, о которой, собственно, и идет речь в нашем утверждении. Наконец, когда мы говорим, что через точку, находящуюся вне данной прямой в той же самой плоскости, можно провести лишь одну линию, параллельную данной, мы, по существу, утверждаем, что две такие линии нигде и никогда не пересекутся. А между тем это утверждение нельзя обосновать или проверить с помощью наблюдений, так как мы не можем наблюдать бесконечно удаленные точки или даже достаточно длинные отрезки прямых, не говоря уже о том, что все известные и поддающиеся нашим наблюдениям тела ограничены в пространстве, а наш пример с параллельными линиями говорит о бесконечно протяженных плоскостях и прямых. Все известные нам наблюдения не только не подтверждают, но, наоборот, расходятся с утверждением 8, которое представляет собой не что иное, как знаменитый пятый «постулат о параллельных» геометрии Евклида. Эти размышления, следовательно, показывают, что математические знания не являются прямым результатом наблюдений и экспериментов и заставляют нас задуматься, как возникают такие знания, как они связаны с действительными наблюдениями и экспериментами, что позволяет нам применять их для решения практических, экспериментальных задач.

Ко второй группе мы можем отнести утверждение, подобное 7. В нем говорится о высоте Останкинской телевизионной башни. Может показаться, что это утверждение целиком построено на простейшем пассивном созерцании, наблюдении. Однако простое наблюдение не позволяет измерить высоту Останкинской башни. Чтобы сделать это, необходимо уметь измерять протяженные предметы. Необходимо знать правила измерения и вычисления измерительных ошибок. А всякие измерения связаны с математическими расчетами, со сложной совокупностью неэмпирических знаний. Стало быть, утверждения, подобные 7, хотя и кажутся чисто эмпирическими, не являются ими на самом деле.

К третьей группе можно отнести утверждение, аналогичное 4, в котором содержится знание о знаменитых опытах Майкла Фарадея: с их помощью он открыл связь между электричеством и магнетизмом. Теперь такие опыты можно увидеть в любой школьной лаборатории, но для своего времени они были, вершиной экспериментального мастерства. Знания, содержащиеся в этом утверждении, нельзя получить на основе пассивных наблюдений, ибо в природе такие явления в достаточно «чистом» виде просто не встречаются. Это дает дополнительную иллюстрацию того, почему так важны эксперименты особенно в научном познании. Но вернемся к нашей проблеме и посмотрим, можно ли такое знание считать чисто эмпирическим, то есть основанным на одном лишь чувственном созерцании.

В действительности вы можете во время опыта увидеть, как в полую катушку вдвигается железный сердечник, но вы не можете увидеть электрический ток не только во время школьных лабораторных занятий, но и ни при каких других условиях, так как он вообще не поддается чувственному восприятию. Разумеется, о прохождении тока по медному проводу, обмотанному вокруг катушки, вы можете судить по отклонению стрелки на шкале гальванометра. Однако для этого вам необходимо знать, что одно положение стрелки означает, что по проводнику идет ток, а другое— что электрический ток выключен. Кроме того, вы должны уметь пользоваться электрическими приборами и точно знать, что движение стрелки вызвано именно прохождением тока, а не какими-либо другими побочными, посторонними причинами. Следовательно, и знания, сформулированные в утверждении 4, не могут считаться чисто эмпирическими, поскольку для их выражения мало одних лишь чувственных восприятий и прямых наблюдений. Они предполагают наличие других дополнительных, вспомогательных знаний, полученных и проверенных до осуществления данного эксперимента.

Наконец, к четвертой группе я могу отнести утверждения, подобные 5. Вы будете почти правы, если скажете, что здесь-то наконец мы сталкиваемся с примером чистого эмпирического знания. Но слово «почти» я употребил недаром. Дело в том, что, подбрасывая камень и замечая, что он затем падает на землю, вы должны, если желаете быть точными, сказать: «Данный камень, подброшенный с такой-то скоростью, в таком-то направлении, в таком-то пункте земной поверхности, упал на Землю там-то».

Но велико ли значение этого утверждения, имеете ли вы право утверждать, что любой брошенный вами камень с произвольной скоростью и в любом пункте Земли упадет обратно на ее поверхность? Даже если вы произведете тысячи подобных наблюдений, я позволю себе усомниться в полной достоверности подобных знаний, лишь только вы попытаетесь утверждать, что таким же образом камень будет вести себя при любых условиях. Как мы знаем теперь, достаточно сообщить камню скорость, превосходящую 11,2 км/сек при его вертикальном броске вверх (так называемая вторая космическая скорость), чтобы он никогда больше не вернулся на поверхность Земли. В наше время такая скорость вполне достижима, поэтому утверждение «Камень, брошенный вверх, упал обратно на поверхность Земли» верно для каждого данного конкретного наблюдения, и в этом смысле его можно считать эмпирическим. Однако это утверждение лишь описывает определенное наблюдение и имеет небольшое познавательное значение: с его помощью фактически нельзя объяснить или предвидеть другие подобные события.

Вспомним теперь изречение Ампера, приведенное в начале этого раздела. Говоря о наблюдении как первой ступени и даже источнике научного познания, он, несомненно, имел в виду не только пассивные наблюдения, которые до сих пор широко применяются в науке, но и эксперименты. Сам он сделал свое известное открытие — сформулировал закон для электрических токов, носящий его имя, как раз благодаря экспериментальным наблюдениям. Но Ампер, подчеркивая роль наблюдений, не сводил всю науку к одним лишь наблюдениям, пассивным или активным. Наряду с ними он упоминает математические вычисления, вывод следствий из сделанных наблюдений в качестве важнейших методов и приемов научного познания. Очевидно, что только в связи с этими методами наблюдение и эксперимент могут приобрести достоинство научных методов и с гордостью носить титул научных приемов познания.

Будучи важными ступенями научного познания, наблюдения и эксперимент не образуют всей лестницы, как и вообще никакая отдельная ступень не может представлять собой лестницу в целом. Наша задача заключается, по-видимому, в том, чтобы определить место и назначение каждой ступеньки в лестнице научного познания. Этим мы сейчас и займемся.

Гордиев узел

Древний историк и биограф Плутарх рассказывает, что однажды Александру Македонскому показали невероятно запутанный узел, завязанный легендарным Гордием, основателем города Гордион. Предание гласило, что тот, кто сумеет распутать узел, станет владыкой мира. Не долго думая, Александр выхватил короткий меч и одним взмахом разрубил его.

Встречаясь с запутанными и трудно разрешимыми задачами, люди нередко пытаются поступить с ними, как Александр Македонский с гордиевым узлом, то есть разрубить, а не распутать. Но в жизни такой подход оправдан далеко не всегда, а в сложных научных вопросах он часто бывает просто пагубным.

Все это я говорю потому, что вопрос о природе самого научного знания, о том, как связаны между собой чувственные впечатления, образы и покоящиеся на них наблюдения с теоретическими знаниями, совсем не прост, и наш предыдущий разговор об их взаимосвязи подводит нас к пониманию того, что наука представляет своего рода гордиев узел. Тот, кто пытался разрубить его, всегда попадал в положение человека, получавшего в свое распоряжение один конец связи, но терявшего целое.

Философы и мыслители прошлого, пристально изучавшие знания, выраженные в языке, тщательно анализировали понятия, способы их образования, взаимосвязи, а также суждения и утверждения, в которых соединялись различные понятия, дававшие нам возможность составить знания о тех или иных предметах. Они отдавали предпочтение «чистой» мысли, выраженной в этих понятиях и утверждениях, но при этом не могли ответить ни на вопрос, как и почему возникли понятия и утверждения, ни на вопрос, как эти «чистые» знания могут быть применены к реальному материальному миру в качестве инструментов воздействия на него, средств его преобразования. Такое направление получило название идеализма, от греческого слова «идеа» — «идея, мысль», поскольку оно считало, что исторически первичным и главным в процессе познания являются такие формы мысли, как понятие, суждение или умозаключение, образованные взаимосвязанными утверждениями.

Напротив, мыслители, которые стояли на позициях эмпиризма, стремились вывести все знания из одних лишь наблюдений. Мы видели, однако (в предыдущей главе), что сделать это не только не просто, но во многих случаях и совершенно невозможно. К тому же и для проведения правильных корректных наблюдений и экспериментов необходимо располагать определенными знаниями. Получается своего рода гордиев узел: с одной стороны, понятия, суждения и умозаключения должны опираться на чувственные восприятия, на ощущения, являющиеся непосредственными отображениями, образами внешнего мира в мозгу человека; с другой стороны, сами ощущения, чувственные образы, наблюдения (пассивные и активные) предполагают наличие определенных знаний, общественной культуры, традиции чувственного восприятия. Я думаю поэтому, что наша задача заключается не в том, чтобы разрубить этот узел, и даже не в том, чтобы развязать его. В. И. Ленин как-то по иному поводу сказал, что при решении сложной задачи необходимо найти основное звено, уцепившись за которое можно вытащить (заметьте — вытащить, а не разорвать!) всю цепь. Мне кажется, что эти слова могут послужить для нас хорошим путеводителем. Необходимо найти некое «основное звено», которое позволило бы не только понять, как завязан этот узел, но и извлечь из этого понимания все, что нужно для формирования и развития научного познания.

Центральным звеном в цепи научных знаний являются законы науки. Термин «закон» весьма многозначен. Многозначность слов является характерной чертой естественного разговорного языка, которым мы пользуемся в повседневной жизни. Каждый язык, каким бы развитым и совершенным он ни был, имеет ограниченный запас слов и осмысленных словосочетаний. Поэтому люди часто использовали одни и те же слова и словосочетания для обозначения различных вещей, явлений и процессов, руководствуясь при этом чертами внешнего сходства, некоторыми внутренними связями или другими обстоятельствами. Это позволяло им при ограниченном запасе слов выражать с помощью естественного языка огромный объем самых разнородных знаний. С примерами подобной многозначности вы сталкиваетесь на каждом шагу. В трех предложениях: «Иван изучает французский язык», «В ресторане предлагают язык под майонезом», «Алгол — язык для машинного программирования» — термин «язык» обозначает различные вещи, практически имеющие между собой очень мало общего. Так же многозначно слово «нос», выражающее разные понятия в выражениях: «Нос корабля разрезал морские волны», «Канин Нос — полуостров», «у Иванова римский нос». Многозначным является термин «закон», выражающий в различных случаях совершенно различные понятия. Говорят о юридических законах, законах спорта, законах художественного творчества, законах природы или законах науки.

В этой книге мы будем интересоваться только законами двух последних видов.

Маркс говорил, что закон — это устойчивая, постоянная, необходимая внутренняя связь между явлениями, которые по своей видимости могут быть даже противоположны друг другу.

Зачем же нужно нам знать законы объективного мира, в чем смысл и назначение такого знания?

Окружающие нас явления и процессы, существующие вне нашего сознания и не зависящие от него, изменчивы и непостоянны. Чтобы ориентироваться в окружающем нас мире, приспособиться к нему, приспособить его к нашим потребностям, выжить и создать необходимые условия жизни, человек должен уметь разбираться в этих явлениях, в известной степени подчинять их себе. Он должен уметь объяснять их разнообразие, их отклонения в ту или иную сторону, а также предвидеть ход событий. Для всего этого как раз и нужно располагать сведениями о более устойчивых, постоянных связях между явлениями и процессами. Такие постоянные, устойчивые связи и являются объективными законами, которые Ленин образно называл «царством спокойного». Однако проникнуть в это царство отнюдь не легко.

Люди, обитающие в средних широтах, давно заметили, что существует определенное чередование дня и ночи в пределах суток. Это знание мы можем назвать предметно-ориентировочным, так как оно позволяет ориентироваться во времени, планировать и распределять нашу деятельность по различным интервалам суток. В нем, однако, не содержится никакой информации о глубинных, устойчивых и необходимых связях, ибо, зная, что день приходит на смену ночи и что по истечении определенного времени снова наступит день, подавляющее большинство людей на протяжении сотен тысяч лет не смогли ответить на вопрос, везде ли, всегда ли и почему дело обстоит именно так.

Старинные хроники рассказывают, что когда один из первых полярных путешественников вернулся после длительного пребывания на Крайнем Севере к своим землякам-французам и рассказал им о том, что на протяжении многих суток и недель, пока он находился на северной окраине Европы, солнце не заходило и царил постоянный день, ему просто не поверили. Теперь мы бы не усомнились в подобном сообщении. Впрочем, его современники были по-своему правы. Они доверяли своим чувствам, наблюдениям, и так как любые наблюдения ограничены местом, временем и другими условиями, то знания, убеждения и верования земляков этого путешественника были так же весьма поверхностны и ограниченны. Мы же, люди XX столетия, знающие законы движения планет, можем объяснить не только ежесуточную смену дня и ночи в средних широтах, но и многомесячные дни и ночи в полярных областях. Мы знаем, что наблюдения этого путешественника и его домоседов-земляков просто обнаруживали действия одного и того же закона в разных условиях, и этим объясняется различие в результатах наблюдений. Мы можем сразу же сделать один весьма существенный вывод, который и будет основным предметом нашего обсуждения в этом разделе. Вывод этот таков: наше знание строится на наблюдениях, но знание, целиком опирающееся только на наблюдение, справедливо лишь для определенных интервалов времени, определенного места, тех или иных ограниченных условий. Такие знания выражают или отражают предметно-ориентировочные связи, пригодные для решения некоторых ограниченных частных задач. С другой стороны, эти знания, как и лежащие в их основе наблюдения, могут быть объяснены и предсказаны, если мы знаем о законах природы.

Здесь нам следует провести ясное разграничение между двумя важными понятиями. Первым из них является понятие «объективный закон природы». Закон природы — это и есть те необходимые, устойчивые связи между внешне противоположными явлениями, о которых говорил Маркс. Такой закон или совокупность законов существует независимо от того, знают ли о них люди что-либо или нет.

Другое понятие — «закон науки». Законы науки формулируются, открываются, изобретаются учеными и отражают, описывают или выражают законы природы. Иными словами, законы науки представляют собой знания о законах природы и, следовательно, могут воспроизводить и отражать эти законы с большей или меньшей полнотой, более или менее точно, правильно, или, как говорят, адекватно.

Закон науки — это та форма, тот вид знания, отношением к которому проверяется научность всех остальных видов знания. Закон науки — это и есть то звено, ухватившись за которое мы можем вытянуть всю цепь, найти то наиболее важное переплетение, которое образует центр великого гордиева узла — научного познания.

Однако, соблюдая наш уговор, я вовсе не хочу, чтобы вы поверили мне на слово. Чтобы мое утверждение было убедительным, я хотел бы вместе с вами обсудить два вопроса. Каково отношение между законами науки и наблюдением? Как определяется мера соответствия между законами науки и законами природы и чем она проверяется и устанавливается?

На первый вопрос я постараюсь ответить сейчас, на второй — в следующей главе.

Давайте теперь вернемся к закону всемирного тяготения, который был опубликован Ньютоном в 1687 году в знаменитом трактате «Математические начала натуральной философии».

Вы помните, конечно, по школьным учебникам, что закон этот имеет вид F = g(m1m2/r2) , где F — сила притяжения, g — постоянная притяжения (особый коэффициент), m1 и m2 — массы двух взаимодействующих тел, r — расстояние между ними.

Закон, по существу, утверждает: 1) что все тела в природе притягивают друг друга и 2) что сила их взаимного притяжения прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Зная математическую формулу, выражающую закон как постоянную внутреннюю и необходимую связь между двумя любыми телами, можно вычислить величины, участвующие в формулировке закона.

Каким же образом Ньютон открыл этот закон, что навело его на мысль о всемирном тяготении? Известно, что Ньютон размышлял о законе всемирного тяготения еще в 1666 году. Что же делал он двадцать последующих лет, отделяющих этот момент от опубликования его трактата?

Как свидетельствуют дошедшие до нас документы, письма, воспоминания современников и т. д., почти одновременно с Ньютоном над вопросом взаимодействия тел на расстоянии задумывались и другие ученые. Более того, есть упоминание о том, что они также предполагали, что сила этого взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами.

Как видно, это не простая случайность. Однако дальше этого предположения другие современники Ньютона не двинулись.

Что же побудило принять за основу рассуждения два важных тезиса, которые лежат в самом фундаменте закона, а именно: предположения, что все тела притягивают друг друга и что сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними? Я думаю, что мы можем без особого труда ответить на этот вопрос.

Прежде всего и Ньютон и его современники были под сильным впечатлением недавно открытых законов движения планет Солнечной системы. По имени сформулировавшего их ученого эти законы называются законами Кеплера (1571—1630).

Первый из этих законов гласил, что все планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых и расположено Солнце. Каждая планета двигается, мы знаем, по «своему» эллипсу, однако фокусы с «закрепленным» в них Солнцем совпадают. Второй закон утверждает, что радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равновеликие площади. При этом для нас важно, что в алгебраической формулировке этого закона фигурирует величина r2, и ее изменение влияет на скорость движения планеты (где r — радиус-вектор, абсолютная величина которого указывает абсолютное расстояние планеты от Солнца).

Третий закон гласит, что квадраты времен обращения планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их орбит. Законы Кеплера, в отличие от знаменитой гипотезы Коперника, которая представляла движение планет вокруг Солнца по ряду концентрических окружностей, опирались на огромное количество наблюдений, сделанных учителем Кеплера— великим датским астрономом Тихо Браге, и на тщательные математические расчеты, сделанные самим Кеплером с большим искусством. Его законы позволяли производить точные предсказания положения планет, что подтверждалось наблюдениями астрономов. Кеплер, как и Коперник, стремился в первую очередь ответить на вопрос, как двигаются планеты, какова геометрическая и математическая модель их движения. На вопрос, почему они двигаются именно так, а не иначе, ни Коперник, ни Кеплер ответить не могли. По-видимому, в значительной степени из-за того, что еще не порвали с религиозным мировоззрением и, подобно большинству своих современников, удовлетворялись ответом, согласно которому планеты двигаются так, а не иначе по воле господней и двигателями их являются ангелы. Однако уже великий современник Кеплера Галилео Галилей стремился объяснить движение тел в природе, исходя лишь из самих свойств и законов природы. Он, в частности, сформулировал другой замечательный закон, закон инерции, на который опирался Ньютон, создавая классическую динамику.

В отличие от физической кинематики — раздела физики, изучающего, как при тех или иных условиях двигаются тела в пространстве, физическая динамика стремится ответить на вопрос, почему они двигаются так или иначе. Динамика, следовательно, использует результаты кинематики, но не удовлетворяется ими. Первый закон ньютоновской динамики был высказан еще Галилеем, но вошел в историю науки в формулировке, данной в «Математических началах» Ньютона. Он утверждает, что каждое тело в инерциальной системе отсчета покоится или двигается равномерно и прямолинейно, пока на него не подействует какая-либо сила. Опираясь на этот закон, Ньютон сформулировал следующий, второй закон динамики, математическим выражением которого является формула F = та, где F—сила, т — масса, а — ускорение.

Законы Кеплера, закон инерции Галилея и динамика Ньютона как раз и послужили основой закона всемирного тяготения.

В самом деле, если в соответствии с бесспорными вычислениями Кеплера планеты двигаются по эллипсам, значит, существует какая-то сила, заставляющая их в соответствии с законом инерции Галилея — Ньютона менять скорость как по величине, так и по направлению. Пользуясь правилом параллелограммов сил, о котором вы знаете из курса школьной физики, Ньютон вполне резонно предположил, что если бы на планеты не действовали никакие силы, то, начиная с каждого данного момента, планеты двигались бы по прямой, касательной к их действительной орбите.

Так как планеты в действительности двигаются по эллипсу, то следует предположить, что, помимо силы, направляющей их по касательной, имеется другая сила, направленная к Солнцу. Эта центростремительная сила была названа Ньютоном силой притяжения. Теперь оставалось лишь подыскать математическое выражение для предполагаемого закона притяжения и проверить его всеобщность. Здесь роль своего рода «подсказчика» сыграл второй закон Кеплера, который своей формулировкой обращал внимание на связь движения планет с величиной, обратно пропорциональной квадрату их расстояния от Солнца.

Конечно, открытие точной формулировки закона — великая личная заслуга Ньютона, но, как вы видите, открытие это было сделано, по-видимому, не в саду, не через пару минут после падения легендарного яблока, а «вырабатывалось» на протяжении многих лет и опиралось на знание многих других законов, открытий и расчетов.

И еще одна важная деталь: даже после того, как формулировка закона была найдена, Ньютон опубликовал его не сразу. Прежде всего он попытался привести свой закон в согласие с явлениями природы. В качестве, так сказать, пробного полигона он выбрал вращение Луны вокруг Земли. Однако сложные расчеты, произведенные Ньютоном на основе открытого им закона, не согласовывались с вычислениями астрономов, производивших реальные наблюдения за вращением естественного спутника нашей планеты. Это заставило Ньютона на ряд лет отложить опубликование открытого закона. Лишь после того, как он познакомился с новыми, более точными результатами измерений окружности и радиуса Земли, сделанными Жаном Пикаром и опубликованными в 1675 году, он сумел внести поправки, и результаты его вычислений полностью совпали с результатами наблюдений. Только после этого Ньютон включил свой закон в число достоверных истин, подлежащих опубликованию.

Мы можем заметить немало сложных петель, из которых складывается гордиев узел науки. Закон всемирного тяготения не был непосредственно и прямо выведен, извлечен из наблюдений и экспериментов. Ньютон опирался на другие законы, прежде всего законы Кеплера и Галилея, а также законы классической кинематики и динамики.

Таким образом, неверно думать, будто бы все законы непосредственно возникают на основе наблюдений. Пример закона всемирного тяготения показывает, что он возник в результате сложных теоретических построений, вследствие учета взаимодействия, «вза-имоналожения» различных, ранее установленных законов науки. Далее наблюдения играют разную роль на начальной и заключительной стадиях формирования закона. На первой они могут дать толчок к поискам закона, на второй — послужить средством его проверки (наблюдение за движением Луны в случае с законом тяготения).

Различными по своей природе были и законы, предшествовавшие и содействовавшие открытию закона всемирного тяготения. Законы Кеплера возникли в результате математической обработки наблюдений Тихо Браге. Без них открытие законов Кеплера было бы просто невозможно. Поэтому такие законы обычно называют эмпирическими. Они если и не вытекают непосредственно из наблюдений, то уж, по крайней мере, являются результатами их математической обработки. Напротив, закон инерции Галилея не мог, как думают многие, возникнуть из наблюдений.

В самом деле, рассматривая движение любых предметов в природных или лабораторных искусственных условиях, мы никогда не можем заметить предметов, находящихся в абсолютном покое или совершающих прямолинейное равномерное движение. Сам Галилей это прекрасно сознавал к утверждал, что все виды движения относительны. Любое тело на поверхности Земли, которое мы можем условно считать покоящимся, в действительности втянуто в целый ряд разнообразных движений: оно вместе с поверхностью Земли колеблется, хотя, быть может, и не очень заметно, вращается вокруг земной оси и вместе с Землей вращается в Солнечной системе, а вместе с последней совершает движение в Галактике.

В окружающем нас физическом мире нет также совершенно прямых линий, и все тела рано или поздно меняют свои направления и скорости. Кроме того, как утверждает современная физика, все они подвергаются тем или иным воздействиям. Поэтому закон инерции, выступающий в качестве первого закона ньютоновской динамики и образующий одну из важных предпосылок открытия закона всемирного тяготения, просто-напросто расходится с прямыми и непосредственными наблюдениями. Впрочем, и законы Кеплера не могли бы быть прямо и непосредственно выведены из наблюдения. Они были сформулированы лишь на основе сложных математических расчетов, ибо то, что мы видим, рассматривая движение светил на небосклоне, попросту противоречит утверждению о движении планет вокруг Солнца.

Что же касается закона инерции, то он возникает не как результат сложных расчетов, а как некоторое теоретическое предположение или гипотеза, имеющая совсем иное назначение и происхождение, чем законы Кеплера. Его подлинный смысл можно было бы передать так: если бы на тела не действовали никакие силы, то они в определенной системе отсчета (которую мы называем инерциальной) покоились бы, либо двигались прямолинейно и равномерно. Но поскольку наблюдения во всех реальных и лабораторных условиях показывают, что ни одно тело не находится в абсолютном покое и не двигается равномерно по идеальной и бесконечной прямой, то это свидетельствует о том, что на все тела действуют какие-либо силы, не дающие им оставаться в покое или двигаться равномерно и прямолинейно. В такой формулировке закон инерции выступает как предположение, как гипотеза об условиях наблюдения за явлениями природы, при которых эти явления могут подчиняться законам классической динамики. Без такого предположения нельзя было бы применить закон всемирного тяготения к объяснению причин вращения планет вокруг Солнца или Луны вокруг Земли.

В самом деле, достаточно предположить, что в мире просто неосуществимо прямолинейное движение хотя бы потому, что реальное физическое пространство искривлено, чтобы отпала необходимость в самом понятии силы тяготения. В этом случае можно было бы сказать, что Земля двигается по кривой линии вокруг Солнца просто потому, что такое движение заключено в самой природе физического пространства, окружающего Солнце. То же самое можно было бы сказать и о Луне. Вы, пожалуй, возразите, что понятие «искривленное пространство» — нечто противоестественное и искусственное. Не торопитесь, однако, с поспешными выводами. Именно такое понятие, конечно несколько более сложное, лежит в основе общей теории относительности Эйнштейна, которая более глубоко, чем закон тяготения Ньютона, объясняет многие физические явления. И хотя эта теория еще не получила полного эмпирического и экспериментального подтверждения, есть много данных, заставляющих считать, что в целом она является правильной.

Мы, следовательно, вынуждены признать, что законы науки могут различаться по своему происхождению: одни из них могут быть эмпирическими, подобно законам Кеплера, другие теоретическими, выступая в качестве гипотетических предположений, подобно закону Галилея. Но и в том и в другом случае эти законы формулируются и создаются для того, чтобы вскрыть объективные, устойчивые и необходимые связи в самой природе. Здесь, кстати, я считаю полезным обратить ваше внимание, что сами творцы подобных законов не всегда верно оценивают их сущность, происхождение и способ создания или открытия. Ньютон любил говорить, что он не выдумывает гипотез. Эту же мысль подчеркивал и Ампер в высказывании, которое я привел в начале предыдущего раздела. Тем не менее мы видим, что без гипотез и допущений многие важнейшие положения науки просто невозможны.

Более того, закон всемирного тяготения Ньютона прямо опирается на гипотезу, а именно на предположение о том, что существует абсолютно пустое и неподвижное мировое пространство и равномерно текущее время, не зависящее от характера движения тел. Теперь мы знаем, и это подтверждено экспериментальной физикой и более точными современными наблюдениями, что такое предположение в общем и целом неправильно или, лучше сказать, является слишком простым и грубым. Однако для цели Ньютона оно было вполне приемлемо. Ему самому оно казалось настолько естественным, что он даже не замечал гипотетичности, условности своего собственного допущения абсолютного пространства и равномерно текущего времени, не связанного ни с движением тел, ни с этим пространством.

Наконец, нам следует обратить внимание на то, что законы, гипотезы и наблюдения далеко не просто согласуются друг с другом и не следуют друг за другом в какой-нибудь раз навсегда установленной последовательности. Законы Кеплера опирались на наблюдения Тихо Браге. Сам Браге осуществлял свои наблюдения, чтобы проверить, какая из двух систем— геоцентрическая или гелиоцентрическая — является правильной, более соответствующей действительному движению планет в природе. Опираясь на свои наблюдения, он был склонен отвергнуть гелиоцентрическую систему Коперника, тогда как Кеплер, используя наблюдения Браге, подтвердил ее.

Мы приходим с вами к несколько неожиданным выводам. Законы науки создаются для того, чтобы объяснить различные, иногда противоречивые наблюдения или предсказать новые. В то же время сами законы науки не только не поддаются наблюдению, но их содержание прямо-таки расходится с данными наблюдений. Мы видим вращение Солнца вокруг Земли (что и утверждала система Птолемея), а не эллиптические орбиты, по которым Земля и планеты вращаются вокруг Солнца (как следует из законов Кеплера).

Мы наблюдаем взаимодействие ограниченного числа тел, одни из которых притягиваются друг к другу, другие отталкиваются, третьи как будто бы вообще не влияют друг на друга, в то время как закон тяготения утверждает, что силы притяжения охватывают все тела во всей бесконечной Вселенной. Здравый смысл стоит гораздо ближе к наблюдению. Он представляет собой их непосредственное обобщение, элементарную связь между ними. Законы науки говорят о том, что непосредственно нельзя наблюдать, но вместе с тем предсказывают и объясняют самые сложные и неожиданные наблюдения. Чтобы сформулировать закон, нужны предположения (гипотезы), допущения и понятия, которые как будто бы не могут быть основаны или применены к наблюдениям и экспериментам, а вместе с тем именно эти гипотезы — допущения и понятия — позволяют сформулировать наиболее глубокие научные знания о действительности.

Вы помните, как были поражены Элли и ее спутники, когда, войдя в Изумрудный город, обнаружили, что дома, деревья, люди, птицы и звери в этом городе зеленого цвета. Стоило лишь снять волшебные очки, как к этим предметам вернулась обычная окраска.

Научные предположения, допущения и понятия позволяют увидеть окружающий нас мир неожиданным образом, в том особом волшебном свете, который недоступен здравому смыслу и позволяет выхватить из мрака неизвестности то, что скрыто от невооруженного взгляда.

Итак, ситуация такова: законы науки не совпадают по содержанию с наблюдениями и экспериментом, но опираются на них, объясняют и предсказывают. Как правило, одно наблюдение не зависит от другого непосредственно, тогда как законы и гипотезы, относящиеся к одному кругу проблем, взаимосвязаны и выводятся друг из друга. Здесь есть над чем задуматься. И даже если я скажу вам, что подчеркнутая мной парадоксальная ситуация может быть устранена указанием на то, что законы науки дают нам знания не о наблюдениях и экспериментах самих по себе, а о внутренних связях окружающего мира, не все сомнения будут устранены.

Мы распутали несколько петель гордиева узла, но наша работа не закончена, и в следующей главе мы займемся центральной проблемой научного познания, а именно: как устанавливается и проверяется соответствие законов науки и объективных устойчивых связей материального мира.

В ПОИСКАХ НАУЧНОЙ ИСТИНЫ

Что есть истина?

Евангельское предание гласит, что вопрос, стоящий в заглавии, был задан наместником римского императора Понтием Пилатом, когда к нему привели по обвинению в подстрекательстве и нарушении порядка бродячего проповедника, прозванного Иисусом Хридтом. Обвинители утверждали, что этот оборванный и никому не известный человек повсюду сеет смуту, говоря, будто ему известна высшая истина о смысле жизни и бытия. Именно тогда Понтий Пилат и задал свой знаменитый вопрос, ставший с тех пор символом скептического неверия в то, что истина вообще существует, что она достижима.

Таким он и изображен на известной картине русского художника Н. Н. Ге «Что есть истина?»: высокомерный образованный римский чиновник, с презрением глядящий на бродячего проповедника, полагающего, что ему известна истина.

Оставим, однако, евангельские предания и заметим, что вопрос о том, что такое истина, существует ли она и, если существует, чем и как проверяется и доказывается, представляет для нас чрезвычайную важность, ибо он является центральным для всякой науки. Здесь проходит водораздел между наукой и религией. Первая стремится к объективной общезначимой истине, вторая опирается на веру, на внутреннее религиозное чувство, расходящееся с разумными доказательствами. Недаром знаменитый апологет раннего христианства Тертуллиан говорил: «Верую, потому что абсурдно».

Что же такое истина вообще, научная истина в частности? Слово «истина», как и многие другие слова, перешедшие в науку из повседневного разговорного языка, многозначно. Оно имеет много различных смысловых оттенков. Часто говорят об истинной любви, истинной красоте, истинной поэзии и т. д. Во всех подобных случаях слова «истина», «истинный» употребляются как эпитеты, подчеркивающие исключительную силу того или иного чувства, важность, значимость того или иного явления, переживания и т. п. Однако в науке понятие «истина» служит для оценки соответствия наших знаний действительности, окружающему нас миру, оно показывает, в какой степени явления и процессы, существующие и происходящие во внешнем материальном мире, отражены нашими знаниями.

И тут сразу же возникают несколько сложных вопросов.

Во-первых, что значит, что те или иные явления отражены в наших знаниях; во-вторых, все ли виды знания отражают действительность одинаковым способом; в-третьих, все ли они относятся к окружающей нас действительности и, наконец, что дает нам уверенность в том, что наши знания действительно точно, верно отражают окружающий мир?

Займемся обсуждением этих вопросов. Прежде всего давайте рассмотрим несколько утверждений.

1. Бойцы отражают нападение врага. 2. В зеркале отражается лицо девушки. 3. Картина Левитана «Над вечным покоем» отражает русскую природу. 4. Шестая симфония Чайковского отражает мир внутренних переживаний и чувств композитора. 5. Закон всемирного тяготения отражает необходимые и постоянные внутренние связи и взаимодействия тел в природе.

Если сравнить эти предложения, то сразу же становится ясно, что понятия «отражение» во всех этих примерах имеют разное значение. Смысл первого предложения в том, что одна группа вооруженных людей оказывает сопротивление другой, но было бы бессмысленно сказать, что зеркало оказывает сопротивление лицу девушки или картина Левитана сопротивляется русской природе, а тем более закон всемирного тяготения сопротивляется объективным процессам взаимодействия тел.

Во втором предложении понятие «отражение» имеет, по-видимому, тот смысл, что мы можем, сравнивая наши зрительные впечатления, установить сходство между лицом девушки и его видимым изображением в зеркале. Сходный смысл понятия «отражение» имеется и в третьем примере, с той оговоркой, что изображение девичьего лица в зеркале исчезает сразу же, как только девушка отходит от зеркала, тогда как картина Левитана представляет собой типичный образ природы, сохраняющийся даже в отсутствие запечатленного в нем пейзажа. Зато для четвертого и пятого примеров этот смысл понятия «отражение» совершенно не пригоден. Говоря о том, что симфония отражает внутренние переживания композитора, слушатель может испытывать подъем, радостное волнение, чувство трагичности и другие психологические состояния, которые, по-видимому, испытывались композитором, выразившим их в музыке. Таким образом, возникает известное «совпадение» или «соответствие» чувственного, психологического состояния, в котором через посредство музыки слушатель как бы отражает внутренний мир ее автора. Напротив, никакого чувственного сходства между математической или словесной записью закона всемирного тяготения и чувственным впечатлением, возникающим при наблюдении за падающими предметами на Земле, вращением Луны или другими взаимнопритягивающимися телами, не обнаруживается. Понятие «отражение», встречающееся в 4-м и 5-м примерах, имеет различное значение.

Вполне возможно, что, сделав свое открытие, Ньютон, как и большинство ученых в подобной ситуации, испытал огромную радость, подъем творческих сил, необыкновенный прилив энергии, но закон в его математической формулировке отражает не эти чувства, а объективные связи и отношения между предметами самой материальной действительности. Поэтому, говоря о том, что наши знания отражают действительность, мы будем употреблять понятие «отражение» в том смысле и с тем значением, в каком оно употребляется в последнем, пятом, из только что приведенных примеров.

Наше рассуждение имеет и еще одну полезную сторону. Оно показывает, что в науке необходимо точно определять смысл и значение слов и понятий. Перекочевав в науку из языка повседневного общения, многие слова «захватили» с собой присущую им неясность и многозначность, которая на первых порах часто порождает много недоразумений. Поэтому одна из центральных задач анализа науки заключается в том, чтобы устранить неясность и многозначность слов, терминов, понятий, которые встречаются в языке науки. Это как раз и позволяет сделать язык науки наиболее точным, определенным и понятным, хотя многим людям, привыкшим к многозначности разговорного языка, эта строгость кажется утомительной и излишней.

Итак, говоря о том, что знание, и в первую очередь научное знание, отражает действительность, мы вкладываем в понятие «отражение» совсем особый смысл, иной, чем в тех случаях, когда речь идет о музыкальных, художественных или литературных произведениях или об отражении в мире физических явлений. Теперь нам следует задуматься над тем, всегда ли наши знания отражают действительность верно, всегда ли то, что мы называем знанием, дает нам точную информацию о явлениях и процессах, совершающихся вокруг нас.

Прежде чем ответить на этот вопрос, я хочу обратить ваше внимание на то, что отнюдь не все наши знания вообще относятся к внешнему миру, отнюдь не все являются отражением совершающихся в нем процессов и явлений. Чтобы развеять сомнения, которые могут у вас возникнуть, позвольте мне пояснить это утверждение несколькими примерами.

Предположим, что вы переходите улицу, по которой с большой скоростью двигается поток городского транспорта: автомашины, автобусы, троллейбусы, автофургоны и т. д. Чтобы не вызвать дорожной катастрофы и самому не стать жертвой городского транспорта, вы должны знать определенные правила дорожного движения, скажем, основы цветовой сигнализации, разрешающей или запрещающей движение транспорта и пешеходов. Правила дорожного движения условны: возможно, что в одном городе существует правостороннее движение транспорта, в другом — левостороннее.

В известных границах условны и многие другие правила, которыми люди пользуются в быту, на производстве и т. д. Например, правила хорошего тона запрещают есть рыбу ножом, правила шахматной игры запрещают шахматному слону двигаться по вертикальным и горизонтальным линиям, футбольные правила запрещают одновременно играть двадцатью двумя футбольными мячами (как вы помните, именно такое правило попытался ввести в футбол знаменитый старик Хоттабыч) и т. д.

Очень многие правила, существующие в нашей жизни, можно легко изменить, не нарушая сколько-нибудь значительно привычного течения событий. Если в шахматах появится новое правило, разрешающее рокировку не только короля, но и королевы, то в этой игре наметятся неожиданные комбинационные возможности и многие новые варианты шахматных решений; однако я надеюсь, что это нововведение не поколеблет окружающий нас мир и общественный порядок.

Многие обычаи, привычки и нормы поведения, по существу, являются не чем иным, как правилами, регулирующими совместную деятельность людей в обществе, на работе, в быту, во время отдыха или во время коллективных развлечений. Одни из этих норм, привычек и правил вырабатывались столетиями, другие были введены относительно недавно. Одни явились результатом стихийной, бессознательной деятельности людей, другие устанавливались сознательно и продуманно. Одни приняты в больших общественных коллективах (это касается, например, правил бытового поведения, скажем, требование уступать пожилым людям место в общественном транспорте и т. д.), другие касаются лишь небольших, относительно замкнутых групп людей, например, среди ученых принято в каждой статье по данному вопросу ссылаться на труды своих предшественников, тогда как представители художественной литературы, иногда использующие сходные сюжеты, таких ссылок не делают.

Несмотря на все эти различия, правила устанавливаются людьми и могут ими же более или менее существенно изменяться. Нельзя поэтому сказать, что одни правила являются истинными, другие ложными. Нелепо было бы утверждать, что движение шахматного слона по диагонали истинно, в то время как движение по горизонтальным и вертикальным линиям ложно. Точно так же бессмысленно говорить о том, что истинны или ложны правила уличного движения или запрещение есть рыбу ножом и т. п. Просто все эти правила необходимо знать и следовать им при выполнении определенных совместных коллективных действий, особенно если эти правила касаются общественно значимой деятельности, Например производственной, учебной или спортивной.

Знание различных правил чрезвычайно важно, но для нас сейчас существенно то, что оно не может оцениваться с точки зрения их истинности или ложности. Так как правила устанавливаются для того, чтобы регулировать нашу деятельность, необходимую для достижения тех или иных целей, то их следует оценивать с точки зрения того, насколько они целесообразны. В тех случаях, когда мы в состоянии предложить правила, больше соответствующие данным целям, лучше управляющие нашими действиями, мы в состоянии заменить старые правила новыми.

Совсем иначе обстоит дело с истинными знаниями, относящимися к объективному миру. Не исключено, что настанет момент, когда, исчерпав почти все возможные шахматные комбинации, шахматисты примут решение о том, что рокировка допускается для королевы так же, как для короля; возможно, что футбольные авторитеты разрешат бить штрафной удар (пенальти) не с одиннадцати-, а с пятнадцати- или шестиметрового расстояния от ворот; возможно даже, что найдутся смельчаки, способные ввести правила, разрешающие есть рыбу ножом.

Во всех этих случаях мы, по-видимому, смогли бы приноровиться к новым правилам, поступившись теми или иными старыми привычками.

Совсем иное дело, если бы кто-нибудь попытался видоизменить закон всемирного тяготения, сформулировать его так:

F=g(5m1·5m1/r2).

В такой записи закон не просто обрел бы другую математическую формулировку, но стал бы ложным. Далеко не все и не всякие правила можно произвольно или по взаимному согласованию видоизменять или отменять. Существуют правила, так сказать, «сцепленные», тесно связанные с нашими знаниями об окружающем мире, то есть со знаниями, которые бывают истинными или ложными. Такие правила непосредственно зависят от того, насколько истинны знания об объективном мире. И об этих правилах, и о том, как они «сцеплены» с истинными знаниями, у нас пойдет особый разговор, поскольку от связи определенных правил с истинными знаниями зависит само понимание истинности.

Вернемся теперь к вопросу об истине.

В. И. Ленин в книге «Материализм и эмпириокритицизм» писал, что объективная истина — это такое содержание наших представлений, которое не зависит ни от человека, ни от человечества. Здесь слово «представление» обозначает самый широкий круг человеческих знаний от непосредственных наблюдений до законов природы и общественного развития. От чего же в таком случае зависит объективная истина, если она не зависит ни от человека, ни от человечества?

Приведенные выше слова Ленина обозначают четкую грань между двумя типами или, лучше сказать, слоями знания, а именно такими знаниями или таким содержанием знаний, которое зависит от отдельных людей, и такими, которые не зависят. После того, что мы с вами уже здесь выяснили, мы увидели, что различные правила деятельности, привычки и нормы поведения в большей или меньшей степени зависят от отдельных людей или человечества в целом, формируются и складываются в зависимости от тех или иных исторических условий и с их изменением приобретают новые значения или лишаются его совсем.

Иное дело объективная истина. Те или иные законы природы и общества или научно установленные факты открываются, обнаруживаются, формулируются тоже в определенных условиях. Но, будучи раз сформулированными или открытыми, они уже не зависят ни от открывших их людей, ни от человечества в целом.

От чего же в таком случае они зависят? В самом 88 общем виде ответ таков: от того, какие явления и процессы отражают в объективном мире данные знания, и от того, насколько велика степень соответствия этих знаний данным явлениям и процессам. Если мы захотели бы с вами выразить эту мысль более педантично и аккуратно, что очень часто бывает не только полезно, но просто необходимо для серьезного обсуждения, то мы могли бы сформулировать ее следующим образом.

Пусть А — некоторое утверждение, выраженное в предложении на каком-нибудь языке; пусть В — какое-нибудь явление или процесс либо совокупность явлений или процессов объективного мира. Тогда выражение «А есть истинное значение или объективная истина, относящаяся к В» означает: 1. А отражает В и 2. А соответствует Б. Оба пункта, содержащихся в этом определении, нуждаются в пояснении. Первый из них говорит, что А может называться истинным лишь в случае, если оно отражает и относится именно к процессам или явлениям Б, но не к другим каким-либо явлениям и процессам, хотя бы и сходным с Б в том или ином отношении.

Закон всемирного тяготения является объективной истиной или истинным знанием о процессах взаимного притяжения между твердыми телами в определенных условиях. Но этот же самый закон перестает быть истинным знанием, если мы пытаемся применить его, например, к взаимодействию между людьми или животными,живущими и действующими совсем в иных условиях. Подобным же образом, объективной истиной являются знания о «механизме» передачи наследственных, устойчивых, сохраняющихся признаков у живых организмов, открытых Уотсоном и Криком, но эти знания были бы ложными, если бы мы попытались их перенести на совсем другие, например общественные, явления.

Первый пункт определения, следовательно, показывает, что истинные знания должны относиться не ко всем и не к любым, а к некоторым конкретным, выделенным и более или менее точно ограниченным явлениям. Именно это и имел в виду В. И. Ленин, когда говорил, что истина всегда конкретна.

Второй пункт определения подчеркивает ту мысль, что А может рассматриваться как объективная истина не просто потому, что А отражает В, но потому, что А соответствует В. Очевидно, что понятия «отражение» и «соответствие» хотя и связаны друг с другом, но не совпадают полностью и отмечают, так сказать, тесно переплетающиеся, но различные стороны дела.

Я уже говорил раньше, что понятие «отражение» многозначно, и на ряде примеров пытался доказать вам, что отражение в научном познании имеет совсем иной смысл, нежели в случаях, когда речь идет о других видах деятельности. Однако выявить различия еще не значит точно определить смысл данного понятия.

Теперь наступил момент, когда мы, как я надеюсь, сможем решить и эту задачу. Только для этого нам понадобится рассмотреть вместе понятия «соответствие» и «отражение».

Чтобы установить соответствие двух каких-либо предметов, необходимо выделить один или несколько признаков, по отношению к которым имеет смысл говорить о соответствии. Мы можем сравнить два металлических стержня, выделив в качестве основного признака их длину. Приложив стержни друг к другу и заметив, что концы в точности совпадают, мы вправе утверждать, что эти стержни соответствуют друг другу по длине. Стержни разной длины могут соответствовать друг другу по своему химическому составу. Чтобы установить это, следует проделать химический анализ, и, если в результате мы обнаружим, что оба стержня сделаны из одного и того же металла, мы можем сказать, что они соответствуют друг другу по химическому составу. Стержни могут отличаться длиной, химическим составом, диаметром, формой и т. д., но соответствовать друг другу по весу.

Если перчатка плотно облегает руку, можно сказать, что она соответствует руке.

Из этих примеров следует, что для установления соответствия нескольких предметов необходимо, во-первых, указать признак или набор признаков, по отношению к которым устанавливается соответствие, и, во-вторых, те или иные действия, позволяющие установить наличие интересующих нас признаков. Установить соответствие тех или иных предметов по данному набору признаков относительно легко. Несравненно труднее установить соответствие между предложением, заключающим в себе знания о предметах, и самими этими предметами.

Обратимся снова к списку предложений, помещенных в начале первой главы.

Каким образом можно сравнить, сопоставить, соотнести их с объектами и явлениями, о которых они говорят? Предложение 7 нельзя приложить к Останкинской башне, через предложение 4 нельзя пропустить электрический ток, как через медную обмотку полой деревянной катушки, предложение 3 нельзя «натянуть» на математические операции, как перчатку на руку.

Знания, как вы помните, выражаются в предложениях того или иного языка, а явления, к которым они относятся, принадлежат объективному миру, миру материальных вещей и процессов. Разумеется, сами предложения материальны в том смысле, что звуки или письменные знаки, посредством которых они обозначаются, могут быть восприняты нашими органами чувств. Но можно ли установить какое-либо разумное соответствие между звуками или буквенными значками, с помощью которых выражены знания об Останкинской башне, с самой этой башней, сделанной из стали и бетона?

Можно ли установить совпадение, соответствие между звуковой или графической формой предложения, говорящего о песке и глине, и самими минеральными образованиями? По-видимому, такое сравнение или соответствие лишено всякого смысла и даже попросту невозможно.

Как же тогда можно говорить об истинности наших знаний, то есть о том, что они отражают объективную действительность и соответствуют ей? Чтобы установить, например, соответствие предложения «Высота Останкинской телевизионной башни от ее основания до кончика шпиля равна 536 метрам» действительному положению дел, нам следует, во-первых, знать, какие предметы или свойства и количественные характеристики предметов обозначаются словами «Останкинская телевизионная башня», «шпиль», «основание», «536 метров», «равняется» и т. п. А во-вторых, нам нужно знать, что связь между этими словами, являющимися наименованиями предметов или понятиями о тех или иных множествах предметов, свойств и отношений, соответствует некоторой объективной связи между вещами и их свойствами в самой объективной действительности.

Вот здесь-то мы и подходим к существу дела. Оно заключается в том, что слова, выступающие в качестве имен и понятий, обозначают те или иные явления и процессы, а также связанные с ними чувственные образы и в этом смысле отражают их. Это значит, что, услышав или прочитав то или иное выражение, состоящее из одного или нескольких слов, мы можем более или менее точно указать, к каким предметам или совокупности предметов и процессов эти выражения относятся, что они обозначают, о чем с их помощью мы можем говорить.

С другой стороны, мы подразумеваем, что, столкнувшись с теми или иными явлениями в окружающем мире, мы знаем, какими языковыми выражениями они обозначаются.

Таким образом, отношение обозначения, имеющее место между нашими языковыми выражениями, то есть именами и понятиями, с одной стороны, и объектами материального мира — с другой, есть средство или способ, при помощи которого достигается отражение внешнего мира в нашем сознании. Этого, однако, недостаточно, ибо наше знание отражает не просто разрозненные явления, события и процессы, но ту или иную связь, зависимость и взаимодействие между ними, между предметами, их свойствами и взаимоотношениями. Мало знать, какой предмет обозначен именем «Останкинская телевизионная башня», что представляет собой количественная характеристика «536 метров», какое математическое отношение обозначено словом «равняется» и т. д. Необходимо уметь установить соответствие между действительной связью и наличием тех или иных свойств у данных предметов и тем, что говорится, что зафиксировано в наших предложениях, несущих знания об этих предметах. Для этого мы должны уметь осуществлять определенные действия с предметами. Справедливость сведений о высоте Останкинской башни устанавливается с помощью измерений и вычислений, проводимых по определенным правилам; справедливость утверждения о том, что данный минерал глина, а не песок, устанавливается с помощью таких действии, как размачивание материала, создание клейкого теста, обжиг изготовленного сосуда в печи и т. д.

Чтобы установить соответствие двух стержней по тому или иному признаку, нужно произвести определенные действия: приложить их друг к другу, произвести химический анализ или взвесить. Установление соответствия руки и перчатки связано с надеванием перчатки на руку. А чтобы установить соответствие наших знаний с теми или иными объективными явлениями и процессами, чтобы установить действительное наличие или отсутствие тех или иных свойств у определенных предметов, необходимо осуществить сложную последовательность действий, в ходе которых мы зачастую не просто манипулируем с предметами, но и видоизменяем их.

Особенно хорошо это заметно, когда речь идет о знаниях, относящихся к большим совокупностям предметов, выражающим глубокие внутренние связи, скрытые от поверхностного наблюдателя.

И здесь мы подходим, пожалуй, к самому важному пункту теории познания вообще, теории научного познания в особенности.

О том, что истинным является знание, соответствующее объективной действительности, ученые и философы догадывались, и говорили давно. Еще знаменитый древнегреческий философ Аристотель (384— 322 гг. до н. э.) писал: «Истину говорят те, кто называет соединенное соединенным, разъединенное же — разъединенным. Ошибочно же утверждают говорящие противное». Этим он хотел сказать, что то или иное утверждение может быть истинным, лишь если его содержание соответствует действительному положению дел, но при этом оставался открытым вопрос, каким образом может быть установлено и проверено соответствие знании действительности. Ведь знание нельзя приложить к действительности, как прикладывают друг к другу два стержня, нельзя установить соответствие знаний действительности путем химического анализа того и другого, нельзя сделать это и путем уравновешивания их на весах и т. д.

Вот почему вокруг вопроса о природе истинного знания и способах проверки соответствия знаний действительности на протяжении многих столетий шли ожесточенные споры. Одни утверждали, что критерием, то есть мерилом, такого соответствия может быть только наблюдение, основанное на чувственных впечатлениях, другие уверяли, что главный признак истинности заключается во внутренней непротиворечивости знаний, третьи считали, что «внутреннее зрение», интуиция, догадка мыслителя служат гарантией истинности, четвертые полагали, что только бог дает такую гарантию, и, наконец, пятые, убедившись, что каждая из предыдущих позиций уязвима, вообще приходили к выводу о том, что истины не существует.

Великая историческая заслуга К. Маркса и Ф. Энгельса состоит в том, что они впервые перенесли все эти споры в совершенно другую плоскость. Маркс в своих знаменитых «Тезисах о Фейербахе» заметил, что мощь и предметная истинность наших знаний устанавливается в практике, в общественно-производственной преобразующей революционной деятельности, которую он понимал чрезвычайно широко, включая в нее деятельность по преобразованию материальных предметов и общественных отношений.

Развивая мысль Маркса, Энгельс говорил, что познать вещь, и притом познать верно, истинно, — значит прежде всего уметь ее сделать.

В самом деле, лучшим подтверждением того, что мы познали законы строения атомов и притом познали истинно, является, например, синтез трансурановых элементов, таких, как курчатовий (№ 104 в таблице Менделеева), осуществленный под руководством академика Г. Н. Флерова. Это понимание практики как основы и критерия истины нуждается в пояснении.

Картины звездного неба, наблюдаемые с Земли невооруженным глазом и с помощью оптического или радиотелескопа, чрезвычайно отличаются друг от друга.

Еще больше отличается от них картина, которую видит космонавт, находящийся в кабине искусственного спутника Земли, но и она не совпадает с тем, что видит космонавт, облетающий Луну. Нечего и говорить, что то, что увидят космонавты, находящиеся за пределами Солнечной системы, будет еще больше отличаться от наблюдаемого с Земли. Эти различные картины Земли, планет и звездного неба объясняются различной системой деятельности: наблюдением с Земли, с околоземного или окололунного спутника, из лаборатории, вышедшей за пределы Солнечной системы, и т. п. Несмотря на несовпадение наглядных образов Вселенной, получаемых различными способами, все они несут в себе известные «доли и порции» истинного знания. На основании этих знаний мы можем предпринимать новые действия, новые виды деятельности, результаты которых дают практическое мерило того, насколько полна и объективна каждая из полученных картин. Дело, следовательно, заключается не в том, чтобы просто противопоставить одну картину Солнечной системы или Вселенной другой, не в том, чтобы предпочесть то или иное астрономическое представление о мире, а в том, чтобы обнаружить их связь с определенными видами деятельности и более или менее точно показать, чему и в каких условиях соответствуют эти картины и представления, по каким законам и правилам они создаются.

Но пойдем дальше. Говоря об истине, особенно важно иметь в виду, что это понятие необходимо для установления соответствия не столько между чувственными образами и объективными вещами, сколько между этими последними и знаниями, выраженными в языковой, условной, символической форме, что особенно характерно для науки. Мы не можем с помощью органов чувств наблюдать процессы, совершающиеся в атомах или атомных ядрах, даже наше воображение, даже интуиция самых изощренных и изобретательных умов не в состоянии дать образное представление о том, что происходит в мире микрочастиц. Происходящие там процессы и реакции ученые в состоянии выразить лишь с помощью абстрактных математических символов, уравнений. То, что эти уравнения дают нам истинные знания о действительных физических процессах, доказывается тем, что с помощью основанных на этих уравнениях расчетов мы в состоянии получать атомную энергию, осуществлять управляемые термоядерные реакции и т. д.

Но если практика есть основа и критерий объективной истины и определяет степень соответствия наших знаний действительности, то как быть с нашими знаниями, относящимися к прошлому или будущему, с которыми мы не можем практически взаимодействовать? Как быть со знаниями, которые еще не подверглись проверке? Всегда ли практика позволяет определить истину раз и навсегда, во всей полноте?

Все ли виды знаний и в науке и в повседневной жизни нуждаются в сложной практической, экспериментальной проверке или иногда мы можем ограничиться простыми пассивными наблюдениями? Как, наконец, создаются понятия и суждения, истинность которых мы должны установить с помощью практики?

Пока мы не обсудим и хотя бы частично не разрешим эти вопросы, нам будет трудно преодолеть скептическое и недоверчивое отношение к истине, так отчетливо сформулированное в знаменитых словах Понтия Пилата.

Чувственные образы и абстракции

Если бы пчела, ночная бабочка, летучая мышь и человек могли разговаривать на одинаково понятном им языке или решились бы обсудить вопрос о том, как окрашены цветок и листья освещенной солнечным светом розы, то их разговор выглядел бы примерно так:

Пчела: «Мне кажется, что цветок и листья имеют совершенно одинаковую окраску».

Человек: «Я вижу, что цветок розы красный, тогда как листья зеленые».

Ночная бабочка: «Я вообще ничего не вижу при таком освещении. В темноте же они мне кажутся окрашенными одинаково».

Летучая мышь: «Я присоединяюсь к ночной бабочке. Я тоже сейчас не могу ничего сказать об этом предмете. В ночное же время я в состоянии определить его местонахождение, форму и расстояние между цветком и листьями, а также между цветком и другими предметами».

Кто прав из участников этой беседы, на чьей стороне истина? Каждый в подтверждение своей правоты с равным основанием может ссылаться на те чувственные впечатления и образы, которыми он располагает в данный момент. Известно, и это доказано экспериментально, что пчелы в силу особого устройства их органов зрения не различают красный и зеленый цвета. Ночные бабочки видят все в инфракрасном свете и поэтому почти не воспринимают предметы при дневном освещении. Что касается летучих мышей, то они предпочитают пользоваться во всех, так сказать, спорных случаях органами слуха. Летучая мышь, совершающая свои охотничьи набеги в ночное время в темном лесу или в подземной пещере, посылает в разные стороны пучки ультразвука и, ловя его отражение с помощью своего рода «эхолокатора», точно определяет расположение предметов, их форму и направление движения.

Таким образом, чувственные образы предметов, на которые ссылаются в подтверждение своей позиции наши спорщики, зависят от целого ряда обстоятельств. Во-первых, они зависят от характера предмета, в данном случае цветка и листьев розы. Во-вторых, от условий его освещенности, в которых происходит чувственное восприятие, наконец, в-треть-их, от устройства органов восприятия. И поскольку эти последние у всех спорщиков устроены по-разному, то в одних и тех же условиях они позволяют получить различные впечатления. Можно ли при таких обстоятельствах вообще ставить вопрос об объективной истине, о существовании какого-то содержания наших знаний или представлений, не зависящих ни от человека, ни от человечества?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте хотя бы очень схематично познакомимся с процессом получения зрительных, чувственных образов человеком.

Зрение является главным источником наших сведений об окружающем мире. Оно, по подсчетам специалистов, дает до девяти десятых всей чувственной информации, которой мы располагаем. Когда солнечный свет падает на лепестки розы, часть солнечных лучей поглощается поверхностью цветка, а часть отражается, попадает в глаз наблюдателя и вызывает строго определенные преобразования в молекулах светочувствительного химического вещества родопсина, находящегося в так называемых «колбочках» и «палочках» — особых световоспринимающих клетках, покрывающих сетчатую оболочку глаза. То есть световой луч, прежде чем вызвать у нас определенное ощущение, претерпевает ряд качественных преобразований.

Мы можем сказать поэтому, что ощущение есть превращение энергии внешнего раздражения в факт сознания. Будучи «фактом сознания», ощущение зависит не только от объективных свойств предмета (роза) и условий (характер освещения), но и от устройства воспринимающего аппарата (зрительная система человека). Поэтому зрительный образ, построенный на ощущениях, содержит в себе, так сказать, в «смеси», в «растворе», во взаимном переплетении как сведения об объективном мире, так и сведения о состоянии воспринимающего организма, то есть субъекта. В силу этого В. И. Ленин подчеркивал, что «ощущение есть субъективный образ объективного мира».

Наши спорщики не смогли прийти к соглашению относительно окраски цветка розы и ее листьев, потому что они подчеркивали главным образом субъективную сторону своего чувственного восприятия объективного предмета.

Сделаем еще более фантастическое предположение и допустим, что пчела, человек, ночная бабочка и летучая мышь не только обмениваются мнениями и спорят на одном и том же языке, но и обладают необходимым запасом современных научных знаний, например из области физики, а так же, что они умеют пользоваться физическими измерительными приборами и вычислительной математикой. Возможно ли при этом условии устранить возникшее разногласие? Я думаю, что теперь нам следует дать утвердительный ответ. В самом деле, представьте себе, что>отложив бесплодный спор, наши новоявленные физики вооружились приборами и, зная, как измеряется частота колебаний и энергия электромагнитных волн, экспериментально изучили состав света, отражаемого поверхностью цветка и листьев розы.

Такая информация на этот раз будет иметь форму объективной истины, ибо ее содержание не будет зависеть от чувственных впечатлений участников спора. Разумеется, и здесь наши чувственные впечатления не могут быть устранены полностью, но их роль принципиально меняется. Удельный вес субъективного фактора становится несравненно меньше благодаря тому, что мы можем воспользоваться любыми приемлемыми для нас приборами.

Смысл полученной информации в этом случае совершенно не зависит от того, какими органами чувств мы пользуемся. Слепой может выслушать какой-либо рассказ на слух в дикторском исполнении, он может прочитать его на ощупь, с помощью особого выпуклого шрифта, зрячий человек познакомится с рассказом в обычном типографском исполнении.

Говоря терминами современной науки, содержание рассказа инвариантно, то есть остается неизменным и не зависит от способа, которым оно выражено и воспринято. В этом же самом смысле и объективная истина инвариантна по отношению к ощущениям и чувственным образам.

Ощущения, как вы помните, представляют собой субъективный образ объективного мира. Напротив, истина представляет его объективный образ. Но для того чтобы перейти от субъективного образа мира к его объективному образу, необходимо пройти сложный путь, путь познания действительности. На этом пути встречается, как мы видели, много трудностей, связанных с созданием специального познавательного аппарата, предназначенного для выражения и фиксирования объективных знаний — истин, максимально верно воспроизводящих свойства, характеристики и отношения, существующие в самом объективном мире.

Следует, однако, иметь в виду, что понятия, которыми пользуются в повседневной жизнедеятельности, и понятия, которыми пользуются в науке, существенно отличаются друг от друга. Мы видели, что пока наши спорщики пользовались понятиями обычного здравого смысла, они не могли прийти к соглашению и тем более установить объективную истину. Для этого понадобились понятия современной науки.

Так как характер научных истин и прежде всего законов науки в значительной степени также зависит от методов конструирования, то нам следует заняться сейчас выяснением того, как создаются понятия вообще и научные понятия в особенности.

Обычно процесс создания понятий называют абстрагированием (от греческого abstragiro — отвлечение, выделение, обобщение), а сами понятия, возникающие в результате этого процесса, часто называют абстракциями. Подчеркивая важную роль абстракций в познании, Ленин говорил, что любое слово есть абстракция. Этим он хотел подчеркнуть, что абстракции, то есть понятия, неразрывно связаны с языком.

С другой стороны, он настоятельно подчеркивал, что научные абстракции отражают мир глубже, вернее, полнее, чем понятия здравого смысла.

Самым простым способом конструирования понятий является так называемая процедура обобщения. Она больше всего соответствует исходному смыслу термина «абстрагирование» и «абстракция».

Первый этап этой процедуры — группировка предметов. Он заключается в том, что люди фактически или в воображении, как иногда говорят школьники — «в уме», выделяют из гигантского многообразия окружающих явлений те, которые либо представляют для них особый интерес, часто встречаются в производственной деятельности, важны для достижения политических целей, либо, наоборот, чрезвычайно редки и в силу этого привлекают к себе внимание. Выделенные таким образом предметы объединяются в одну исходную группировку. По своей природе они могут быть весьма различными. Например, в группировку могут входить зрелый помидор, цветок розы, разрезанный спелый арбуз, пионерский галстук, пылающий костер, колба с кровью донора и т. д.

Второй этап составляет операция отождествления и отвлечения. Эта операция состоит как бы из двух звеньев: первое заключается в обнаружении некоторого общего свойства, присущего всем предметам группировки в большей или меньшей степени. Второе предполагает фактическое или воображаемое отвлечение от всех остальных свойств, которыми члены группировки отличаются друг от друга. В нашем случае им всем присуще одно чобщее свойство — вызывать в нас в условиях нормальной дневной освещенности одно и то же зрительное цветовое ощущение. Остальные свойства: физико-химический состав, геометрическая форма, способ использования, происхождение или создание отличаются у всех попарно взятых членов группировки. Мы поэтому в данной ситуации отвлекаемся от подобных свойств.

Третий этап составляет операция вербализации (от латинского слова verbalis — словесный). Сущность этой операции заключается в том, что мы обозначаем выделенное свойство с помощью того или иного слова или словосочетания. Неважно, какими мотивами руководствуются люди, подбирая то или иное выражение для обозначения какого-либо свойства. Существенно то, что любое такое выражение, взятое само по себе, не имеет ничего сходного, ничего общего с обозначаемым свойством. Можно воспользоваться с равным успехом словами «тру-ля-ля», «add», «бир-лям-бом», «rot» или «красный цвет» для обозначения свойства различных предметов нашей группировки, вызывающего у нас одно и то же цветовое ощущение.

Начиная с определенного момента, когда такое словоупотребление для всех членов данного языкового коллектива, говорящих, например, на русском языке, станет привычным и общепринятым, избранное слово, скажем «красный цвет», начнет выполнять роль понятия — символа или знака, используемого для обозначения данного объективного свойства вещей.

Несколько иначе выглядит процедура построения понятия «абсолютно твердое тело», находящего применение в современной теоретической физике. Как и в процедуре обобщения, мы начинаем с группировки предметов. Сравнивая между собой кусочек воска, графитовый карандашный стержень, свинцовую пулю, мраморный и гранитный кубики, острие алмазного резца, мы можем заметить, что они обладают, несмотря на различие химического состава и геометрической формы, некоторым общим свойством—способностью в тех или иных обстоятельствах сохранять первоначальную геометрическую форму.

Однако, сравнивая между собой эти предметы, мы можем расположить их по нарастающей степени данного свойства. Принято считать, что из двух тел тверже то, которое при сильном нажиме оставляет царапину на другом. При равных условиях каждое из тел только что составленной группировки по порядку их перечисления будет тверже предыдущего. Твердость нарастает от воска к алмазу, но при изменении условий даже алмаз может оказаться нетвердым, например, при очень высоком давлении или температуре. Природа как бы устанавливает предел твердости. Однако мы можем в нашем воображении как бы продолжить тенденцию нарастания твердости за этот предел, вообразить существование тела, которое не меняет своей геометрической формы ни при каких условиях. Такое тело в физике называют «абсолютно твердым» и говорят, что оно обладает тем свойством, что расстояние между двумя любыми его точками не меняется ни при каких перемещениях или действиях. «Абсолютно твердое тело» есть, следовательно, понятие, отражающее неизменность геометрической формы тел. Так как этим свойством не обладает ни одно реальное физическое тело, то оно не является общим ни для одной группы тел, и поэтому неверно говорить, что это понятие возникает как результат процедуры обобщения. Обобщение — есть часть новой процедуры, называемой «предельным переходом» или идеализацией. При идеализации физическим телам зачастую приписываются такие свойства, которые в природе просто невозможны. Например, физики говорят об идеальных газах, молекулы которых обладают абсолютной упругостью, представляют собой шарики исчезающе малых размеров, и во всех взаимодействиях между ними не проявляется потенциальная энергия. В природе таких газов нет, но в молекулярной физике понятие «идеальный газ» необходимо, чтобы сформулировать некоторые наиболее важные законы, которые затем с более или менее существенными поправками и уточнениями могут быть применены к реальным газам. Подобным же образом понятие «абсолютно твердое тело» необходимо для построения ряда физических теорий и формулирования законов, в частности связанных со специальной теорией относительности. Прежде чем подвести итог, рассмотрим два примера построения понятий, показывающих, что процедурами обобщения и предельного перехода способы выработки абстракции отнюдь не исчерпываются. Первое из этих понятий — «электромагнитное поле». Поставив ряд оригинальных опытов, Майкл Фарадей так же, как и некоторые его предшественники и современники, заметил ряд особенностей, связанных с движением того, что он назвал электрическим током. В частности, Фарадей установил, что движение постоянного тока по одному проводнику вызывает так называемый индуктивный ток в параллельном проводнике. Он заметил также, что движение электрического тока приводит к тому, что пространство вокруг проводника проявляет магнитные свойства, в частности, было обнаружено, что металлические опилки, находящиеся в плоскости, перпендикулярной проводнику с проходящим током, располагаются по силовым линиям так же, как они расположились бы под влиянием обычного магнита. Было установлено также, что ток, проходящий по намотанному на полую деревянную катушку проводнику, заставляет железный сердечник втягиваться в отверстие катушки и т. д. Однако никакого прямого видимого механического взаимодействия между различными проводниками, проводником и железным сердечником и т. д. не было.

Пришлось допустить, что существует некоторое особое явление, недоступное прямому наблюдению, но тем не менее способное влиять на те или иные физические процессы и вызывать магнетизм. Это «нечто» Максвелл назвал «электромагнитным полем». В своем знаменитом трактате он писал: «Теория, которую я предлагаю, названа теорией электромагнитного поля, потому что она имеет дело с пространством, окружающим электрические или магнитные тела, и она может быть названа также динамической теорией, поскольку она допускает, что в этом пространстве имеется материя, находящаяся в движении, посредством которой и производятся наблюдаемые электромагнитные явления».

Понятие «электромагнитное поле» содержит в себе ряд признаков или характеристик обозначаемого объек та, таких, как напряженность и т. п. По мнению Максвелла и других представителей классической электродинамики, должен существовать некоторый материальный объект, свойства которого как раз и отображаются в признаках этого понятия. Нетрудно заметить, что понятия «красный цвет», «абсолютно твердое тело», «электромагнитное поле» сконструированы при помощи различных процедур. Первое из них возникло в результате процедуры обобщения на основе выделения общих свойств цветовых ощущений. Второе связано с процедурой предельного перехода, позволяющей в воображении как бы перешагнуть действительные пределы, установленные законами физики, и вообразить такие физические объекты, которые не существуют в действительности.

Наконец понятия, подобные понятию «электромагнитное поле», вводятся не путем обобщения чувственных впечатлений или образов (ибо мы просто не получаем прямых чувственных впечатлений от объективного материального электромагнитного поля) и не путем предельного перехода, так как здесь нет и речи о степенях нарастающего объективного свойства, но особым способом.

Замечая следы, оставленные человеком-невидим-кой, но не имея возможности наблюдать его самого, персонажи знаменитого романа Герберта Уэллса «Человек-невидимка» вынуждены были предположить, вообразить, сконструировать образ того, кто оставлял замеченные ими следы. Подобным же путем идет физик, когда конструирует понятия, объединяющие в себе признаки некоторого явления, «следы» которого он обнаруживает в тех или иных физических экспериментах, но не в состоянии непосредственно обнаружить с помощью органов чувств. Поэтому такие понятия и называются «теоретическими или гипотетическими конструктами».

Каждый раз, когда в физике, астрономии, биологии или другой науке приходится вводить искусственно сконструированные понятия, возникает вопрос, соответствует ли им что-либо в самой действительности и как это можно установить с помощью экспериментальной, предметно-практической деятельности. То, что понятие «электромагнитное поле» отражает физическую реальность и соответствует ее объективным свойствам, было проверено не только в опытах с электричеством и магнетизмом, но и в опытах со светом. Оказалось, что это понятие может с успехом использоваться в законах и теориях, дающих нам информацию о свете и о различных оптических явлениях.

Чтобы лучше понять, как создаются и зачем нужны особые научные понятия, стоит рассмотреть еще один важный пример, связанный с введением в физику понятия «кванта энергии» или «кванта действия».

В конце XIX века внимание многих физиков было привлечено к вопросу об излучении так называемого «абсолютно черного тела». Чтобы представить себе некоторое подобие такого тела, не существующего в природе, следует вообразить полый стальной шарик с крохотным отверстием, через которое и происходит излучение.

Еще в 70-х годах XIX века Кирхгоф сформулировал закон теплового излучения, согласно которому отношение «лучеиспускательной» способности нагретого тела к его «поглощательной» способности не зависит от природы тела, а является одинаковой для всех тел функцией частоты излучения и температуры. Не говоря уже о том, что долгое время не удавалось найти формулу, пригодную для выражения этой функции: законы классической физики приводили к выводу, что нагретое тело и особенно «абсолютно черное тело», независимо от температуры, должно излучать в ультрафиолетовой части спектра бесконечно большую энергию.

Этот вывод получил название «ультрафиолетовой катастрофы», так как подрывал многие фундаментальные принципы классической физики. Стремясь сохранить эти принципы, Макс Планк сделал предположение, носившее по существу революционный характер, чего сам он первоначально не предполагал. Вопреки убеждениям всей классической физики, унаследовавшей от древних мыслителей веру в то, что «природа не делает скачков», Планк выдвинул смелую идею, что лучеиспускание, прежде всего тепловое, происходит не непрерывно, а крохотными порциями — квантами (от немецкого Quantum — количество, масса).

Согласно гипотезе Планка, мельчайшие частицы, из которых сделана материя, поглощают и излучают энергию пропорционально некоторой постоянной величине h и частоте колебаний ν, то есть энергия Е = hν. Величина h — квант действия или квант энергии — явилась совершенно новым для физики понятием и была впервые обнародована Планком 14 декабря 1900 года на заседании в Берлинском физическом обществе.

Уже на следующее утро молодой физик Генрих Рубенс, присутствовавший на докладе Планка, сообщил, что формула, предложенная Планком для теплового излучения, прекрасно согласуется с экспериментальными данными.

Спустя несколько лет Альберт Эйнштейн (1905) применил понятие «квант» к свету, а в 1913 году Нильс Бор воспользовался им для разработки теории атома водорода.

Начиная с этого времени понятие «квант» вторгается во все разделы физики и в конце концов вызывает революционный переворот, завершающийся созданием квантовой механики.

Введение в физику нового понятия «кванта» интересно для нас в том отношении, что демонстрирует еще один способ создания научных понятий. «Квант» не является результатом обобщения чувственных образов, не возникает в ходе идеализации или предельного перехода. Новое понятие «изобретается» специально для того, чтобы решить определенную познавательную задачу — построить формулу для выражения закона теплового излучения, согласующегося с экспериментальными данными и ранее установленными принципами физики. В конечном счете и это понятие можно соотнести с некоторыми материальными процессами, отраженными в наших ощущениях,— положением стрелки на шкале прибора, вспышками на люминесцирующем экране и т. д. Но знание, выраженное в нем, относится не к этим предметам, а к тому, что скрывается за ними и недоступно нашему восприятию. Создание подобных понятий «продиктовано» не непосредственно экспериментом и наблюдением, а потребностями их теоретического объяснения. Они предназначаются для того, чтобы заполнить пробел в системе уже существующих понятий, без чего теоретическое объяснение и предвидение новых явлений было бы невозможно.

Теперь мы можем сделать некоторые выводы.

1. Понятия или абстракции представляют собой форму знания, отражающую отдельные свойства, особенности, характеристики (включая количественные) окружающих нас явлений и процессов.

2. Понятия создаются посредством различных процедур, обобщения, предельного перехода, теоретического конструирования и т. д. Ни один из этих способов не является исчерпывающим или единственно возможным. Кроме них, существует множество других, более сложных и поэтому не рассмотренных здесь способов конструирования понятий.

3. Понятия, как и все виды знания, есть результат решения определенных познавательных задач. Понятия обычного здравого смысла возникают в ходе решения задач, связанных с повседневной деятельностью, и помогают ориентироваться в обычных предметах и процессах, встречающихся в повседневной жизни. Понятия научные, как правило, создаются для выработки точных, преимущественно количественных, то есть выраженных в числовой форме, описаний или для формулирования законов науки. В силу этого понятия здравого смысла чаще всего являются обобщениями чувственно-наглядных образов, возникающих в обычной предметно-практической деятельности. Понятия же науки могут быть как обобщениями чувственных образов, возникающих в эксперименте и целенаправленном научном наблюдении, так и конструкциями, специально созданными «под диктовку» математического аппарата, необходимого для формулирования законов той или иной научной теории.

4. Понятия могут рассматриваться как копии или образы вещей, но не в том смысле, что между понятиями и вещами существует некоторое подобие геометрической формы, окраски, способа деятельности, поведения, физико-химического строения и т. п. Отнюдь нет, ибо понятия — это определенные словесные выражения, соотнесенные, или связанные, или, если угодно, отражающие свойства и отношения между вещами, и не имеют никакой окраски, геометрической формы и т. п.

Говоря о том, что понятия есть образы или копии предметов и процессов в объективном мире, мы имеем в виду, что знание признаков, содержащихся в определении того или иного понятия, позволяют нам распознать, обнаружить соответствующие свойства тех или иных предметов.

Научные понятия, выражающие скрытые от чувственного восприятия свойства вещей, и притом в количественной форме (например, понятие «электромагнитное поле», «квант» и т. п.), отражают внешний мир, по словам Ленина, «глубже, вернее и полнее», чем понятия здравого смысла.

У научных абстракций есть вместе с тем и свои слабые стороны: они отражают и фиксируют лишь отдельные, разрозненные свойства интересующих нас явлений. А между тем и предметы повседневной практики, и объекты, изучаемые в научных лабораториях, многогранны и представляют собой единство, совокупность фактически бесконечного числа свойств. Разумеется, охватить и выразить их все в каком бы то ни было понятии невозможно, ибо любое понятие включает в себя лишь конечное число признаков, каждый из которых отражает отдельные свойства.

Есть, однако, способ преодолеть эту трудность. Он заключается в том, что, соединяя определенным образом отдельные абстракции, отражающие с предельной глубиной те или иные стороны предмета, мы можем построить новые, конкретные понятия.

Конкретные понятия дают более всесторонние, полные, точные и в силу этого более полезные знания. Процедура построения конкретных понятий из абстракций называется методом восхождения от абстрактного к конкретному. Применение этой процедуры требует тщательного отбора абстракций, строго последовательного их соединения, причем такого, при котором их взаимная связь соответствует связи свойств в отражаемых объективных предметах. Понятие обычного здравого смысла, попадая в научный обиход, становится конкретнее, глубже.

Мы можем теперь с уверенностью сказать, что понятия, являющиеся обобщениями наших ощущений и чувственных образов, которыми мы, как правило, пользуемся в повседневной жизни, гораздо более абстрактны, поскольку они выражают отдельные свойства объектов, к тому же лишь те свойства, которые непосредственно вызывают у нас те или иные субъективные ощущения. Понятия же, которыми пользуется наука, значительно более конкретны.

Вы помните, что знание представляет собой результат решения определенных познавательных задач. Знания и понятия, которые встречаются в повседневной жизни и образуют костяк здравого смысла, как правило, создаются для того, чтобы человек мог ориентироваться и действовать в окружающей его среде в привычных, бытовых и производственных условиях. Этим последним свойственна относительная простота, они изменяются сравнительно редко. Поэтому понятия здравого смысла вполне пригодны для отражения предметно-ориентировочных связей. С помощью таких понятий можно сформулировать простые и ограниченные временем, местом и другими обстоятельствами истины. Характер этих истин будет зависеть не только от отраженных в них особенностей объектов, но и в значительной степени от индивидуальных навыков людей, уровня культуры данного коллектива и общества и других исторически преходящих условий.

Напротив, научные абстракции и сконструированные из них конкретные понятия науки приспособлены к отражению более глубоких внутренних, необходимых и устойчивых связей и явлений. Они создаются для познания интересующих нас явлений во всей их сложности. К тому же многие из этих явлений вообще недоступны нашим ощущениям и могут быть изучены лишь опосредованно, с помощью приборов и экспериментальных устройств, таких, как радиотелескопы, ускорители элементарных частиц, лазерные установки и т. п. С помощью таких понятий, как электромагнитное поле, абсолютно твердое тело и т. д., обычно формулируются не знания, применяемые в повседневной жизни, а законы науки. Законы науки в силу этого обладают истинностью высшего порядка, они гораздо объективнее, устойчивее и общезначимее, чем истины, которыми приходится пользоваться в повседневной жизни.

Иногда говорят: чтобы убедиться в истинности того или иного утверждения, нужно самому увидеть, пощупать или услышать то или иное явление. Я надеюсь, что теперь вы согласитесь со мной в том, что это утверждение по меньшей мере сомнительно. Спора нет, что для решения простых проблем наши ощущения дают достаточно верную информацию. Там же, где мы затрагиваем более сложные вопросы, более глубокие, устойчивые и постоянные связи, особенно между явлениями микромира или космоса, обращение к непосредственным чувственным образам может либо ввести нас в заблуждение, либо окажется вообще невозможным. Это, конечно, не значит, что между понятиями здравого смысла и науки существует непроходимая пропасть. Отнюдь нет. При соответствующих условиях даже привычные нам понятия здравого смысла могут приобрести достоинство научных понятий.

И все же мы знаем теперь, что для формулирования научных истин нам необходимо знать, как строятся научные понятия, каковы создающие их процедуры, ибо только с помощью научных понятий можно достичь главную цель любой науки — выработать объективную истину.

Модели, гипотезы, истины

Что представляет собой поверхность Луны? Этот вопрос очень занимал Незнайку и его друзей, решивших отправиться в путешествие к нашему естественному спутнику. Знайка, самый образованный и начитанный из всей компании, высказал догадку о том, что наблюдаемые в телескопы гигантские лунные кратеры возникли так же, как и дырочки на блинах, которые любила готовить его бабушка. Подобно тому, как на блинах появляются вздутия, которые, лопнув, образуют «блинные кратеры», так и на огромном диске Луны, по форме напоминающем гигантский блин, возникли в свое время действительные лунные кратеры.

Вспоминая теперь эти рассуждения из книги Н. Носова «Незнайка на Луне», вы можете снисходительно улыбнуться. Вам, современникам первых космических путешествий, наверно, уже известно, что кратеры Луны имеют иное происхождение. Но не торопитесь улыбаться. Многие научные открытия возникли из догадок. В форме предположения или гипотезы первоначально были выдвинуты и учение Коперника, и учение Ньютона о том, что свет состоит из потока частиц, и противоположная гипотеза, согласно которой свет представлял собой волновые колебания эфира. В форме гипотезы появилась на свет классическая электродинамика Максвелла, квантовая механика и специальная общая теория относительности Эйнштейна. Подчеркивая исключительно важную роль гипотез в развитии научного познания, Энгельс отмечал, что гипотеза является важнейшей формой развития науки.

Но почему ученые не могут сразу открывать законы природы и новые, ранее неизвестные факты? Зачем вообще необходимы гипотезы?

Представьте себе, что вы собираетесь отыскать какую-либо вещь ночью, в полной темноте. Хорошо еще, если вы заранее знаете, что' именно вы хотите найти. Часто, однако, бывает так, что поиски ведутся наугад, что задача сформулирована не очень четко и вы стремитесь просто обнаружить какой-либо новый, вам неизвестный предмет. Если область поиска невелика, например комната, ограниченная четырьмя стенами, то ваши поиски не займут много времени. Перебрав находящиеся в комнате предметы, вы с большей или меньшей точностью в конце концов сможете установить, что' в ней находится и какие из обнаруженных предметов не были вам знакомы ранее.

В случае, когда поиск нужно вести не в комнате, а в огромном лесу или бескрайнем поле, решить вашу задачу совсем не так легко. Вряд ли кто-нибудь станет спорить, что мощный электрический прожектор очень облегчил бы вашу работу. В науке роль такого прожектора, определяющего направление поиска, отбор необходимых фактов и экспериментов, форму организации исследований и т. д., как раз и выполняют гипотезы. Вместо того чтобы вслепую вести научный поиск, ученые предпочитают выдвинуть целую серию гипотез, которые с наибольшей полнотой охватывали бы все наиболее перспективные возможности и направления поисков. Такие гипотезы располагаются по степени правдоподобия или вероятности и затем, последовательно или одновременно, подвергаются проверке и испытанию. Очень часто гипотезы строятся так, что одни исключают другие. Тогда подтверждение или опровержение одной гипотезы почти автоматически доказывает ложность или повышает правдоподобность других гипотез. За гипотезами, которые получают очень высокую степень достоверности, и закрепляется почетный титул закона науки или научной истины. Вот почему вопрос об истинности наших знаний так тесно связан с вопросом о роли гипотез в научном познании. Как же возникают гипотезы?

Можно, конечно, высказывать те или иные предположения наугад. Но даже в повседневной жизни, где почти не приходится сталкиваться с проблемами чрезвычайной сложности или требующими очень высокой точности, такой способ мышления редко оказывается полезным. В науке гипотеза заслуживает серьезного внимания лишь после того, как выдвинувший ее ученый приводит основания, серьезные доводы в ее пользу. В противном случае никто не возьмется за ее проверку. В этом случае она не будет иметь никакого шанса со временем превратиться в закон науки. Даже «блинная» гипотеза Знайки была не просто вздорным вымыслом. Чтобы выдвинуть такую гипотезу, Знайка действительно должен был обладать некоторой наблюдательностью, способностью сравнивать различные по своему характеру явления, догадываться о том, что помимо зримых, видимых общих черт у различающихся между собой явлений могут быть другие — невидимые и незримые. Его гипотеза о «блинных кратерах» не так уж и нелепа, хотя высказана, разумеется, в очень наивной, детской форме. Ученые — астрономы, астрофизики, астрогеологи, астрогеографы и т. д. — до сих пор спорят об особенностях лунной поверхности, происхождении гор, морей и кратеров и о том, как вообще возникла Луна. Ни на один из этих вопросов нет окончательного ответа. Впрочем, следует сказать, что в науке вообще редко встречаются окончательные ответы.

Попробуем теперь разобраться, как возникают гипотезы. Самый простой способ построения гипотез опирается на эмпирические обобщения, построенные на сопоставлении и сравнении результатов наблюдения. Типичным примером подобного рода являются утверждения: «все лебеди белые», «Земля — плоская», «Луна представляет собой плоский диск», «зайцы принадлежат к отряду грызунов», «тяжелые предметы, лишенные опоры, всегда падают на Землю, причем чем тяжелее предмет, тем быстрее он падает», и т. д. На первый взгляд кажется, что нет ничего надежнее, чем обобщение, построенное на многократно повторяющихся наблюдениях, но то, что на первый взгляд кажется бесспорным, очень часто оказывается шатким и сомнительным. Когда вдруг в Австралии были обнаружены черные лебеди, первое из упомянутых выше предложений оказалось ложным; путешествие Магеллана опровергло второе; тщательное наблюдение за Луной, проведенное из разных точек земной поверхности, расчеты, опирающиеся на небесную механику, созданную Ньютоном, давно опровергли представление о дискообразном строении Луны. Опыты Галилея показали, что скорость падения тел вблизи земной поверхности не зависит от их массы и т. д.

Поэтому-то гипотезы, опирающиеся на эмпирические наблюдения, хотя и остаются до сегодняшнего дня важным инструментом научного познания, несут на себе печать ограниченности, они слишком тесно привязаны к месту и времени наблюдения, слишком обусловлены случайными, преходящими обстоятельствами.

Может быть, в таком случае нам следует отказаться от эмпирических обобщений и отдать предпочтение воображению, творческому произволу, разрешающему создавать любые, самые фантастические гипотезы?

Не следует, однако, увлекаться крайностями. Творческое воображение играет выдающуюся роль в развитии науки. Рассказывают, что, когда знаменитому немецкому математику Давиду Гильберту (1862—1943) сказали, что один из его учеников занялся поэтической деятельностью, Гильберт воскликнул: «Для математики у него не хватало воображения!»

Так это или не так, но ясно одно, что воображение необходимо даже для самой строгой и педантичной науки — математики. Существует, однако, принципиальная разница между воображением, на основе которого возникают мифы, легенды и волшебные сказки, и воображением, на основе которого выдвигаются научные гипотезы. В фундаменте даже самых фантастических и необычных на первый взгляд научных гипотез лежит точное знание объективных фактов и ранее установленных законов природы.

Древние греки создали миф о кентаврах — существах с туловищем лошади, головой и торсом человека. В русских волшебных сказках рассказывается о бабе-яге, передвигающейся в ступе или верхом на метле, о кощее, о царевне-лягушке и т. д. Легко заметить, что сами образы, предметы, из которых «склеены» эти фантастические персонажи, заимствованы из повседневной жизни. В ней вы находите и лошадей, и людей, и старух с подозрительным и зловещим взглядом, и ступку, в которой толкут зерно, и метлу, и лягушку, если вам повезет, можете встретить даже царевну. Однако в сказке эти предметы соединены между собой так, как они не могут быть соединены по законам природы, действуют и поступают они также вопреки объективным законам природы и общества.

Напротив, научные гипотезы, то есть предположения и допущения относительно возможных, еще неизвестных фактов, или формулировки, претендующие на то, чтобы стать новыми законами науки (в случае, если они получают экспериментальное подтверждение), могут казаться совершенно фантастическими как с точки зрения здравого смысла, так и ранее установленных фактов и законов.

Существует несколько взаимоисключающих гипотез о происхождении Луны.

Первая из них опирается на теорию академика О. Ю. Шмидта, согласно которой наша Солнечная система возникла из своего рода гигантского космического газо-пылевого облака. Из этого облака и образовавшихся в нем комочков межпланетного вещества, возможно, возникли и Земля и Луна.

Вторая гипотеза исходит из того, что Луна была «вырвана» из тела, пролетавшего мимо нашей планеты несколько миллиардов лет назад.

Третья, напротив, отводит роль возмутителя спокойствия Земле, которая сама, возможно, «вырвала» гигантский сгусток материи из другого космического тела и «захватила» этот сгусток на околоземную орбиту, превратив его в свой естественный спутник.

Как бы ни были удивительны и странны с первого взгляда эти гипотезы, все они не просто являются досужими догадками астрономов, но и подтверждаются знаниями законов физики, механики, химии и т. д. Каждая из этих гипотез распадается на целую серию подгипотез, отличающихся друг от друга деталями и нюансами. Но все они подтверждены более или менее точными расчетами и обосновываются теми или иными законами науки.

Чтобы окончательно выбрать подлинную гипотезу, которая сможет считаться законом развития и формирования Луны, нужно провести экспериментальную проверку каждой из них. Но всегда ли мы можем произвести необходимый для этого эксперимент? Бывают ведь случаи, когда гипотеза касается далекого и притом неповторимого прошлого, как, например, в случае с Луной, или относится к далекому будущему, сведения о котором, быть может, удастся проверить через десятки, сотни, а иногда и миллионы лет? Вот тут-то нам и понадобится еще одно новое понятие, имеющее самое прямое отношение к научнрму познанию. Это понятие «модель».

Слово «модель» происходит от французского modelle и означает «образец». Однако в современной науке первоначальный смысл этого слова изменился. Чтобы упростить нашу задачу, я познакомлю вас лишь с четырьмя основными значениями понятия «модель», наиболее распространенными и часто применяемыми в научной литературе.

1. Материальные модели. Материальными моделями являются некоторые объекты, предметы, которыми мы пользуемся при изучении других, непосредственно интересующих нас объектов и предметов. Модель, понимаемая в этом смысле, выступает как объект-заместитель интересующего нас явления или процесса. Примером материальной модели может служить макет Останкинской телевизионной башни, первоначально созданный архитекторами и конструкторами для того, чтобы проверить правильность своих расчетов и некоторые особенности будущей эксплуатации настоящей телебашни. Как правило, подобные макеты создаются при строительстве самолетов, кораблей, заводов, электростанций и многих других сооружений. Будучи гораздо меньшими по размеру, более дешевыми, более простыми, часто изготавливаемыми из других материалов, такие объекты-заместители, или модели, позволяют изучить целый ряд особенностей будущих сооружений. Полученные во время экспериментов с моделями знания затем с соответствующими поправками могут быть перенесены на объекты-оригиналы или прототипы, как иногда называют основные исследуемые учеными или инженерами явления и процессы.

2. Второй тип или класс моделей — это так называемые воображаемые модели. Ученые часто придумывают, воображают некоторые объекты в чувственной, наглядной форме, причем такой, что в ней сохранены лишь существенные и наиболее важные черты, свойства и особенности реальных объектов, учет и исследование которых необходимы для решения определенных познавательных задач. Часто в самой действительности объекты подобного рода не существуют и даже не могут по тем или иным причинам существовать. Поэтому воображаемые наглядные образы вещей, выступающие в качестве объектов-заместителей действительных явлений и процессов, не могут быть воплощены в виде макетов или технических, физических, химических или биологических явлений, относящихся к моделям первого рода. Воображаемые модели позволяют отвлечься от второстепенных особенностей действительных объектов и представить таким образом их наиболее существенные черты и особенности как бы в увеличенном виде под объективом «умственного микроскопа» ученого.

Прекрасный пример воображаемых моделей мы находим у Максвелла. Стремясь связать в рамках единой теории явления электричества и магнетизма, экспериментально обнаруженные Фарадеем и другими исследователями, Максвелл попытался представить электрический ток в виде особой, несжимаемой жидкости, текущей по проводнику так же, как обычная жидкость течет по трубке. При этом напряжение и силу электрического тока он сравнивал с давлением, которое испытывает жидкость в разных точках трубки, и количеством жидкости, проходящим через поперечное сечение трубки за единицу времени. «Электрическая» жидкость Максвелла не обладала вязкостью. Ее частицы не взаимодействовали между собой, подобно молекулам воды или другой жидкости. В этом смысле она резко отличалась от обычных жидкостей и не могла быть фактически создана даже в экспериментальных условиях.

Зачем же понадобилась такая воображаемая жидкость великому английскому физику? Дело в том, что электрическая «жидкость» Максвелла позволяла применить к изучению электрических процессов уравнение гидродинамики — раздела механики и физики, хорошо разработанного к этому времени и выраженному в развитой математической форме, что позволяло получать точные количественные характеристики изучаемых процессов и проверять их в эксперименте с большой надежностью.

Таким образом, воображаемая «жидкохггь» Максвелла была моделью реального электрического тока, разумеется, моделью приближенной, в достаточной степени условной, но все же обладающей сходством с реальным физическим явлением, по крайней мере в наиболее важных и существенных для исследования чертах. Это и позволило перенести в область электродинамики целый ряд уравнений и методов, разработанных в гидродинамике.

Однако в той мере, в какой модель является лишь условным приближенным подобием реального процесса, теория, полученная на основе модели, также является приближенной теорией действительного физического явления. Более того, в электродинамике возникает целый ряд новых явлений, вообще не существующих в гидродинамике. К их числу относятся, например, электромагнитные поля, появляющиеся при прохождении электрического тока по проводнику. Поэтому Максвеллу пришлось видоизменить, уточнить и усложнить исходную модель. Это позволило создать ряд новых уравнений, выражавших в математической форме наиболее глубокие связи между магнитными и электрическими явлениями. Они получили название уравнений Максвелла или уравнений классической электродинамики.

Другим примером воображаемых моделей может служить модель атома, разработанная физиком Нильсом Бором. Бор предложил рассматривать атом как крохотную Солнечную систему, Солнцем которой является атомное ядро, а планетами электроны, вращающиеся по эллиптическим орбитам вокруг ядра. Прототипом такой модели или образцом для ее создания была гелиоцентрическая модель, разработанная для реальной Солнечной системы Коперником, Кеплером, Ньютоном и другими представителями классической астрономии и физики. Однако и здесь сходство или подобие модели и реального физического явления были частичными или условными. В самом деле, в уравнениях, описывавших движения планет Солнечной системы, все величины, изменяясь непрерывно, плавно, последовательно принимают все допустимые числовые значения. Напротив, уравнения, характеризующие движение электронов в атоме, содержали в себе дискретные, как говорят, квантующиеся величины, кратные постоянной Планка h и изменявшиеся в силу этого скачкообразно. Модель Бора была вследствие этого внутренне противоречива, так как строилась одновременно на классических и квантовых предположениях, зачастую полностью исключавших друг друга. Но результаты, полученные на основании математических расчетов, неплохо согласовывались с экспериментальными данными, объясняли их, позволяли предсказывать новые и давали основания считать, что противоречивая во многом модель, предложенная Бором, отражает действительную сложную и внутренне противоречивую природу самих атомов.

Воображаемые модели часто используются учеными не только для того, чтобы создать чувственно-наглядный образ явления, позволяющий им в упрощенной форме представить наиболее важные из изучаемых процессов. Они часто используются для того, чтобы спланировать эксперимент, вообразить возможное его протекание, построить математическое описание будущих экспериментальных действий и наблюдений, спроектировать предполагаемые, ожидаемые результаты. В этом случае воображаемые модели часто называют умственным экспериментом.

3. Третий тип моделей — математические модели. К этому типу относятся некоторые формулы или уравнения, описывающие или выражающие те или иные закономерности или особенности поведения и строения изучаемых объектов. Термин «модель» применяется к некоторым математическим выражениям, чтобы подчеркнуть их связь с объективной действительностью, к которой они относятся. Чаще всего при этом имеют в виду то, что числовые значения, полученные с помощью таких формул и уравнений, хорошо согласуются с числовыми значениями (или могут и должны, по мнению исследователя, хорошо согласовываться), получаемыми в ходе экспериментов при измерении соответствующих объектов и процессов.

4. Наконец, последний тип модели — это так называемые теоретические модели. В большинстве точных или математизированных наук, например в физике, механике, астрономии и т. д., законы и теории формулируются с помощью математических выражений, содержащих переменные величины. Чтобы результаты математических преобразований и вычислений можно было, сравнивать с экспериментальными данными, полученными в процессе наблюдений и измерений, переменным величинам необходимо придать определенный физический, механический или астрономический смысл, позволяющий тем или иным путем устанавливать связь этих величин с наблюдаемыми явлениями. Это можно сделать с помощью некоторого набора множества понятий и утверждений, таких, как «масса», «скорость», «красный», «кислый», «магнитные силовые линии вызываются электромагнитным полем» и т. д. Набор понятий и утверждений подобного рода часто и называется теоретической моделью той или иной научной теории. Особенности научного познания, связанные с моделями, рассмотренными в пунктах 3 и 4, мы с вами обсудим в следующей главе. Здесь же нам предстоит иметь дело только с моделями двух первых типов.

Перед тем как начать разговор о моделях, я задал вопрос: «Всегда ли можно экспериментально, практически проверить выдвинутые гипотезы?» Теперь мы, пожалуй, в состоянии на него ответить. Часто случается так, что гипотеза, относящаяся к отдаленному прошлому или будущему, к отсутствующим, труднодоступным или дорогостоящим объектам, не поддается проверке в прямом эксперименте на основе непосредственного наблюдения. В подобных случаях как раз и следует воспользоваться той или иной моделью.

Если, например, астрофизик утверждает, что при определенных условиях на каком-то космическом теле может произойти определенная реакция, скажем, при температуре 6000° (температура поверхности Солнца), то вряд ли автор гипотезы сумеет проверить ее на месте. Тем не менее в лабораторных условиях мы в состоянии провести эксперимент, моделирующий предполагаемые гипотезой условия. Если предсказанная реакция осуществима в модельном эксперименте, то весьма правдоподобно, что она имеет место и в реальном объекте и, стало быть, гипотеза верна.

Модели используются и для проверки гипотез, относящихся к далекому будущему. Выдвинув, скажем, гипотезу о том, что человек может без риска для жизни длительное время переносить условия невесомости, ученые в качестве модели воспользовались собаками, обладающими рядом характерных черт, присущих всем млекопитающим, включая и человека. Лишь после эксперимента, проведенного на живых моделях и подтвердившего эту гипотезу, стал возможным космический полет человека.

Вы, наверное, уже заметили, что не только гипотеза, но и модели носят в значительной степени условный характер, ибо они применимы и могут оказаться истинными лишь при определенных условиях, обстоятельствах и ограничениях. В этом, однако, не следует усматривать слабость научных гипотез и моделей. Одно из самых серьезных различий между обывателем, ограничивающимся одним лишь здравым смыслом, и ученым в том и состоит, что первый считает, будто его знания абсолютны, то есть верны всегда, везде и при любых условиях, тогда как второй не сомневается в том, что научные истины, гипотезы и модели справедливы лишь при определенных условиях и обстоятельствах.

Я знал одну старушку, которая была убеждена, что «правое» находится там, где ее правая рука, а «левое» там, где левая. «Пойдешь направо от моего дома, — говорила она, — и как раз подойдешь к продовольственному магазину». — «То есть налево»,— сказал я, так как стоял в этот момент лицом к ней, и протянул в том же направлении свою левую руку. «Не путай меня, милок, — возразила старушка уверенно,—там правая сторона». — И она указала в ту же сторону правой рукой.

Условность научных гипотез, законов и моделей связана с их высокой конкретностью, с тем, что они применимы к определенным интересующим нас явлениям и процессам. Так как в окружающем мире таких явлений и процессов бесконечное множество, то бесконечно велико число возможных гипотез, моделей и истинных законов, а следовательно, безграничен процесс познания. В этом смысле условность, то есть связь с определенными условиями и обстоятельствами, не слабая, а сильная сторона научного познания. Здравый смысл, впрочем, так же условен, хотя пользующиеся им люди, вроде моей старушки, редко это осознают. Более того, даже такие, казалось бы, безусловные истины, как правила и теоремы (законы) математики, справедливы при определенных условиях и ограничениях.

Даже бесспорные математические истины, как 2+2=4, несут на себе отпечаток условности. Если рассматривать их не как простые правила манипулирования числами, а как некоторое утверждение о свойствах действительных вещей, то мы вправе спросить, о каких парах предметов идет речь? Когда двух баранов соединяют в одно стадо с двумя другими баранами, то в стаде оказывается на некоторое время четыре барана; когда два камня сваливают в одну кучу с двумя другими, то в куче тоже на определенное время оказывается четыре камня. В этом смысле 2 -(-2 = 4 — объективная истина, и правило арифметики, лежащее в основе этой формулы, получает практическое подтверждение. Однако достаточно соединить вместе две капли ртути с двумя другими каплями ртути и слегка потрясти их, чтобы мы получили одну большую каплю. Такая процедура нуждается в новой арифметике, в которой истинным будет утверждение: 2 -f- 2 4. Если в клетку к двум львам впустить двух баранов, то результат пересчета, произведенный на следующий день, вероятнее всего, будет соответствовать формуле 2 + 2=2.

Я совсем не собираюсь реформировать или отменить существующее правило арифметики. Моя цель заключается в том, чтобы показать, как определенного рода гипотезы и допущения относительно свойств и особенностей различных предметов и процессов деятельности с ними влияют на построение соответствующих этим гипотезам моделей. В свою очередь, выбор модели в большой степени предопределяет характер соответствующих им законов или правил. В процессе научного познания, целью которого является выработка объективных истин, чаще всего встречаются три следующих типа взаимосвязи и взаимодействия моделей и гипотез.

1. Если, исследуя то или иное явление на основе ранее разработанных моделей, ученые обнаружили новые данные, не поддающиеся объяснению с помощью бесспорных и истинных законов, принятых для данных моделей, то обычно выдвигаются гипотезы, цель которых внести те или иные уточнения в модель, не изменяющие ее по существу. Такие гипотезы обычно могут использоваться и для предсказания новых фактов. Они чаще всего являются следствиями принятых законов и позволяют получить в случае их экспериментального подтверждения новые истинные знания о тех или иных фактах.

Прекрасной иллюстрацией этого типа взаимодействия моделей, гипотез и законов является открытие планеты Нептун (1846).

Французский астроном Жан Жозеф Леверье, составляя таблицы движения планет, заметил отклонение Урана от орбиты, которое не соответствовало вычислениям, произведенным на основе небесной механики Ньютона — Кеплера, опиравшейся на гелиоцентрическую модель Солнечной системы. Стремясь сохранить эту модель и не допуская мысли об ошибочности законов, Леверье высказал гипотезу о том, что отклонение Урана вызвано влиянием неизвестной до тех пор планеты. Он вычислил предполагаемую орбиту и возможное местонахождение новой планеты. Берлинский астроном И. Галле, получивший письмо от Леверье, направил телескоп на соответствующий участок неба и действительно открыл неизвестную планету, получившую название Нептун.

Так гипотеза Леверье превратилась в истинное знание о новой планете Солнечной системы. Она содействовала уточнению планетарной модели, не подвергавшейся существенным изменениям со времен Кеплера.

2. Довольно часто в научных исследованиях, особенно эмпирического характера, модели строятся для проверки ранее выдвинутых гипотез. Изучая строение поверхности Луны, астрономы пришли к выводу, что Луна покрыта так называемым реголитовым слоем, то есть слоем космической пыли и зернистых структур, образованных в результате многочисленных соударений Луны с теми или иными космическими телами. Эта гипотеза приобрела практическое значение перед отправкой на Луну автоматических станций, луноходов и людей. Для того чтобы рассчитать конструкции приборов, наиболее удобные для мягкой посадки, были построены механические модели лунной поверхности, на которых проводились испытания луноходов и других устройств. Эксперименты с высадкой на Луну человека и самодвижущихся советских станций подтвердили правильность модели, построенной на основе предварительно выдвинутой гипотезы. Предположение о реголитовом слое превратилось в научную истину.

3. Особый интерес представляют гипотезы о новых законах, управляющих теми или иными явлениями. Прекрасный пример этого рода дают планетарная модель и гипотеза о строении и внутреннем устройстве атома водорода, предложенные Нильсом Бором (1883—1962). Согласно этой гипотезе, электрон внутри водорода переходит с одной орбиты на другую (или, лучше сказать, с одного энергетического уровня на другой) в результате поглощения или испускания кванта энергии. Это предположение, противоречившее законам классической механики и электродинамики, тем не менее позволило дать объяснение ранее открытому распределению спектральных линий излучения атома водорода. Таким образом была нащупана первая приближенная формулировка закономерности, подвергшаяся в дальнейшем известным уточнениям.

Чтобы законы, открытые в результате проверки и подтверждения тех или иных гипотез, можно было применять к объективной реальности, к действительным объектам и процессам, в них необходимо внести определенные уточнения и поправки. Насколько велики эти поправки, зависит от того, в какой мере модель, для которой полностью справедлив данный закон или группа законов, отличается от реального объекта. Так как тип строения и детали модели, а следовательно, и содержание законов зависят не только от свойств объективных явлений и процессов, но и от типа познавательной задачи и вида экспериментально-практической деятельности, используемой для проверки гипотез и уточнения соответствия между объектами и моделями, то «перенос знаний с модели на объекты» представляет собой нелегкое дело.

В процессе научного исследования законы и модели постоянно видоизменяются и уточняются. Существуют, по крайней мере, три фактора, не дающие этому процессу остановиться.

Во-первых, сами объективные явления постоянно развиваются и изменяются. У них появляются новые свойства и особенности, «не учтенные» в ранее построенных моделях и не отраженные в ранее сформулированных законах науки.

Во-вторых, изменяется сама наша практика главным образом под воздействием новых орудий, инструментов, приборов и технических установок, позволяющих получить новые сведения, подняться на новый уровень наблюдения.

В-третьих, постоянно развиваются и изменяются наши знания и их «внутреннее» взаимодействие часто позволяет выдвинуть неожиданные гипотезы или предложить принципиально новые модели объективных явлений.

Наша практика, как подчеркивал Ленин, является достаточно четким критерием, позволяющим отличать материализм от идеализма, но она сама изменчива и подвижна настолько, чтобы не дать нашим знаниям застыть, окостенеть, остановиться. Поэтому теория научного познания, развиваемая философией диалектического материализма, считает, что объективно-истинные законы науки не дают исчерпывающего, окончательного, всестороннего знания об изучаемых ими явлениях, то есть не являются абсолютными, завершенными истинами. Будучи объективными, законы науки вместе с тем, как уже говорилось, являются в известной мере условными, относительными и постоянно подвергаются уточнению, ограничению и проверке.

В этом, пожалуй, одна из наиболее замечательных отличительных черт научного знания.

Познание истины нелегкое дело, но оно по плечу современной науке. В широком смысле это не акт, а процесс, не шаг, а переход от одних положений к другим, более глубоким, лучше проверенным, объясняющим и предсказывающим более широкий круг явлений, позволяющих совершить более фундаментальные и целесообразные преобразования в окружающем нас мире.

СИСТЕМЫ, СТРУКТУРА, МАТЕМАТИКА

Мир систем

Если мне не изменяет память, то знаменитому микробиологу Луи Пастеру принадлежат слова: «Природа открывает свои тайны только подготовленным умам».

Другому знаменитому мыслителю прошлого, древнегреческому философу Аристотелю принадлежит замечание о том, что философия и наука возникли из удивления.

Хотя авторы этих высказываний отделены друг от друга почти двухтысячелетним интервалом, их взгляды как бы дополняют друг друга. В самом деле, люди, склонные во всем, даже новом и неожиданном, видеть уже знакомое и привычное, вряд ли в состоянии сделать открытие.

Человек, способный даже в привычных вещах обнаружить нечто достойное удивления, а следовательно, внимания и изучения, делает тем самым первую заявку на открытие. Однако одного удивления мало. Пытливость, способность удивляться увиденному, критическое отношение к якобы незыблемым истинам, свойственное молодым умам, образуют необходимые условия открытия.

Самые знаменитые исследователи нового времени Галилей, Фарадей, Эйнштейн, Бор, Павлов, Колмогоров и другие сделали или задумали свои наиболее выдающиеся работы в относительно молодом возрасте. Но далеко не все молодые люди становятся крупными учеными.

Другим важным условием, позволяющим сделать новый шаг по пути научного познания мира, является хорошая профессиональная подготовка. Давно прошли те времена, когда более или менее значительные открытия делали самоучки. Теперь настоящий ученый должен сочетать в себе пытливость и образованность. Эти качества особенно важны на современном этапе развития науки.

Но что означают слова «современный этап развития науки», которые мы так часто слышим по радио или читаем в газетах? Чем современная наука отличается, например, от классического естествознания, классической науки, возникновение которой относится к XVI и XVII векам и связано с именами Коперника, Галилея, Ньютона и других великих ученых прошлого?

Существует довольно много характерных черт и признаков, позволяющих провести хотя и не жесткую, но все же достаточно заметную границу между классическим естествознанием и современной наукой. Я думаю, что самой существенной чертой, позволяющей уточнить это отличие, является интерес к изучению сложных систем, так называемых системных объектов, и порожденные этим методы и приемы системного анализа. Вот почему сейчас я приглашаю вас познакомиться с одним из наиболее важных понятий всей современной науки, идет ли речь о математике, физике, геологии, биологии или общественных дисциплинах, таких, как социология и экономика, а именно с понятиями «система» и «структура».

Я думаю, что не ошибусь, сказав, что нет в нашей стране человека, который лично, в кино или по телевизору не видел бы большого города, такого, как Москва, Ленинград, Киев, Свердловск или Новосибирск. Что представляет собой такой город? На первый взгляд, это огромное скопление людей, жилых, промышленных и административных зданий, а также транспортных средств.

В действительности все обстоит гораздо сложнее. Под поверхностью города, скажем, Москвы, проходят сотни километров железнодорожных путей — линий метрополитена. Более ста станций связывает их с наземным транспортом. Под землей проложены тысячи километров электрических и телефонных кабелей. По городу двигаются автобусы, троллейбусы, трамваи. В самых разных направлениях мчатся грузовые и легковые автомашины. Город для своей жизнедеятельности нуждается в сложной сети магазинов, бытовых учреждений, больниц, поликлиник, театров, клубов, административных зданий, в которых располагаются министерства, ведомства и управления, научно-исследовательские и учебные институты, школы, детские сады, ясли и т. д.

Все эти учреждения, включая многочисленные заводы и фабрики, железнодорожные вокзалы, аэродромы и многое другое, а также перечисленные выше транспортные и технические устройства, тесно связаны друг с другом и составляют необходимые условия жизнедеятельности большого города. Нечего и говорить, что управление таким гигантским хозяйством представляет собой задачу, по сложности далеко превосходящую все управленческие задачи, когда-либо возникавшие в целых средневековых королевствах или античных империях.

Чтобы управлять жизнедеятельностью и обеспечить нормальное протекание производственных и культурно-бытовых процессов в таком гигантском городе, необходимо знать, как связаны между собой тысячи самых различных величин, характеризующих состояние транспорта, торговых, бытовых, культурных и промышленных предприятий. Сложные объекты, подобные гигантским городам, вроде Москвы, Ленинграда, Киева и т. д., принято называть системными объектами или большими системами.

Внутри такой большой системы можно выделить как бы подсистемы, например транспортную подсистему, подсистемы водоснабжения, канализации, энергоснабжения или системы почтовой и телефонной связи, а также системы культурных, бытовых и иных учреждений. В свою очередь, эти подсистемы можно подразделить на подсистемы второго порядка, например, в транспортной подсистеме можно выделить подсистемы автобусную, троллейбусную, трамвайную, подсистемы личных и ведомственных автомашин, такси и т. д. То же самое можно сказать и о торговой системе большого города.

Рассматривая подсистемы большого города, не трудно заметить, что, разбивая их на подсистемы или системы второго порядка, а эти последние, в свою очередь, на подсистемы третьего порядка и т. д., мы в конце концов приходим к уровню, когда дальнейшее деление в рамках данной системы оказывается невозможным. Можно выделить общественный транспорт как подсистему большого города, троллейбусный или автобусный парк как подподсистему общественного транспорта, наконец, отдельные автобусы или троллейбусы можно рассматривать как своего рода единицы в данной подсистеме. Это не означает, что отдельный автобус нельзя разделить на составные части: колеса, мотор, систему рулевого управления, энергопитания и т. д. Однако такие части уже не будут частями системы общественного транспорта. Это просто отдельные механизмы или детали данного технического агрегата, в нашем случае автобуса.

Подобным же образом мы можем рассматривать отдельного человека, живущего в нашем городе, как единицу подсистемы, называемой городским населением. Разумеется, с точки зрения анатомии человек сам подразделяется на отдельные органы, например сердце, печень, желудочно-кишечный тракт и т. д. Эти органы, в свою очередь, можно представить как состоящие из отдельных клеток. Было бы, однако, нелепостью утверждать, что печень, желчный пузырь, сердце, а тем более клетки этих органов являются единицами или, как принято говорить, элементами городского населения.

Таким образом, мы приходим к очень важному выводу, что любой системный объект или сложная система в конечном счете состоит из элементов, то есть таких образований, которые неделимы внутри данной системы. Я обращаю ваше внимание на важность слов «внутри данной системы», ибо элементы данной системы под другим углом зрения, в других условиях, при постановке иных исследовательских задач сами могут рассматриваться как сложные системы, состоящие из некоторых других элементов. Примером такого рода могут служить отдельные детали и технические узлы автобуса, выступающего в качестве самостоятельной системы.

Итак, мы приходим к выводу, что системами называются объекты, состоящие из взаимосвязанных, взаимодействующих и взаимозависящих элементов, организованных в более или менее устойчивые совокупности-подсистемы различных порядков, которые, в свою очередь, взаимосвязаны, взаимодействуют друг с другом, определяя общий режим и закономерности существования, развития и деятельности сложного объекта.

Здесь вы можете перебить мои рассуждения вопросом: «А разве наука в прошлом не изучала сложные системы, разве ученые не знали, что окружающий нас мир состоит не из простых элементарных, неделимых явлений, а из сложных системных объектов?»

Ваш вопрос тем более уместен, что заметить сложный, системный характер окружающих нас явлений и процессов не так уж трудно для человека, обладающего мало-мальскими способностями к наблюдениям и размышлениям над увиденным. В самом деле, не только большие города, но и различные технические сооружения от стенобитной машины до парохода, различные общественные организации от войска древних фараонов до политических и профсоюзных объединений современного общества, живые организмы, растения и животные дают нам сотни примеров сложных системных объектов. Естественно, что люди, и особенно ученые, не могли долгое время не замечать этого важного обстоятельства. Дело, однако, заключается не в простом признании системного характера окружающих нас явлений, а в способе познания и изучения сложных систем.

Уже в глубокой древности философы и ученые, наблюдая за различными явлениями природы и общественной жизни, постепенно пришли к выводу, что сложные явления следует в процессе их изучения расчленять, разделять на составляющие части. Знаменитый древнегреческий философ Демокрит (460—370 гг. до н. э.) и его последователи Эпикур (341—270 гг. до н. э.) и др. учили, что все явления в живой и неживой природе состоят из мельчайших, далее неделимых частиц— атомов (от греческого слова atomus — неделимый). Атомы отличаются формой, размерами и положением в пространстве, соединяясь друг с другом посредством особых невидимых крючков и зазубрин, они образуют все известные нам тела.

-Когда европейская наука начиная с середины XVI и особенно в XVII веке попыталась преодолеть влияние средневековой церковной схоластики, полностью отрицавшей роль наблюдений и эксперимента в познании мира и сводившей все исключительно к умозрительным размышлениям, сторонники новой науки на первый план выдвинули метод эмпирическо-rot то есть опытного, исследования. Суть его заключалась в утверждении, что понимание любого сложного явления, будь то Солнечная система, машина, растение или животное, может быть полностью достигнуто благодаря точному и последовательному описанию и изучению его частей и элементов. Согласно этому взгляду, описав элементы системы, изучив их порознь, мы можем получить исчерпывающие, точные знания по системе в целом простым суммированием знаний об элементах этой системы.

Такой подход долгое время оставался господствующим в науке. Он казался не только верным, глубоко истинным, но и единственно возможным. Для этого имелись свои объективные основания.

Новая наука, сложившаяся благодаря, работам Галилея, Кеплера, Ньютона и ряда их современников, начала развиваться прежде всего в области механики, астрономии и оптики. Причина этого заключается в том, что механические взаимодействия и механическая форма движения в целом являются простейшими, наиболее доступными наблюдению и эксперименту, с одной стороны, и точному математическому описанию и анализу, с другой.

С самого начала экспериментальное естествознание Нового времени, сочетавшее в себе наблюдение за простейшими формами движения с применением математики привело к таким разительным и неожиданным открытиям, казалось столь убедительным и неопровержимым, что на несколько столетий подчинило себе лучшие умы Европы и Америки.

Имелось и другое основание для торжества механистического подхода к научному исследованию. Оно коренилось в философском утверждении, что научное познание должно начинать с самого простого, чтобы путем последовательных усложнений перейти к пониманию сложного целого объекта.

Отчетливее всего эта точка зрения была выражена в трудах знаменитого английского философа Фрэнсиса Бэкона (1561 —1626) и французского философа и математика Рене Декарта (1596—1650). Первый из них провозгласил метод восхождения от части к целому, от единичного явления к совокупности явлений единственным научным методом. Второй утверждал, что всякое научное познание заключается в расчленении, разделении целого на максимальное число наименьших частей и элементов и в последовательном познании этих элементов, ибо познание целого осуществляется через познание его образующих.

Следует сказать, что при тогдашнем состоянии техники, научного эксперимента и наблюдения, при тогдашнем уровне математики, не перешагнувшей еще пределы современной нам школьной алгебры, иной подход трудно, а может быть, и невозможно себе представить.

Вплоть до XIX века, пока классическое механистическое по своему методу естествознание одерживало одну победу за другой и приносило бесспорные впечатляющие результаты, в справедливости подобного подхода никто не сомневался. Однако уже в XIX веке сама жизнь потребовала перейти к изучению очень сложных систем в природе и обществе.

Чарлз Дарвин в знаменитом труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859) попытался обнаружить и сформулировать законы развития живых организмов, иными словами, законы развития и совершенствования всей живой системы в целом.

Примерно в те же годы величайший мыслитель XIX века Карл Маркс поставил перед собой задачу исследовать систему современного ему капиталистического общества и найти законы его развития и превращения в новое бесклассовое коммунистическое общество. Для решения этих задач методы, разработанные классической наукой XVII—XIX веков, были уже непригодны. Особенно отчетливо потребность в новых приемах, методах и философских основаниях научного познания встала в XX веке, когда перед естественными и общественными науками во весь рост возникли задачи изучения сложных систем в природе и обществе. И суть дела не в том, что раньше такие системы не существовали или о них не было известно, а в том, что для изучения управляющих ими закономерностей еще не созрели условия, объективные предпосылки и соответствующие научные методы.

Чтобы пояснить суть новых познавательных задач, я считаю полезным обратиться к нескольким примерам. Представьте себе огромную груду кирпича, чаны с гашеной и негашеной известью, мелким цементом, вагонетки с гравием, строительные леса и другие материалы, разбросанные на площадке до начала строительства дома.

Вы можете изучить каждый кирпич, каждый предмет на строительной площадке и все же не получить полного, объективного представления о строящемся здании. Готовое здание— это не груды беспорядочно разбросанных строительных материалов, а кирпич, цемент, водопроводные трубы, звенья металлической арматуры, расположенные в определенном порядке, определенным образом связанные, взаимодействующие, предназначенные для совершенно определенных целей. Здание представляет собой не совокупность разрозненных строительных блоков, а наоборот, систему особым образом упорядоченных помещений и технических коммуникаций, предназначенных для жизни и деятельности людей. Чтобы понять сущность и назначение, например, жилого дома, мало изучить и описать отдельные строительные материалы. Более того, только зная цель и назначение здания в целом, можно понять и объяснить характер и свойство выбранных для его создания материалов, оценить целесообразность тех или иных строительных узлов, помещений, коммуникаций и т. п.

Таким образом, мы приходим к выводу, что не целое, не система определяется своими подсистемами и элементами, а наоборот, роль и назначение каждой подсистемы и каждого элемента в данной системе (или данном целом) объясняются ее закономерностями и принципами организации. Это утверждение верно не только в отношении современного жилого здания, но и по отношению к несравненно более сложным системным объектам, насчитывающим сотни тысяч и миллионы взаимодействующих элементов, таких, как живой организм, например человеческий, отдельная клетка или современный город.

Анатомы, физиологи и цитологи давно изучили все функции и строение человеческого сердца. Однако операции по пересадке сердца от одного человека к другому требуют знания не только физиологии и цитологии сердца. Для успеха трансплантации (пересадки органов) необходимо знать особенности и специфику организма в целом, учитывать взаимосвязь и взаимодействие всех органов внутриединой и невероятно сложной системы, называемой человеком.

Точно так же современные гигантские города не могут быть поняты и изучены на основе исследования отдельных составляющих: жилого массива, транспортной сети, сети водоснабжения, канализации, подземных железных дорог и т. д.

В научно-фантастическом романе «Мутант-59» рассказывается о целой серии катастроф, почти парализовавших жизнь Лондона из-за того, что при проектировании и создании ряда его подсистем не был учтен всего лишь один элемент, точнее, не было учтено его взаимодействие с другими элементами и подсистемами.

Изучение сложных систем, насчитывающих десятки, а иногда и сотни миллионов или даже миллиардов элементов, десятки и сотни тысяч подсистем различного уровня, требуют и особых приемов, и методов познания. Без этих методов многие явления вообще не были бы открыты. Если бы Уотсон и Крик пытались изучить лишь отдельные элементы, химические составляющие, из которых сделан наследственный аппарат живых организмов, они, вероятно, могли бы с большей или меньшей точностью установить пропорции различных химических элементов, присутствующих в составе этого аппарата. Вряд ли им удалось бы сделать что-либо большее. Однако они пошли по другому пути. Они хорошо понимали, что «двойная спираль» является сложной системой, включающей десятки и сотни взаимодействующих подсистем с многочисленными связями и разнообразными функциями. Такой подход позволил определить роль и назначение ДНК в развитии и формировании живого организма. Установив, что ДНК представляет собой генератор информации, регулирующий жизнедеятельность живого организма, Уотсон и Крик сумели понять и назначение отдельных узлов ДНК, ее составных частей. Каждый атом и группы атомов внутри молекулы не только нашли свое определенное место, но и получили точное научное объяснение.

Для изучения сложных систем нам надо ввести еще одно важное понятие — «структура».

Внутри больших и сложных объектов различные подсистемы и элементы расположены не произвольно, связаны между собой не Как попало. Обращаясь к прежним примерам, мы можем сказать, что это не груда строительных материалов на площадке, а построенный, завершенный дом, в котором различные блоки и звенья коммуникации взаимодействуют в определенной последовательности и расположение которых подчинено плану или закономерности. Иными словами, между подсистемами разных уровней и элементами внутри подсистем существуют определенные отношения и взаимодействия. Эти отношения и взаимодействия могут быть описаны со стороны своих характерных черт, свойств и особенностей. пР и этом часто оказывается, что различные по содержанию отношения могут сравниваться с формальной точки зрения.

Что это означает? А вот что.

Возьмем для иллюстрации математические отношения «больше» (>) и «равно» ( = ) и отношения «старше» и «ровесник» для людей, сравниваемых с точки зрения их возраста. Оказывается, что, выделив определенные характеристики, мы можем сравнить эти различные по содержанию отношения и найти нечто общее между ними. Для этого нам придется снова прибегнуть к абстракциям. На этот раз мы отбросим все специфические особенности сравниваемых и сопоставляемых отношений, выделив лишь единственное интересующее нас обстоятельство, а именно то, что мы имеем дело с отношениями между произвольными явлениями, отдельными предметами и процессами. Вообще говоря, в то или иное отношение могут быть включены два, три, четыре и более явлений. В соответствии с этим принято различать двух-, трех-, четырех-и вообще я-местные отношения.

Например, отношения «. . . больше. . .» или «. . . старше. . .» являются двухместными отношениями, так как в них включаются лишь пары чисел или людей. Отношение «. . . лежит между. . .» является трехместным, как видно хотя бы из утверждения «Варшава лежит между Москвой и Берлином». Не трудно себе представить также четырех- и пятиместные отношения и т. д.

Сравнивая такие разные по своему содержанию отношения, как «больше» и «старше», мы можем отметить, что первое из них относится к числам, второе — к людям, и, следовательно, они различны по содержанию. То же самое мы могли бы сказать и об отношениях «равно» и «ровесник».

Теперь постараемся определить понятие «структура».

Если имеется несколько систем, различных по содержанию, но обладающих отношениями, которым присущи одинаковые формальные свойства, то говорят, что эти системы обладают одной и той же структурой. Это открывает совершенно неожиданные перспективы для изучения различных систем. Всякий закон науки, устанавливающий прочные, необходимые связи тех или иных явлений, по сути дела, выделяет, закрепляет и описывает определенные, устойчивые структуры. Например, структура числовой системы 1, 2, 3, 4, 3. . . п —1, п обладает той же самой формальной структурой, что и система «Иванов, Сидоров, Петров. . . Лукьянов, Беляев», где каждый член ряда старше своего предшественника, фамилия которого записана слева от его собственной (за исключением Иванова). В этом смысле мы можем некоторые особенности первой системы приписать второй. Однако это очень простой случай. В науке часто приходится сталкиваться с разными по своему содержанию отношениями, охватывающими, например, расположение предметов в пространстве, их последовательность во времени, виды их взаимодействия, различные преобразования (например, химические реакции и т. д.).

Процесс познания становится гораздо более эффективным и действенным, если мы получаем возможность выделить какие-либо сопоставимые, сходные свойства этих отношений. В этом случае удается выяснить структуры различных по содержанию систем или системных объектов. Если мы хорошо изучили один из них и сумели сформулировать для него ряд важных Законов, выраженных, скажем, в математической форме, то обнаружение структурного сходства уже изученной нами системы с другой, новой, более сложной или трудно поддающейся изучению, позволяет применить к ней ранее открытые и сформулированные законы.

Вы, наверное, уже догадались, что первая система при этом выступает в качестве модели второй, и мы просто-напросто осуществляем перенос уже полученных знаний на новый системный объект. Словам «просто-напросто» не следует все же придавать слишком большое значение. Дело в том, что при изучении реальных сложных объектов структурное сходство никогда не бывает полным. Сравнивая числовую последовательность 1, 2, 3, 4... n—1, n и людей, расположенных по старшинству, мы можем заметить, что первая последовательность может продолжаться бесконечно, тогда как для старшинства существует предел, который не в состоянии перешагнуть даже долгожители.

Другое важное обстоятельство заключается в том, что в таких системах, как современный город, завод, живой организм и т. д., каждый элемент или подсистема одновременно включены в большое число различных отношений. Человек, работающий на заводе, может быть включен в отношения дружбы и сотрудничества с членами своей бригады, в отношения подчинения, когда речь идет о директоре или главном инженере завода, в отношения «наставничества» к своим ученикам и целый ряд других: семейных, профессиональных, спортивных и т. д. отношений.

В сложных системах, как правило, необходимо выделять много различных структур и, сравнивая их со структурами других объектов, следует постоянно помнить, что формальное сходство натыкается на пределы, «расставленные» содержанием различных систем.

Для этого достаточно вспомнить, как Максвелл, установив известное сходство в течении жидкости по трубкам и движении электричества по проводникам, осуществил частичный перенос знаний, полученных при изучении гидродинамических систем на системы электродинамические. Так как при этом он сразу же обнаружил и ряд существенных содержательных и структурных отличий между двумя системами, то ему пришлось частично изменить уравнения гидродинамики, и вновь созданная теория электродинамических процессов оказалась новым разделом физики с оригинальными уравнениями и понятиями.

Применяя понятие «структуры» при изучении сложных систем, мы должны поэтому постоянно помнить, что простой механический перенос знаний от одних систем к другим, даже при наличии ряда сходных структур, никогда не ведет к подлинным открытиям. Серьезный исследователь должен точно определять, в каких границах существует действительное структурное совпадение и где необходимо существенно видоизменить ранее установленные законы или даже сформулировать новые.

Пойми систему

Казалось, что на нежные зеленые ростки, высаженные на опытных участках растениеводческой станции, равномерно накатываются коричневые волны. Тысячи крохотных насекомых с неукротимой жадностью пожирали ростки нового гибрида, выведенного селекционерами в течение многих лет упорного труда. Вот тогда-то и пришлось обратиться к ученым химикам и биохимикам с просьбой найти действенное средство для борьбы с насекомыми, уничтожавшими посевы.

В лабораториях научно-исследовательского института кипела работа. После сотен тщательных экспериментов ученым наконец удалось создать и проверить действие ядохимикатов, которые удовлетворяли сразу двум поставленным задачам: уничтожали вредных насекомых, но не оказывали вредных последствий на растения. Наконец было решено провести первое распыление нового ядохимиката на опытных посевах растениеводческой станции. Но вот здесь-то и поджидала всех обескураживающая неожиданность.

Через несколько дней, после того как самолеты сельскохозяйственной авиации распылили ядохимикаты над опытными делянками, число вредных насекомых не только не уменьшилось, но даже возросло. Что же произошло? Почему химикаты, тщательно проверенные в лабораторных условиях, привели к прямо противоположным непредвиденным результатам? Ни в экспериментах, проведенных в лабораториях, ни в расчетах, ни в химических анализах не было никаких ошибок.

Суть дела заключалась в другом. Ученые-химики, имевшие дело с вредными насекомыми и различными химическими веществами, проводили свои эксперименты в искусственных лабораторных условиях, не учитывавших, что реальные природные условия представляют собой сложную систему, охватывающую не только насекомых и растения, но и другие живые организмы. В природе все сбалансировано, уравновешено. Чем больше становилось вредных насекомых, тем больше слеталось различных птиц, для которых эти насекомые служили пищей. Рано или поздно пернатые охотники остановили бы наступление насекомых на растения.

Но люди не могли ждать так долго: слишком до'ро-ги были для них выращенные с большой затратой сил растения. Торопясь как можно скорей решить задачу, химики выделили из системы природы лишь часть взаимодействующих факторов и не учли взаимосвязи и отношений этих факторов с другими частями системы. После распыления ядохимикатов значительная часть насекомых действительно погибла, однако другие, случайно спасшиеся под неровностями почвы, камешками и т. д., а также личинки насекомых, в большом изобилии сохранявшиеся в почве и не поддававшиеся воздействию ядов, быстро восполнили урон. В то же время яды оказались губительными для птиц. Вот это и привело к столь неожиданному результату. И хотя впоследствии это обстоятельство было учтено и дело удалось поправить, мой рассказ имеет прямое отношение к обсуждаемой в этой главе проблеме — исследованию и познанию систем.

Было бы неверно думать, что люди занялись изучением систем лишь в недавнее время. Птолемей, Коперник, Галилей, Ньютон и Максвелл также имели дело с различными системами. Однако, естественно, приступая к их изучению, они стремились выделить и рассмотреть лишь самые простые, самые существенные с их точки зрения связи и отношения.Такой прием исследования называется упрощением и опирается на изолирующую абстракцию. Суть ее заключается в том, что ученый выделяет (изолирует) в рассматриваемой системе относительно небольшое число элементов или подсистем и на время оставляет в стороне остальные элементы и отношения системы.

Впрочем, довольно часто эти «остальные» явления либо вообще не замечают, пренебрегают ими, либо забывают к ним вернуться, либо, наконец, оказываются не в состоянии рассмотреть и изучить все подсистемы во всей их сложности. Очень часто поэтому научные результаты, понятия и закономерности, построенные и открытые с помощью изолирующей абстракции, оказываются ограниченными, и по мере развития науки их приходится видоизменять, а часто и довольно серьезно переделывать. Более того, знания, полученные при изучении лишь выделенных элементов и подсистем, могут привести к к неожиданным и даже нежелательным последствиям. Так и случилось в эксперименте с ядохимикатами.

Но почему же тогда ученые до сих пор продолжают, и часто с успехом, пользоваться изолирующими абстракциями? Почему мы не отказываемся от изучения изолированных явлений и относительно простых связей? Не лучше ли всегда стремиться понимать любые объекты как сложные системы и рассматривать все их элементы, подсистемы и отношения?

Ответ на этот вопрос не так прост, как может показаться. Конечно, в случае с ядохимикатами с самого начала был допущен просчет, выделен слишком узкий набор элементов в системе природы. Однако в большинстве других случаев дело обстоит не так.

Во-первых, не все познавательные задачи требуют для своего решения сложного системного подхода. В простейших случаях наши знания, основанные на выделении и изучении небольшого числа элементов и связей, могут оказаться практически вполне удовлетворительными. Деревенскому жителю, которому глина нужна для того, чтобы обмазать печку, сделать глинобитный пол, или древнему гончару, которому она была нужна для изготовления простейшей посуды, вряд ли были необходимы тонкие химические формулы, применяемые в наши дни специалистами для определения состава и качества различных глин.

Во-вторых, и это гораздо важней, для изучения сложных систем необходим соответствующий теоретический аппарат. Выяснением того, что это означает, мы теперь и займемся.

Но прежде чем двинуться в этом направлении, следует уточнить, что означает выражение «теоретический аппарат». Обычно словом «аппарат» обозначают технические устройства вроде телефонного аппарата, телеграфного аппарата и т. д. Рассматривая состав сотрудников в каком-либо учреждении, их должностное Положение, взаимную подчиненность, выполняемые ими обязанности и т. д., иногда употребляют выражение «административный аппарат».

Вы уже, наверное, догадались, что выражение «теоретический аппарат» имеет совсем иной смысл. В самом деле, всякая научная теория состоит из цепочек взаимосвязанных законов. Законы, в свою очередь, представляют собой утверждения, построенные из понятий и связывающих их вспомогательных соединительных выражений. Кроме того, в таких науках, как физика, химия, биология и т. д., нередко употребляются специальные математические и структурные формулы вроде (а в) Зили Н2О, которые подразумевают применение особых математических или других символических выражений, обозначающих специальные объекты, множества объектов и операции с этими объектами и множествами.

Выражение «теоретический аппарат» как раз и используется для обозначения основных и производных понятий, утверждений, математических формул и т. п., необходимых для выражения и формулирования законов данной науки, составляющих ту или иную теорию.

Чтобы изучить то или иное явление, ученым часто приходится создавать новые понятия, отражающие различные свойства и отношения изучаемых явлений, а также включающие их связи и взаимодействия. Такие понятия почти никогда не создаются на пустом месте. Даже для изучения очень простых предметов и процессов требуется располагать каким-то готовым теоретическим аппаратом, который в дальнейшем можно уточнить, улучшить, дополнить или даже преобразовать, вводя новые понятия, формулируя новые законы, применяя новые разделы математики. Нечего и говорить, что при изучении сложных систем, насчитывающих десятки и сотни подсистем, тысячи, а иногда и миллионы элементов, огромное множество связей, отношений и взаимодействий, требуется и соответствующий теоретический аппарат. Он должен включать в себя понятия, не только отражающие эти подсистемы, связи и отношения (понятия первой группы), но и специальные понятия и выражения, как правило, математические, устанавливающие определенную взаимозависимость, количественные взаимоотношения между соответствующими объектами (понятия второй группы).

Чтобы представить, как трудно создать такой теоретический аппарат, вспомните хотя бы проблему управления различными процессами в жизнедеятельности большого города. Чтобы изучить город как сложную систему, нужно образовать наборы понятий, отражающих работу всех подсистем города. Каждую из таких подсистем мало отобразить в десятках различных понятий, необходимо, чтобы каждая из них поддавалась количественному истолкованию, то есть могла принимать числовые значения и, следовательно, могла бы выступать в качестве переменной величины в тех или иных математических уравнениях, описывающих устойчивые количественные связи между различными элементами и подсистемами городской системы. Наконец, необходимо сформулировать систему уравнений более или менее сложного вида, охватывающих и связывающих воедино многочисленные величины (понятия). Только подставляя в эти уравнения различные числовые характеристики и решая их при определенных условиях, можно создать удовлетворительную математическую модель города, допускающую разумное, научно обоснованное управление всей этой огромной системой, обеспечивающее нормальную жизнедеятельность городского населения, промышленности и т. д.

Понятно, что решение такой задачи предполагает очень высокий уровень развития математики, особенно таких ее разделов, как алгебра, машинное программирование и т. п. Без наличия соответствующей математики нельзя создать теоретический аппарат, необходимый для решения задачи автоматического управления основными процессами в больших городах.

Я думаю, что вы уже заметили еще одну трудность, и я готов обсудить ее вместе с вами. Она заключается в том, что даже при наличии соответствующего теоретического аппарата, исследование сложных систем, их глубокое понимание могут оказаться непо-сильйой проблемой.

Допустим, что мы располагаем всеми нужными понятиями (переменными величинами) для описания подсистем и элементов, а также взаимосвязей в городской системе. Допустим также, что математики предоставляют нам необходимый математический аппарат и правила для решения громоздкой системы уравнений, включающей десятки, а быть может, и сотни переменных величин. При этом может оказаться, что для решения системы уравнений потребуются сотни математиков и десятки лет упорного труда. Когда же наконец математические трудности будут преодолены, может оказаться, что вся работа лишена смысла, так как за это время положение в городе изменилось: появились новые магистрали, здания, линии связи, водопроводы и предприятия; увеличилось или уменьшилось число жителей, изменился характер снабжения и т. п. Следовательно, помимо теоретического аппарата, необходим и соответствующий технический аппарат.

Современная научно-техническая революция дает необходимые условия для создания такого технического аппарата. Он должен включать в себя самые современные быстродействующие электронно-вычислительные машины, способные совершать несколько миллионов вычислительных операций в минуту. Затем необходимо обеспечить очень быстрое поступление и опять-таки машинную обработку информации о деятельности различных подсистем, поступающей из разных концов города. Наконец, следует обеспечить быстрое и правильное выполнение решений, основанных на полученных расчетных данных. Только в этом случае мы сможем получить полную уверенность в том, что наш теоретический аппарат действительно дает нам знания о сложной системе большого города.

Разумеется, совсем не всегда для решения задач, связанных с познанием системных объектов, изучением структур и закономерностей их работы, необходимо привлекать столь сложный и дорогостоящий теоретический и технический аппарат. Эпизод с ядохимикатами, рассказанный в начале этого раздела, показывает, что очень многое зависит от подхода к решению соответствующей познавательной задачи.

Один из таких подходов мы можем с полным правом назвать классическим. Суть его заключается в том, что ученый, сформулировав задачу, определив главную цель, отвлекается от системного характера изучаемых объектов.

Выработав те или иные изолирующие абстракции и упростив задачу, он может во многих случаях достигнуть желанной цели с наименьшими затратами материальных средств и умственных усилий. Именно благодаря подобным упрощениям была построена гелиоцентрическая модель Коперника, открыт закон всемирного тяготения, сформулированы принципы классической электродинамики.

Другой подход в строгом смысле следовало бы назвать системным. Он заключается в том, что мы рассматриваем каждый объект как сложную систему, как совокупность взаимодействующих, взаимосвязанных, взаимообусловливающих и влияющих друг на друга частей. Притом характер взаимодействия частей определяется какими-то общими, так сказать, «генеральными» особенностями, свойствами, закономерностями или, как иногда говорят, принципами системы.

Если при классическом подходе ученый сначала стремится выработать теоретический аппарат, то есть набор понятий и утверждений, относящийся к частям, к отдельным взаимодействиям, и лишь затем пытается понять целое, то при системном подходе он стремится выдвинуть гипотезу (с соответствующими понятиями), касающуюся деятельности, режима работы или развития системного объекта в целом, а затем на ее основании пытается понять и осмыслить взаимосвязь и взаимодействие частей. Именно отсутствием системного подхода при первоначальной попытке и объяснялась неудача в решении задачи по борьбе с вредными насекомыми, рассказанная выше.

Системный подход особенно важен при решении задач, связанных с познанием так называемых саморегулирующихся или самоуправляющихся систем. Насколько важны, сложны и интересны для нас такие системы, можно судить уже хотя бы по тому, что для их изучения создана особая наука — кибернетика. Она рассматривает и некоторые другие системы, но самоуправляющаяся, саморегулирующаяся находится в центре ее внимания. Так как о кибернетике написаны целые горы популярной и серьезной литературы, я не буду рассказывать о ней подробно. Все же несколько важных примеров, поясняющих значение системного подхода, я приведу.

Первый из них касается судьбы нашей планеты Земля и человечества, взятых вместе, рассматриваемых как единая система. В известном смысле природа представляет собой саморегулирующуюся систему, в значительной степени сбалансированную, уравновешенную, все процессы в которой так или иначе взаимосвязаны. Различные части природы вносят различный «вклад» в жизнь целого, по-разному влияют на него, по-разному ему подчиняются. Во времена, когда жил наш неандерталец, ужин которого я описывал в начале книжки, все население Земли едва ли превышало несколько десятков тысяч человек. Деятельность людей вряд ли могла существенно влиять на нормальное течение процессов природы.

Иное дело сейчас, когда на Земле живет около четырех миллиардов людей, а техническая мощь человечества достигла необычайных масштабов. Уничтожаются огромные леса, перекрываются русла рек, создаются и уничтожаются огромные озера, гигантские города с населением в несколько миллионов человек покрывают площадь в сотни квадратных километров. И повсюду грохочут станки, пылают доменные печи, сжигаются миллионы тонн нефти, бензина, газа, потоки электрической энергии передаются на тысячи километров, и вся эта бурная деятельность связана с потреблением кислорода, запасы которого в атмосфере ограниченны и пополняются за счет жизнедеятельности растений. Растения, как вы знаете, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Напротив, животные и люди потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Технические же устройства — автомобильные моторы, реактивные двигатели самолетов, топки электростанций и т. д., вообще не могут работать без сжигания кислорода.

Всего сто лет назад, по подсчетам ученых, вес техномассы, то есть всех сооружений, когда-либо созданных людьми, включая авторучки, небоскребы, египетские пирамиды и шоссейные дороги, был на несколько порядков меньше, чем вес фитомассы — всех растений, находящихся на поверхности земли и вырабатывающих кислород.

В наши дни вес техномассы достиг примерно того же порядка, что и вес фитомассы. Если дело и дальше пойдет теми же темпами, то не за горами день, когда фитомасса Земли не сможет обеспечить нас необходимым запасом кислорода и начнется кислородный голод. Чтобы предотвратить возможное катастрофическое последствие, люди должны научиться понимать системный характер, сбалансированность всех технических и природных процессов на Земле. Из беспомощного неандертальца человек стал хозяином, владыкой Земли.

Так как мы не можем остановить научно-технический прогресс, ибо он обеспечивает удовлетворение наших потребностей, задача заключается в том, чтобы перейти к научному регулированию этого прогресса на основе современных исследований взаимодействия и взаимозависимости всех частей нашей земной системы. При этом нам необходимо выделить управляющую часть системы — человеческую деятельность и управляемую часть — природу, развивающуюся и живущую по своим особым законам. Между этими двумя частями существуют сложные связи: прямые, идущие от управляющей подсистемы к управляемой, и обратные — от управляемой к управляющей.

Чтобы понять такую сложную систему, необходимы уже усилия не отдельных ученых, а работа гигантских научных коллективов. А для осуществления разработанных ими проектов и рекомендаций необходимо взаимодействие и сотрудничество гигантского числа учреждений, предприятий и даже целых государств. Вот, кстати, и еще одна проблема.

Самоуправляющиеся или саморегулирующиеся системы совсем не такая редкость. К их числу относятся не только системы «человек — природа», но и просто взятые порознь высшие животные, заводские коллективы, крупные армейские подразделения и армии в целом, стада животных, подобные стаду китов, оленей или стае перелетных птиц, и т. д. Оказывается, что, несмотря на все качественные различия, между этими системами много общего.

В чем, однако, это общее заключается?

Сравнивая с позиций классического подхода современную электронно-вычислительную машину, осуществляющую по заданной программе управление целой железной дорогой, с человеком, мы поневоле пришли бы к выводу, что между ними нет ничего общего.

С позиций же системного подхода, когда мы стремимся выделить наиболее существенные части целого, чтобы понять роль и назначение его отдельных органов, механизмов и частей, все выглядит иначе. Выделив в качестве главных признаков сравниваемых объектов их функции, то есть виды действий, мы замечаем, что ЭВМ и человек в некоторой ситуации делают почти одно и то же, а именно: сидя в диспетчерской железной дороги, человек-диспетчер, так же как и ЭВМ, получает информацию о движении, погрузке, разгрузке, прибытии и отправлении поездов, о загруженности и состоянии различных участков дороги и в соответствии с определенной программой (инструкцией, правилами) принимает основанные на этой информации решения, которые он затем передает для исполнения на различные участки дороги.

Структура деятельности или, как иногда говорят ученые, функциональная структура человека и ЭВМ в данных обстоятельствах одинакова, хотя детали, части и «органы» у них совершенно различны.

Вот и оказывается, что системный подход позволяет при известных условиях сравнивать, отождествлять и изучать явления, которые при классическом подходе не обнаруживали никаких черт сходства. При этом возникает возможность выделить некоторые устойчивые структуры, присущие всем саморегулирующимся системам, и сформулировать отражающие их законы.

Познание систем имеет и еще одно серьезное преимущество, если оно опирается на системный подход. Диалектический материализм всегда утверждал, что мир представляет собой связанное целое, что все его части взаимообусловлены, так или иначе взаимодействуют. Однако обнаружить эту универсальную взаимосвязь и взаимодействие с помощью одних лишь наблюдений и экспериментов на протяжении долгого времени было не так-то легко. В течение ряда столетий, начиная со времен Галилея и до конца XIX века, классический подход был не только господствующим, но и во многих отношениях чрезвычайно полезным методом познания, так как давал возможность тщательно изучить детали различных явлений, всесторонне описать отдельные изолированные объекты и даже простейшие взаимосвязи между ними.

К концу XIX века во многих науках отчетливо стали замечаться недостатки классического подхода как основного, методологического принципа научного познания. Химики, например, тщательно изучили несколько десятков химических элементов, описали их свойства, соединения и типы реакций, в которых они участвуют. Потребовался, однако, особый подход, подход, который опирался на предположение, что химические свойства элементов и их взаимоотношения, то есть структуры взаимодействия, зависят от их позиций в какой-то общей системе, для того чтобы сделать новый гигантский шаг или, лучше сказать, скачок в развитии химии. Такое именно предположение и было сделано Д. И. Менделеевым, который составил систему химических элементов, а затем сформулировал опирающийся на нее закон периодичности их химических свойств. Используя этот закон, Менделеев даже сумел предсказать существование еще не известных элементов и более или менее подробно описал их предполагаемые свойства. Эти предсказания великого химика в дальнейшем были подтверждены экспериментально.

Так системный подход завоевал еще одну важную позицию.

Сыграл он значительную роль и в познании живой природы. На протяжении многих тысячелетий простые люди и ученые замечали особую периодичность, повторяемость в жизни животных и растений. Рыбы нерестятся не только в определенном месте, но и в определенное время; перелетные птицы точно узнают время отлета в жаркие страны; растения в определенное время суток раскрывают и закрывают свои цветки, расправляют и свертывают листья. Многочисленные попытки ихтиологов, орнитологов и биохимиков изучить эти явления в изолированном виде долгое время не давали результатов.

В начале нашего века шведский исследователь, один из первых лауреатов Нобелевской премии Сванте Аррениус высказал предположение, что цикличность в жизни растений в значительной степени связана с космическим фактором, с «деятельностью» небесных светил, потоком космических излучений.

В середине нашего столетия орнитологам и астрономам общими усилиями удалось показать, что многие птицы во время ночных перелетов ориентируются по звездам, а ихтиологи обнаружили, что рыбы точно фиксируют целую систему факторов: температуру и соленость воды, направление течения, рельеф морского дна, сейсмические волны, распространяемые подземными толчками, и т. д. и т. п.

Эти и многие другие обстоятельства еще отчетливее ставят перед нами задачу познания сложных систем взаимодействия самых различных объектов: далеких звезд, растений, подземных вулканов, морских рыб и птиц, совершающих ночные перелеты.

Во всех этих случаях системный подход не только помогает познавать сложные объективные системы, но и подталкивает ученых к постановке неожиданных познавательных задач, заставляет их задуматься над поиском новых и неожиданных связей, помогает глубже проникнуть в тайны научного познания.

Математика в научном познании

Знаменитый философ Иммануил Кант как-то заметил, что первая научная революция, возможно, связана с именем древнегреческого мудреца Фалеса (около 625—547 гг. до н. э.), которому приписывали доказательство геометрической теоремы о равнобедренных треугольниках. В некоторых старых учебниках ее так и называли теоремой Фалеса. До сих пор не известно, был ли именно Фалес первым греческим математиком, осуществившим процедуру геометрического доказательства, но, как бы то ни было, мы вправе предположить, что кто-то из древних мыслителей на самом деле впервые осуществил математическое доказательство на грани VII и VI веков до н. э. Почему же именно этот на первый взгляд вполне заурядный и привычный для каждого школьника прием математических рассуждений Кант считает признаком научной революции?

Математики древней Индии, Китая и особенно Египта и Вавилона располагали довольно обширными математическими познаниями. Они умели вычислять площади земельных участков, производить измерение высот различных, иногда очень больших предметов, располагали довольно сложными формулами, позволявшими им вычислять объем сельскохозяйственной продукции, размеры налогов, производить различные финансовые, военные и инженерные расчеты. При всем этом доказательство как особый математический или, лучше сказать, логический прием было им почти совершенно чуждо. Ученики воспринимали от своих учителей, чаще всего жрецов или писцов при правительственных учреждениях, готовые формулы без всякого доказательства и применяли их из столетия в столетие для решения сходных задач. Этим во многом объясняется медлительность в развитии восточной математики.

Древние греки были первым народом, который открыл важность логического доказательства для развития научной и прежде всего математической мысли. Энгельс настойчиво подчеркивал, что удивительная одаренность этого маленького народа обеспечила ему ту роль в истории, на которую не мог претендовать ни один народ. Этим он хотел, по-видимому, сказать, что основы современного мышления были заложены в древнегреческой науке и философии. Но почему именно древние греки открыли и изобрели доказательство? В чем сила этого приема мышления, почему именно эта сторона дела рассматривается Кантом и другими исследователями истории науки как поворотный пункт в ее развитии? Я попытаюсь хотя бы вкратце ответить на эти вопросы, хотя до окончательного их решения еще далеко.

В VII—VI вв. до н. э. в развитии древнегреческого общества наступил переломный момент. На побережье Малой Азии и Пелопоннесского полуострова вместо старых, тиранических государств начали возникать так называемые демократические города-государства — греческие полисы. Как вы знаете по школьным учебникам истории, это была демократия для рабовладельцев, но не для рабов. Однако внутри сообщества свободных граждан все решения должны были приниматься на основе голосования горожан, собиравшихся для обсуждения важных проблем на общие собрания. Чтобы склонить своих сограждан в ту или иную сторону, политические руководители, вожди различных группировок должны были убедить их в своей правоте, доказать правильность своей позиции. Очень скоро практика убеждения и доказательства была перенесена греческими мудрецами в другие области общественной жизни, прежде всего в сферу обучения и познания мира. Первоначальный смысл доказательства заключался в том, чтобы, пользуясь общими для всех правилами рассуждения, прийти к согласованному мнению или к истине. В дальнейшем под доказательством стали понимать последовательное выведение из некоторых принятых утверждений, называвшихся посылками или предпосылками, определенных следствий. Если посылки считались истинными и доказательство проводилось без нарушения принятых правил, то полученные из них заключения или следствия также рассматривались как истинные. Вскоре выяснилось, что из относительно небольшого числа бесспорных, очевидных или общепринятых посылок, не вызывавших ни у кого сомнения, на основе доказательства или процедуры логического выведения можно получить практически бесконечное число различных следствий. В обычной жизни мы переходим от одного утверждения к другому, опираясь главным образом на их содержание.

Создание математических и логических доказательств позволило в корне изменить этот привычный способ рассуждения. Математики осуществляют переход от одних утверждений к другим на основе заранее установленных правил, которые учитывают лишь форму данных утверждений, не касаясь по существу дела их содержания, то есть тех сторон и свойств действительности, к которым эти утверждения относятся или могут относиться и применяться. С примерами таких доказательств или, как их часто называют, формальных преобразований вы хорошо знакомы по курсу школьной математики.

В самом деле, беря ту или иную алгебраическую, геометрическую или тригонометрическую формулу, вы, пользуясь заранее установленными правилами, можете получить из них целый ряд других, необходимых вам для той или иной цели формул, даже не задумываясь о том, каково значение входящих в формулы величин.

Какие же преимущества сулит такой подход к математике?

Отныне ученик получает от своего учителя не готовый рецепт, который остается только зазубрить, но прежде всего метод математического рассуждения, доказательства, а вместе с тем и способ открытия новых теорем. Учитель сообщает ранее полученные теоремы или аксиомы, то есть утверждения, принимаемые без доказательства, а также основные логические правила — рассуждения и формулы, позволяющие преобразовывать уже известные теоремы в другие. Мало того, что каждое доказанное предложение приобретает достоинство объективной истины, процедура доказательства снимает всякие сомнения в этом, но, что гораздо важнее, математические предложения становятся понятными. Каждый, кто обладает способностями и необходимыми познаниями, может сам открывать и доказывать такие теоремы.

Не стоит, впрочем, думать, что открытия рождаются всегда в самой процедуре доказательства. Гораздо чаще доказательство применяется для установления связи и взаимной зависимости утверждений, открытых в результате других творческих процессов, часто даже эмпирических наблюдений. Величайший мыслитель Нового времени Галилей недаром подчеркивает в одной из своих бесед, что Пифагор, прежде чем доказать свою знаменитую теорему, по-видимому, нашел заключенное в ней соотношение эмпирическим путем. Известно также, что Архимед, прежде чем привести строгие математические доказательства, например, своей знаменитой теоремы о квадратуре параболы, позволяющей выразить площадь фигуры, ограниченной кривой линией, через площадь более простого прямоугольника, сначала производил ряд чисто механических экспериментов. Он вырезал параболические фигуры и различные прямоугольники из папируса и взвешивал их, стараясь найти сначала весовое соответствие, а затем, найдя такое соответствие приблизительно, придал ему форму строго геометрического доказательства. Тем не менее открытие доказательства и формальных преобразований как основного механизма построения математики привело к ее удивительному расцвету в Древней Греции.

Между зарождением египетской, а затем вавилонской математики и Фалесом лежит почти тысячелетний период. За это время сделано немало: открыты важные арифметические правила, осуществлены некоторые геометрические построения.

И все же это несоизмеримо мало по сравнению с тем, что сделано за три столетия, отделяющие Фалеса от знаменитого александрийского математика III века до н. э. Евклида. Он, как известно, впервые в истории науки изложил стройную систему геометрического знания. В его «Началах» систематизированы почти все известные к тому времени основные теоремы геометрии и арифметики. Что, однако, особенно важно, эти знания не просто агрегат, не просто механическое соединение, не просто сумма различных, не связанных частей, так сказать, порций математической информации, а последовательное, логически обоснованное построение.

Вначале излагаются аксиомы,а затем из них по правилам доказательства выводятся все полученные к этому времени теоремы геометрии. Такое построение математики, получившее с тех пор название аксиоматического метода, стало образцом для развития европейской математики на протяжении двух последующих тысячелетий. Возникнув из практических потребностей пересчета домашнего скота, денег, товаров, из необходимости проектировать крупные постройки, вроде пирамид и осушительных каналов, рассчитывать земельные участки и т. д., геометрия и арифметика, благодаря открытию логических доказательств и формальных преобразований, получили мощный толчок и стали развиваться в силу, как теперь говорят, внутренней логики. Накопление точных, общезначимых, доказательных математических знаний, позволявших производить точные расчеты и вычисления, с успехом заменявшие трудноосуществимые эмпирические измерения, побудило греческих мыслителей применить математику к наблюдаемым явлениям. Уже Фалес, как гласит легенда, пытался воспользоваться теоремами о подобии треугольников для измерения расстояния от берега до корабля.

Находясь в точке А (см. рис. 1) побережья, он завизировал направление на мачту находящегося в море корабля, а затем на другую точку побережья В. Перейдя в точку В, он проделал такую же процедуру, направив на этот раз визир на мачту и точку А. Затем он построил небольшой треугольник с основанием ав и углами при вершинах а иве соответственно равными углами при вершинах А и В треугольника ABC. Измерив затем расстояние ав и расстояние АВ и применив теорему о подобии треугольников, Фалес без труда смог точно рассчитать расстояние до корабля, которое при тогдашних методах измерения трудно было бы установить иным методом.

Мысль о том, что применение математики может не только облегчить практически вычисления и расчеты, но и позволяет познать явления, которые иным способом вообще не могут быть познаны или могут быть познаны с трудом и менее точно, очень быстро овладело умами мыслителей. Архимед (287 — 212 гг. до н. э.) был одним из самых великих греческих механиков, широко применявших математику для решения механических и физических задач. Сочетая вычисления с наблюдениями, он, в частности, открыл знаменитый закон об уменьшении веса тел, погруженных в жидкость. Другое интересное применение, и, быть может, самое перспективное, в античную эпоху математика нашла в астрономии. В частности, александриец Эратосфен воспользовался геометрическими построениями, чтобы вычислить длину земного меридиана, поскольку он считал Землю шарообразной. Аристарх Самосский, живший в III веке до н. э., воспользовался геометрической моделью пространства для измерения диаметра Луны и расстояния до Солнца. Считая, что Земля вращается вокруг Солнца, а Луна вокруг Земли, он правильно представил себе пространственно-геометрическую модель расположения этих трех тел, при котором ровно половина лунного диска является освещенной. Аристарх правильно решил, что при таком освещении Луна должна находиться в вершине прямого угла в треугольнике, образованном Землей, Луной и Солнцем. Завизировав направление на Солнце и границы освещенной части Луны, а также воспользовавшись некоторыми исход-72 ными данными о размерах Луны, Земли и некоторыми другими сведениями, с большей или меньшей точностью установленными им самим и его предшественниками, Аристарх сделал важные вычисления, оставившие определенный след в античной астрономии. В этом отчетливо проявляется возможность использовать математические построения для вычислений, дополняющих и продолжающих практические астрономические измерения.

Таким образом, использование математики позволяло делать расчеты все более и более точными, а также заменять некоторые неосуществимые по разным причинам измерения вычислениями и, что особенно важно, придавало научным знаниям систематический, упорядоченный, научный характер.

Разумеется, применение математики в астрономии, механике и физике в античном мире было несравненно менее эффективным и распространенным, чем в наши дни. Однако следует специально подчеркнуть, что именно в эпоху античности впервые был сделан шаг к фундаментальному изменению роли математики в процессе познания. Этот шаг, по моему мнению, связан прежде всего с именем александрийского астронома Клавдия Птолемея, жившего во II веке н. э.

С тех пор как в XVI веке Коперником была провозглашена гелиоцентрическая система и особенно после того, как благодаря трудам Галилея, Кеплера и Ньютона ее справедливость была доказана, многие относились к Птолемею пренебрежительно, рассматривая созданную им геоцентрическую систему как нелепость, веками использовавшуюся богословами для подтверждения библейской картины мира. Однако сам Коперник с большим почтением и уважением относился к Птолемею, подчеркивая, что и Птолемей и он метили в одну цель, но степень точности прицела была различной.

Великая историческая заслуга Птолемея заключалась в том, что он впервые в истории астрономии да, пожалуй, и науки вообще попытался создать единую систему знаний, относящуюся к единой области — движению небесных светил. Птолемей стремился объединить в рамках единой системы механические основы движения светил, заимствованные у Аристотеля, эмпирические наблюдения, производившиеся его многочисленными предшественниками в Греции и в странах древней Азии, а также достижения современной ему математики. Что еще важнее, он попытался подойти к рассматриваемым явлениям с единой математической точки зрения и создать для каждого движущегося небесного светила — Солнца и известных ему планет — геометрическую модель движения. Правда, его система страдала рядом серьезных недостатков, справедливо подмеченных как арабскими астрономами, так и особенно Коперником, который отмечал слабость математических основ системы Птолемея. Тем не менее первая историческая попытка изложить астрономию на математической основе, позволяющей хотя бы приблизительно вычислять и предсказывать движение светил, произвела столь сильное впечатление на современников и последователей Птолемея, что, несмотря на множество недостатков и несоответствия более точным наблюдениям, система эта просуществовала без изменения почти тринадцать столетий.

Интересно отметить, что не только несоответствие ряда вычислений, произведенных на основе невероятно сложных геометрических построений Птолемея, с действительными наблюдениями, но в гораздо большей степени общая математическая шаткость основ системы Птолемея побудили Коперника, по его собственным словам, заняться пересмотром системы Птолемея в целом.

Величайшей заслугой Коперника было понимание того, что научное знание должно излагаться и развиваться в рамках единой математической системы. Коперник правильно считал, что основа, то есть исходные положения, отнюдь не обязательно должны покоиться на наблюдении. Достаточно, чтобы они были просты, не противоречивы и позволяли путем логического вывода или математических преобразований получить следствия, которые, по мнению Коперника, должны непременно согласовываться с наблюдением и экспериментом. В противном случае вся математическая система рассматривалась как несоответствующая данной совокупности естественно-научных знаний, не способная служить их развитию и изложению.

Этим подход Коперника существенно отличался от подхода Птолемея, стремившегося в первую очередь согласовать свои геометрические модели движения планет и Солнца с наблюдением, но мало заботившегося как о простоте и согласованности между собой различных моделей, так и о соответствии их точным расчетам, опирающимся на наблюдения. Переворот в научном мышлении, произведенный Коперником, оказал могучее влияние на развитие всего естествознания Нового времени.

Дальнейшие успехи в применении математики для целей научного познания связаны с именами прежде всего Галилея, Кеплера, Гюйгенса и Ньютона. Из этого, конечно, неверно было бы делать вывод, что только эти четыре великих мыслителя содействовали применению математики к решению научных проблем.

Период XVI и XVII веков дал миру многих выдающихся ученых, стремившихся применить математику для решения различных научных задач, но именно эти мыслители сделали существенные шаги, видоизменившие взаимоотношения математики и экспериментального естествознания. Со времен античных ученых и особенно Птолемея вплоть до Коперника математика играла роль вспомогательного средства. Ее использовали для упорядочения результатов наблюдения, для проведения вычислений в тех случаях, когда прямые наблюдения или измерения казались невозможными, наконец, для вычисления отдельных количественных характеристик тех или иных явлений. Но при этом математика как бы накладывалась на эмпирические знания, само же развитие математики происходило независимо от естествознания и никак не связывалось со стоящими перед ним задачами.

В период средних веков, в эпоху засилья церковной схоластики, успехи опытного эмпирического естествознания были практически ничтожны, и математика развивалась независимо от него, в силу своих внутренних потребностей и закономерностей. Галилей одним из первых стал использовать математические соображения при проведении и планировании экспериментов.

Хотя Галилей и не сформулировал соотношение математики и эксперимента в четкой форме, оно, по существу, хорошо усматривается в его работах. Их смысл заключается в глубоком понимании, что для того чтобы быть истинными, знания должны быть проверены точным экспериментом, не вызывающим возражений или сомнений. Это возможно лишь в том случае, если эксперимент основан на количественных измерениях. Измерения же могут быть сопоставлены с научными знаниями, использованы для их проверки, только если эмпирические знания выражены в математической форме. С этого момента само наблюдение и эксперимент должны были выражаться в точной количественной, то есть математизированной форме.

Математизация наблюдения и эксперимента была тем существенным отличием, которое позволяет провести водораздел между качественными наблюдениями, преобладавшими в прежней науке, и количественными наблюдениями, основанными на многократных, хорошо проверяемых, общедоступных и неопровержимых измерениях.

Что же такое измерение? Отложив шесть с половиной раз стандартную метровую линейку вдоль прилавка в магазине, мы говорим, что длина его равна 6 м 50 см. Положив на одну чашу весов арбуз, а на другую — уравновешивающую его гирю в 5 кг и еще три разновеска в 100, 50 и 25 г, мы утверждаем, что вес арбуза равен 5 кг 175 г.

Таким образом, измерение длины, веса да и всех других величин заключается в приписывании измеряемым величинам определенных числовых значений.Это приписывание делается не произвольно (иначе его познавательная ценность была бы равна нулю), а по некоторым правилам. Правила определяются теорией измерений и включают в себя: 1) выбор единиц измерения (например, сантиметр, метр, грамм, килограмм, секунда и т. д); 2) определение операций, допустимых при манипулировании со стандартами данной величины (последовательное прикладывание метровой линейки, последовательное добавление или удаление разновесков на чаше весов и т. д.); 3) оперирование с числовыми значениями, полученными при измере-нии(например, допускается или не допускается сложение, вычитание, умножение, деление и другие операции с числовыми результатами измерений).

Большинство шкал на известных вам по школьным лабораториям приборов представляют собой не что иное, как такие правила, выполненные в виде насечек на планке метровой линейки, термометра, пружинных весов и т. д. К числу шкал, по существу, относятся также деления на часовом циферблате, позволяющие по положению стрелки приписывать определенные числовые значения интервалам времени, в течение которого совершаются какие-либо события.

Таким образом, в результате измерения определенной величины можно приписать событию или группе событий, явлений и процессов те или иные числовые значения. С другой стороны, располагая соответствующими числовыми значениями, можно отобрать подходящие явления и процессы среди гигантского множества других изучаемых явлений и процессов.

Измерения, следовательно, позволяют заменить качественное описание явлений, в известной степени зависящее от органов восприятия данного субъекта (исследователя), количественными характеристиками, имеющими одинаковое объективное значение для различных исследователей, экспериментирующих или наблюдающих за явлениями в сходных условиях.

Однако обойтись одними измерениями никакая наука не может.

Во-первых, для того чтобы измерения были надежными, желательно проводить их много раз, что позволяет учесть влияние случайных и побочных обстоятельств. При этом часто возникают так называемые ошибки измерения, определить которые можно лишь с помощью вычислений, основанных н£ особых математических формулах.

Во-вторыл, измерения, как и наблюдения, могут повторяться и производиться лишь конечное число раз. При этом остается неясным, каковы значения величины между моментами двух «соседних измерений». Измерения не дают нам сведений о значениях изучаемой величины в любой интересующий нас момент времени, они не пригодны для того, чтобы делать предсказания о будущих значениях данной величины, о поведении того или иного явления в будущем или прошлом.

И, наконец, в-третьих, существуют такие явления и процессы, которые просто не поддаются прямому измерению. Как, например, измерить температуру на поверхности Солнца, равную примерно 6000° С, или в его центре, где она достигает, по мнению ученых, миллиона градусов. Никакой термометр не может быть приведен в соприкосновение с таким горячим телом, ибо даже самые жаростойкие сплавы и составы немедленно сгорают или испаряются при подобных температурах. Оказывается, что для этого приходится пользоваться косвенными измерениями, измеряя, скажем, яркость и светимость того или иного тела, чтобы, воспользовавшись после этого вычислениями, установить значение интересующей нас величины, в данном случае температуру различных частей Солнца.

Итак, измерения представляют собой продукт прямого внедрения математики в эксперимент и наблюдение. Смысл измерения, оказывается, состоит в том, чтобы превратить результаты лаблюдений и экспериментов в числа, которые могут быть включены в различные вычислительные процедуры и преобразования.

Но где и когда происходит такое включение и почему мы не можем ограничиться либо одними вычислениями, либо одними измерениями?

На некоторые из этих вопросов я отчасти ответил выше, другие я собираюсь обсудить сейчас.

Дело в том, что сами по себе чистые математические преобразования и манипуляции с числами не имеют прямого отношения к действительности, хотя многие математические операции и объекты (например, натуральные числа 0, 1, 2, 3. . .) возникли как результат абстрагирования от вещей и процессов, существующих и происходящих в реальном мире.

Когда мы говорим, что 3 -f- 3 = 8, это отнюдь не означает, что мы утверждаем, будто бы где-то в мире реально существует восемь каких-то предметов. Во всяком случае, наше математическое утверждение не имеет в виду ничего конкретного, оно просто устанавливает правило для оперирования с числами. Если же мы утверждаем, что число баранов в одном стаде три, а в другом пять, то на вопрос, сколько будет баранов, если мы объединим эти два стада без потерь и добавлений в одно, мы можем ответить, что их будет восемь. Для этого нет необходимости заново производить пересчет, достаточно лишь просуммировать числа, указывающие количество баранов в каждом стаде по вышеприведенному правилу.

Следовательно, чтобы математические расчеты давали нам знания об объективном мире, мы должны сначала произвести измерения, получить с их помощью числовые значения величин, а затем подставить их в те или иные формулы.

Чтобы эти формулы и совершаемые над ними преобразования вновь дали нам знания об объективном мире, необходимо, чтобы мы располагали не произвольными математическими формулами-теоремами и преобразованиями, а законами науки, выраженными в математической формуле. В этом случае у нас будет гарантия, что истинные законы науки дают нам знания об объективных конкретных предметах, и притом знания объективно-истинные во всех ситуациях, когда мы подставляем числовые значения, полученные в измерениях вместо, переменных, фигурирующих в формулировке физических, биологических, химических, астрономических и других фундаментальных законов.

Если далее мы имеем гипотезы, выраженные в виде математических уравнений и формул, и допускаем, что входящие в них величины могут иметь определенные значения, то после соответствующих преобразований мы можем получить числовые выражения, подсказывающие нам, что и как следует измерить в действительности, для того чтобы проверить правильность, объективность данных гипотез. В этом случае измерение как бы завершает исследование. Если результаты формальных преобразований и вычислений в границах разрешенных ошибок совпадают с результатами измерений, то именно эта процедура доказывает нам, что гипотеза имеет право называться законом науки. Здесь математика обнаруживает новые замечательные особенности, она выступает как особый язык, позволяющий нам формулировать, выражать и даже создавать знания о явлениях, свойствах и состояниях, которые далеко не всегда поддаются измерениям или вообще им не поддаются, хотя и имеют количественные характеристики.

В античной науке математику, так сказать, прилагали для оформления знаний, которые были получены часто без ее помощи. Она позволяла точнее и определеннее говорить о вещах и процессах, о которых можно было говорить и на обычном, повседневном языке, языке наблюдения, здравого смысла.

Напротив, в науке Нового времени математика все чаще обнаруживает свои новые возможности; она превращается в язык формул и формальных преобразований, дающий возможность выразить знания не только о ненаблюдаемых, но часто и о принципиально не наглядных явлениях.

Чтобы эта мысль была понятна, я хочу пояснить различие между наблюдаемостью и наглядностью.

В 30-е годы прошлого столетия французский философ Огюст Конт для иллюстрации своего утверждения о том, что мир не может быть нами познан, приводил в качестве примера обратную сторону Луны, которая, по его мнению, никогда не будет наблюдаемой, а следовательно, и познанной.

Облет Луны и фотографирование ее обратной стороны опровергли этот тезис Конта. Но для нас важнее другое, а именно: понять, что наглядность и наблюдаемость не одно и то же. Есть явления, которые не могут наблюдаться в данный момент, в данном месте и при данных обстоятельствах, хотя при иных обстоятельствах, в иное время и ином месте они наблюдаемы. Звезды нельзя наблюдать при ярком солнечном освещении, Солнце не поддается наблюдению в облачный день, нельзя невооруженным глазом увидеть полет артиллерийского снаряда и т. д. Однако при других условиях перечисленные явления наблюдать можно. Некоторые явления не поддаются наблюдению по техническим причинам, скажем, из-за отсутствия увеличивающего устройства определенной силы. Долгое время считали, что молекулы никогда не будут наблюдаемы. Создание мощных электронных микроскопов опровергло это предположение и сделало некоторые крупные молекулы доступными наблюдению.

Существуют тем не менее процессы и явления, которые вряд ли можно будет наблюдать в обозримом будущем, но которые вместе с тем можно вообразить благодаря нашему пространственному и временно'му воображению.

Мы никогда не сможем наблюдать, например, переход Цезаря через Рубикон, так как время необратимо. Движение планет вокруг Солнца, предсказанное Коперником и уточненное Кеплером, мы наблюдать никогда не сможем, так как для этого наблюдателю следовало бы поместиться в центре Солнца, что заведомо невозможно.

И все же эти явления могут быть нами представлены в наглядных, чувственных образах. Кинофильм, посвященный жизни Юлия Цезаря, научно-фантастические романы, наконец, наглядные схемы гелиоцентрической системы создают образы этих ненаблюдаемых явлений.

Наглядными, стало быть, называются такие явления и процессы, которые, не будучи наблюдаемыми в данный или какой-либо другой момент, в принципе при иных условиях и обстоятельствах могли бы быть объектами нашего чувственного восприятия. Те же из явлений и процессов, которые ни при каких условиях не могут быть непосредственно восприняты органами чувств человека, не могут вызвать в нем чувственных образов — не наглядны.

Как же быть с тем, что не наглядно, как познать не наглядные явления?

Здесь-то и обнаруживается в полной мере роль математики в современном научном познании.

Уже Ньютон, Гюйгенс и другие мыслители XVII, XVIII и XIX веков использовали математику для того, чтобы формулировать знания о не наглядных явлениях. Можно почувствовать силу тяжести по боли в плечах, вызванной тяжелым рюкзаком, можно увидеть волны, расходящиеся по воде от брошенного камня, но увидеть силу взаимного притяжения, особенно при взаимодействии небесных светил, или волновые колебания света невозможно. Однако эти явления могут быть описаны и поняты с помощью определенных законов, выраженных в виде уравнений волнового движения или уравнений, указывающих количественные характеристики взаимодействующих на расстоянии тел.

Математика, следовательно, позволяет современной науке говорить о том, что не наглядно. При этом она не просто формулирует на языке особых символов то, что понятно и выразимо в обыденном языке. Напротив, математика позволяет сказать и даже открыть то, что иным образом никогда, быть может, и не было бы сделано.

Наконец, еще одна замечательная особенность математики заключается в силе абстракций. Отвлекаясь от качественного разнообразия предметов, математика позволяет изучать сходные структуры самых различных объективных систем. Я уже рассказывал вам, как Максвелл воспользовался уравнениями гидродинамики для описания сходных свойств и отношений совершенно другого физического явления— электромагнетизма.jЧисло подобных примеров не трудно увеличить. Достаточно вспомнить, что некоторые уравнения механики, например для соударения чрезвычайно малых упругих шариков, могут при известных условиях использоваться для описания движения молекул газов.

В. И. Ленин еще в начале нашего столетия подчеркивал, что общность и единство дифференциальных уравнений, применяемых к качественно различным объектам природы, демонстрируют не только связь между науками, но и внутреннее единство окружающего нас мира.

Это обстоятельство особенно важно, когда мы сталкиваемся с изучением больших и сложных систем, подобных тем, о которых говорилось раньше.

С помощью электронно-вычислительных машин, позволяющих в необыкновенно сжатые сроки решать сложные уравнения и делать громоздкие вычисления, непосильные человеку, математика дает нам мощное средство изучения сложных систем. Она не только обслуживает потребности науки, но и подсказывает направление новых исследований. Именно поэтому Маркс и говорил, что наука только тогда достигает совершенства, когда она начинает пользоваться математикой.

Итак, можно сделать выводы:

1. Математика превращает науку в систематическое, доказательное, количественное и проверяемое знание.

2. Она позволяет придать нашим наблюдениям с помощью измерения количественный характер и точно проверить результаты теоретических вычислений.

3. Она позволяет сформулировать знания о принципиально не наглядных и не наблюдаемых явлениях.

4. Она позволяет точно описывать и изучать сложные системы.

Штурм неопределенности

Наш разговор о системном подходе, сложных системах, о многоструктурных объектах и месте математики в научном познании будет не полон, если мы не затронем еще одну важную проблему теории познания — вопрос о неопределенности. Но какое отношение ко всему этому имеет неопределенность? Что это за особая вещь? Почему вообще о ней нужно говорить, а тем более в трактате о научном познании?—спросите вы. Ну что ж, ваши вопросы законны. И я предлагаю вам вместе попытаться наити на них разумный ответ.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с неопределенностью на каждом шагу. Выглянув в окно и заметив, что вечернее небо затянуто тучами, вы можете сказать: «Вероятно, ночью будет гроза». Тот, кто услышит такой прогноз, вряд ли задумается над тем, почему вы употребили слово «вероятно», а не сказали просто: «Ночью будет гроза». А между тем короткое слово «вероятно» занимает одно из самых почетных мест и в математике и в теории познания. Я даже готов утверждать, что с понятием вероятности связаны самые острые, так сказать, «гвардейские» проблемы современной науки, изучающие самые разные процессы, происходящие в природе и человеческом обществе.

Когда вы говорите, что ночная гроза вероятна, то вами, по-видимому, руководит осторожность, опирающаяся на опыт. Нередкб бывает так, что внезапно налетает сильный ветер и разгоняет тучи. Если бы вы сказали: «Ночью будет гроза», ваше утверждение оказалось бы ложным в случае, если бы ветер разогнал тучи. Если же вы говорите: «Вероятно, ночью будет гроза», то вас никто не упрекнет в ошибочности прогноза, ибо вы не настаиваете на своем утверждении, а только предполагаете, не считаете его абсолютно истинным, а лишь более или менее правдоподобным.

Такая осторожность имеет серьезные основания. Погода в каждый определенный день в определенном месте Земли так же, как и климат в целом, зависит от множества различных факторов, от тысячи различных причин. На погоду влияют: состояние солнечной активности, положение Земли на околосолнечной орбите, наклон ее оси к плоскости вращения вокруг Солнца, направление и сила воздушных течений в соседних областях (наличие циклонов или антициклонов), относительная влажность воздуха, температура и многое другое. Короче говоря, чтобы точно предсказать погоду, мы должны знать все факторы, от которых она зависит, их взаимодействие, мы должны учитывать огромное количество самых разнообразных причин и уметь точно определять влияние каждой из них на конечные результаты. Для этого, как вы знаете, нам, с одной стороны, необходимо располагать точными математически сформулированными законами метеорологии (науки о погоде), с другой — результатами измерений всех величин, входящих в этот закон (атмосферное давление, температура воздуха и поверхности почвы, относительная влажность, характер воздушных течений на различных высотах и т. п.).

А между тем метеорологи еще не сформулировали закона, связывающего воедино все причины, влияющие на погоду, да и измерить такие величины с надлежащей точностью в различных уголках Земли, а затем с предельной быстротой собрать полученные данные и обработать их далеко не просто. Вот и оказывается, что многие факторы, влияющие на погоду, не определены, а порой и не могут быть определены достаточно точно.

Вы, наверно, уже заметили, что климат и погода как его характеристика являются системами, и притом весьма сложными, с десятками подсистем и тысячами элементов. Точно определить взаимосвязь и количественные характеристики всех этих подсистем и элементов невозможно даже с помощью радиосвязи, передающей сведения на любые расстояния с молниеносной быстротой, и при содействии ЭВМ, способных просчитать миллионы данных за несколько минут. Понятие «вероятность», следовательно, отражает некоторую неопределенность, с которой вольно или невольно нам приходится считаться.

Если быть до конца откровенным, то я должен сказать, что мы живем в мире неопределенности. Наши категорические утверждения: «Высота Останкинской телебашни равна 536 м» или «Вес этой гири равен 1 кг», «Радиус Земли составляет 6371 км» — на самом деле дают огрубленное, упрощенное знание об объективной действительности. Правда, и в повседневной жизни и в науке такие упрощения и огрубления часто бывают оправданными, а во многих случаях даже необходимыми. Возьмите хотя бы второй закон Кеплера. Он позволяет довольно точно вычислять положение планет в Солнечной системе в любой момент времени, и все-таки я употребил оговорку «довольно точно», не сказал «совершенно точно», так как в действительности законы небесной механики основаны на определенных огрубленных моделях, на абстракциях, учитывающих лишь взаимодействие небольшого числа факторов.

В действительности, как показали астрономические наблюдения и измерения, планеты не двигаются вокруг Солнца по геометрически правильным эллипсам, а колеблются, вибрируют вокруг некоторой «средней» линии, ибо на них оказывают воздействие множество причин, влияние которых не учитывается законами Кеплера.

Под влиянием наших практических потребностей мы, как правило, отражаем в законах науки лишь наиболее устойчивые, постоянные и простые связи между объективными явлениями и процессами. Но, по мере того как в сферу научных исследований втягиваются все более сложные системы, мы чаще сталкиваемся с «неопределенностными» ситуациями, то есть с таким положением дел, когда мы не можем отвлечься, абстрагироваться от влияния неизвестных, неизученных или не поддающихся учету причин.

А между тем людям приходится постоянно действовать в условиях большей или меньшей неопределенности. Полководец часто разрабатывает план военных действий, не зная в точности сил и намерений врага. Ученый планирует высадку человека на другую планету, не имея всех необходимых сведений о поверхности и атмосфере этой планеты. Директор завода, рабочий, водитель автобуса, диспетчер на железной дороге, пешеход, пересекающий улицу, министр торговли, хирург, производящий операцию, сотни и тысячи раз принимают самые различные решения, не зная до конца всех возможных последствий и всех условий, необходимых для осуществления этих решений и действий. Естественно поэтому, что люди стремятся уменьшить неопределенность, а для этого им прежде всего необходимо ее оценить, необходимо сравнить различные последствия, определить «вес» или влияние различных неопределенных факторов, оценить их предполагаемые следствия.

Вот этим-то целям и служит понятие «вероятность». В обычном, повседневном языке, в бытовой деятельности мы говорим, что одно событие более вероятно, чем другое, или что одно весьма вероятно тогда, как другое почти невероятно, и т. д. Однако в науке, где требуется высокая точность, ограничиться такими расплывчатыми оценками нельзя, поэтому ученые стремятся разработать особые математические приемы, особые правила, определения и вычисления количественных оценок вероятностей различных событий и процессов.

Именно этим целям и служит особый раздел математики— теория вероятностей.

Теория вероятностей возникла в XVII веке благодаря трудам Паскаля, Ферма', Бернулли и др. В XVII, XVIII и XIX веках ею занимались многие крупные математики. Большой вклад в ее развитие в конце XIX и в XX веке сделали академики А. А. Марков, А. Н. Колмогоров и др.

Теория вероятностей — сложная научная дисциплина. Она состоит как бы из двух этажей. Один из них — это исчисление вероятностей, то есть набор математических правил, позволяющих по определенным исходным условиям вычислять вероятность простых или сложных событий. Второй этаж представляет собой как бы философскую или теоретико-познавательную надстройку, так как здесь осуществляется выяснение содержания различных понятий о вероятности и неопределенности, о том, какие стороны объективного мира и человеческой деятельности отражены в понятии «вероятность».

Мы не будем здесь заниматься исчислением вероятности. Если вы заинтересуетесь им, то легко сможете изучить по многочисленным популярным или даже специальным учебникам и книгам. Зато побродить по второму этажу и хоть немного разобраться в том, что на нем находится, нам не только полезно, но и необходимо.

Долгое время многие естествоиспытатели и математики, стоявшие на позициях стихийного, естественнонаучного материализма, считали, что все явления в мире имеют свои строгие, точные и раз навсегда определенные причины. Это убеждение во многом покоилось на механистическом мировоззрении, прообразом и моделью которого служила классическая механика. В ней-то каждое изменение в движении материальных тел действительно строго определено теми или иными воздействиями, поддающимися точному учету. Не многим могла прийти в эпоху торжества классической механики мысль, что сама она с ее высокой точностью, простотой, наглядностью, геометрической безупречностью является лишь приблизительным, упрощенным отображением действительности. Поэтому-то все неопределенностные ситуации рассматривались лишь как результат недостаточной осведомленности людей.

Если бы люди обладали исчерпывающей информацией, полными сведениями о всех событиях и причинах, то они могли бы, по мнению ведущих естествоиспытателей и математиков XVII—XIX веков, предсказывать и объяснять любое явление абсолютно точно. Они не нуждались бы в вероятности как в мере неопределенности.

Эту точку зрения замечательно образно выразил знаменитый французский математик Пьер Лаплас:

«Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, и относительное положение всех ее составных частей, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов, — не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее так же, как и прошедшее, предстало бы перед его взором. Ум человеческий в совершенстве, которое он сумел придать астрономии, дает представление о слабом наброске того разума. Его открытия в механике и геометрии в соединении с открытием всемирного тяготения сделали его способным понимать под одними и теми же аналитическими выражениями прошедшие и будущие состояния мировой системы. Применяя тот же метод к некоторым другим объектам знания, нашему разуму удалось подвести наблюдаемые явления под общие законы и предвидеть явления, которые будут вызваны данными условиями. Все усилия духа в поисках истины постоянно стремятся приблизить его к разуму, о котором мы только что упоминали, но от которого он останется навсегда бесконечно далеким. Это стремление, свойственное роду человеческому, возвышает его над животными; и успехи его в этом направлении различают нации и века и составляют их истинную славу».

Лаплас, как видно, был убежден в том, что неопределенность, неточность, приблизительность, а следовательно, и вероятность наших знаний зависит от того, что люди не в состоянии собрать и проанализировать абсолютно все необходимые сведения. Однако у него не было никаких сомнений, что в самой природе каждое следствие обусловлено одной, точно определенной причиной и каждая причина вызывает строго определенное следствие. Если бы все их связи были известны, мы могли бы навсегда покончить с неопределенностью, а следовательно, и с вероятностью как количественной мерой неопределенности. Поскольку эта цель вследствие несовершенства человеческого разума с точки зрения Лапласа неосуществима, то и приходится прибегать к теории вероятностей.

Самым простым понятием о вероятности является так называемая классическая концепция вероятности.

Допустим, что в ящике, содержащем 100 биллиардных шариков, имеется 30 красных, 20 белых и 50 черных шариков. Если вы потрясли и достаточно хорошо перемешали шарики в ящике, а затем наугад, не глядя, вытаскиваете один из шариков, то каков шанс, что вы вытащите красный шарик?

Обозначив вероятность вытащить красный шарик через Р(к) и учитывая, что всего красных шариков 30 и каждое вытаскивание не зависит от другого, так как шарики возвращаются обратно в ящик, мы можем сказать, что Р(к)=30/100=0,3. Точно так же вероятность вытащить белый шарик равна 0,2. В этом смысле вероятность представляет собой отношение числа благоприятных случаев ко всем возможным случаям. Она вовсе не гарантирует, что первый же вытащенный шарик будет именно данного цвета, но подсказывает, что при большом числе попыток вытащить черней шарик с первого раза более вероятно, чем красный: Р(ч)=0,5, а красный более вероятно, чем белый: Р(к) = 0,3.

Не следует, однако, думать, что классические вероятности всегда вычисляются так же легко, как в нашем примере. Если бы, дело обстояло так, то незачем было бы создавать особое исчисление вероятностей. На практике мы, как правило, имеем дело со сложными событиями, с запутанными ситуациями, над которыми приходится долго ломать голову, прежде чем становится ясно, какие правила исчисления вероятности следует к ним применить.

Вот вам простейшая иллюстрация подобного рода: допустим, что в первый ящик письменного стола положили два красных карандаша, во второй — красный и синий, в третий — два синих. Затем вы, не глядя, вытаскиваете один карандаш и снова закрываете ящик. Глянув на этот карандаш, вы обнаруживаете, что он красный. Спрашивается, какова вероятность того, что снова, открыв тот же самый ящик, вы опять вытащите красный карандаш? [2]

Первый путь рассуждений таков: так как я вытащил красный карандаш, то я имею дело с первым или вторым ящиком. Третий ящик отпадает. Если это был первый ящик, то оставшийся карандаш — красный, если второй — то синий. Обе эти возможности не зависят друг от друга, полностью исключают друг друга и совершенно одинаковы с точки зрения условий и осуществлений. Поскольку таких возможностей всего две и они равноценны, то вероятность вытащить красный карандаш при следующей попытке равна 1/2.

Второй способ рассуждения таков: так как карандашей всего 6, то вероятность вытащить один из них равна 1/6. После первой попытки мы убеждаемся, что имеем дело с первым или вторым ящиком, но наверняка не с третьим. После того как один карандаш вытащен, в этих ящиках осталось три карандаша, из которых два красных. Так как одинаково возможно при второй попытке вытащить любой из них, то вероятность вытащить красный из общего числа в три карандаша равна 2/3.

Как видите, результаты при разных способах рассуждения оказываются разными. Тщательный анализ показывает, что более правилен второй анализ рассуждения. Тем не менее для нас важно не это, а то, что количественное значение вероятности тех или иных событий определяется не только ходом математических вычислений и правилами математики, но и способом логического анализа понятия вероятности, пониманием структуры неопределенностной ситуации.

Начиная с середины XIX века и на протяжении всего XX века все большее число ученых начало понимать, что вероятность тех или иных событий связана не только с нашей недостаточной осведомленностью, но и с природой самих объективных, материальных процессов. Изучая, например, законы движения газов, физики обнаружили, что молекулы газа характеризуются относительно небольшим набором свойств — скажем, скоростью, энергией и т. п. В то же время даже в относительно небольшом объеме, не превышающем несколько литров, находятся миллиарды молекул.

Если мы возьмем различные количественные значения скорости и энергии и захотим ответить на вопрос, как распределяются молекулы газа в данном объеме, по скоростям, в зависимости от их энергии, то мы сможем сформулировать так называемые статистические законы газовой динамики. Эти законы называются статистическими, потому что статистика изучает массовые случайные процессы. При этом мы хорошо знаем, что случайными следует считать не произвольные явления, которые не подчиняются никаким законам, а явления, подчиняющиеся огромному числу объективных и притом закономерных воздействий. За такими случайными явлениями как бы скрываются необходимые и закономерные связи и отношения.

Изучая случайные явления и процессы при помощи определенных математических методов, статистика как раз и стремится выявить такие закономерности. Разумеется, что статистические закономерности содержат в себе значительную «дозу» неопределенности. С их помощью нельзя, например, точно указать, какая именно молекула в такой-то момент времени в такой-то части объема газа будет двигаться с данной скоростью и в данном направлении. Зато они позволяют подсчитать с известной вероятностью общее количество молекул (или их процент от общего числа), обладающих определенными скоростями или энергиями, и т. д.

Статистические законы газовой кинематики и динамики были разработаны Максвеллом, о котором я уже говорил в связи с созданием классической электродинамики.

Нам здесь важно отметить, что в этих законах в том или ином виде также присутствует понятие вероятности, отражающее некоторую неопределенность.

Чтобы представить себе, что такое статистическая или эмпирическая вероятность, нам следует рассмотреть простой эксперимент с подбрасыванием монет.

Допустим, что мы проводим 10 серий испытаний по 100 подбрасываний в каждой серии, стремясь выяснить, что выпадает чаще: орел или решка. Пусть в первой серии монеты 49 раз упадут решкой кверху, а 51 — орлом. Во второй серии соответственно выпадает 47 раз орел, 53 — решка, в третьей — 52 орел, 48 решка, в четвертой и последующих орел выпадает 44, 41, 42, 45, 50, 52 и 54 раза, соответственно решка выпадает 56, 59, 58, 55, 50, 48, 46 раз. Расположив все эти данные в определенном порядке при помощи таблицы или графика, мы можем заметить, что частота появления каждого признака (орел и решка) в каждой серии испытаний различны, но, взятые вместе, они как бы колеблются около некоторого устойчивого значения или, иными словами, приближаются к нему с разных сторон, как к своему пределу. Это значение есть число 1/2. Его и можно условно принять за вероятность того, что в достаточно большой серии подбрасываний почти в половине случаев монеты выпадут орлом вверх, а в другой половине — решкой. Число 1/2 было установлено здесь на основе статистических подсчетов случаев в большой массе экспериментальных подбрасываний.

Разумеется, в действительности в научных экспериментах при измерении различных сложных процессов дело обстоит не так просто, но суть его та же самая. Измерение статистических вероятностей позволяет в дальнейшем оценить возможность наступления того или иного события, предсказать его с наибольшим или наименьшим правдоподобием.

Применение статистических методов и понятие статистической или эмпирической вероятности иногда приводит к настоящим открытиям. Именно так случилось в опытах основоположника современной генетики — науки о биологической наследственности Грегора Менделя. Мендель занимался гибридизацией двух сортов гороха, различавшихся лишь небольшим числом признаков. Выделив один из них — форму горошин (одни были гладкими, другие морщинистыми), Мендель заметил, что гибриды, полученные в результате взаимного опыления двух сортов гороха, состояли исключительно из гладких горошин. Однако следующее поколение, полученное из гладких семян, отличалось удивительной особенностью. Статистический подсчет показал, что из 7324 семян второго поколения 3474 оказались гладкими, а 1830 — морщинистыми. Хотя в любых двух произвольно взятых стручках горошины распределялись как попало, статистический расчет обнаружил довольно четко выраженную количественную закономерность: гладких горошин было почти в три раза больше, чем морщинистых.

Мендель, в отличие от большинства биологов XIX века, хорошо знавший математику, предположил, что законы наследственности подчиняются точным количественным соотношениям и опубликовал свои соображения в 1865 году. Его открытие было столь неожиданным, что в течение почти тридцати пяти лет не получило почти никакого отклика в научной литературе. Лишь в XX веке биологи смогли полностью оценить важность количественных методов в биологических исследованиях. Однако даже после открытия структуры ДНК из генетики не удалось устранить вероятностные статистические оценки. И сейчас мы можем лишь с высокой вероятностью предсказать, сколько мальчиков и девочек родится в следующем году в Москве, Хабаровске, Амстердаме или Токио, какие признаки унаследуют гибриды таких-то и таких-то растений или животных и т. д.

Как бы ни были точны наши предсказания, опирающиеся теперь не на догадки, а на объективную истину, касающуюся молекулярной структуры ДНК, на ясное знание механизмов размножения и развития животных и растений, мы вынуждены признать, что известная доля неопределенности заложена, по-види-мому, в самой природе, в самой организации передачи наследственных признаков.

Еще одно подтверждение объективного характера некоторых видов неопределенности мы легко обнаруживаем, рассматривая сложные системы типа большого города. Вы хорошо знаете, что безопасность уличного движения зависит не только от числа пешеходов, транспортных средств, светофоров и регулировщиков, но и от взаимного расположения улиц, перекрестков, подземных и наземных переходов —иными словами, безопасность зависит не только от элементов систем, но и от ее пространственной структуры.

Эти факторы хотя и поддаются учету, не являются единственными причинами, полностью определяющими безопасность движения. Необходимо учитывать еще, насколько хорошо известны правила уличного движения пешеходам и водителям, насколько они готовы соблюдать эти правила, и, наконец, психологическое состояние людей, освещение улиц, состояние светофоров, переходных полос и многое другое. Даже самые быстродействующие ЭВМ, получающие максимально полную информацию о состоянии транспортных магистралей, о движении транспорта и пешеходных потоков, не могут с полной определенностью оценить состояние транспортных систем одновременно во всех частях города. Они могут дать такую оценку лишь с известной вероятностью. Поэтому диспетчер (человек или автомат), регулируя движение в городе, принимает решение, опирающееся на более или менее вероятную информацию. Чем больше неопределенность в той или иной ситуации, тем менее вероятными, менее надежными являются наши знания. Наоборот, чем меньше неопределенность, тем выше значение вероятности.

Когда все причины и следствия, все временные и пространственные характеристики, все сведения об элементах и структурах систем совершенно определенны, безукоризненно точны, тогда вероятность переходит в достоверность — в исчерпывающе полную, абсолютную истину.

Нетрудно заметить, что истины такого рода достижимы лишь в самых простых случаях, когда чрезвычайно мало число элементов и структур системы, когда требования к точности измерений и вычислений невысоки, а сама познавательная задача относится скорее к абстрактной упрощенной модели, а не к самой действительности.

Вот почему один из создателей системного подхода биолог Людвиг Берталанфи как-то сказал, что все законы природы носят статистический, вероятностный характер.

Теперь мы могли бы указать основные виды неопределенности, с которыми приходится иметь дело ученым:

1. Неопределенность, связанная со статистическим характером объективных законов природы. Неопределенность этого рода неустранима и не зависит от степени нашей неосведомленности о тех или иных явлениях.

2. Неопределенность, зависящая от недостаточно полной информированности. Причиной ее могут быть, по крайней мере, три обстоятельства.

Во-первых, необходимая для устранения неопределенностей информация может быть безвозвратно утеряна или ее нельзя получить в силу объективных причин. Мы, например, никогда не сможем точно узнать о полном составе книг Александрийской библиотеки, целиком уничтоженной пожаром около двух тысяч лет назад. Люди (по крайней мере, мы с вами) вряд ли узнают о существовании в данный момент жизни в других галактиках, так как даже самые быстрые сигналы, посланные оттуда со скоростью света (300 000 км/сек) в момент, когда вы читаете эти строки, достигнут Земли лишь через много миллиардов лет.

Во-вторых, необходимая для устранения неопределенностей информация может отсутствовать или затеряться по техническим причинам. Примерами этого рода могут служить смерть гонца, везущего донесение главнокомандующему, обрыв проводов телефоннотелеграфной связи, недостаточная скорость или поломка ЭВМ. Во всех этих случаях недостаток или отсутствие информации вызваны не объективными законами природы или необратимостью времени, а техническими случайными помехами, которые в принципе можно было предотвратить, но которые фактически предотвращены не были.

В-третьих, плата за ту или иную информацию, устраняющую неопределенность, может быть очень высокой. «Плату» я понимаю здесь в широком смысле, как совокупность возможных затрат: денег, времени, людских сил, как использование сырья, научной аппаратуры и т. д.

Вы легко поймете, о чем идет речь, если представите себе ученых, пытающихся детально изучить поведение и маршруты перелетных птиц.

В принципе мы могли получить бы вполне достоверное знание, если бы не только закольцевали всех птиц в стае, но и снабдили их портативными радиопередатчиками, мобилизовав для слежения за полетом десятки радиолокационных станций, сотни планеров, управляемых пилотами-орнитологами, и т. д. Однако затраты на все эти предприятия были бы так велики, что вряд ли оправдались полученными результатами. Поэтому орнитолог, занимающийся изучением птиц, удовлетворяется гораздо более ограниченной информацией и восполняет существующие пробелы с помощью более или менее вероятных гипотез и предположений.

Мы можем теперь сказать, что позиция Лапласа, допускавшего, что при известных условиях неопределенность вообще могла быть исключена из научного познания, является сильным преувеличением. Впрочем, оно продиктовано верой в мощь человеческого познания, и в этом отношении сам Лаплас и другие ученые, занимавшиеся развитием теории вероятности и статистикой, сделали очень многое, чтобы разработать методы, позволяющие преодолеть или уменьшить неопределенность, с которой мы встречаемся в практической и познавательной деятельности. Так как ученым, государственным деятелям, инженерам, руководителям производства в нашу эпоху, эпоху быстрых перемен и сложных систем, часто приходится принимать ответственные решения в условиях неопределенности, им необходимо располагать все более совершенными методами для ее оценки и преодоления. Штурм неопределенности, который наука ведет на протяжении всей своей истории, усиливается и нарастает, и тому, кто обладает пытливым и критическим умом, стоит приложить свои усилия к этой важной сфере научного познания.

МИР НАУКИ

Еще раз о системах, структурах и гордиевом узле

Наш разговор о науке и научном по-знании подходит к концу. Прочитав еще несколько страниц, вы закроете книгу и задумаетесь над тем, что дало вам это чтение, что вы узнали нового.

Я думаю, самый честный ответ на эти вопросы заключается в том, что одни проблемы освещены в этой книге достаточно подробно, другие обсуждены лишь в самых общих чертах, третьи лишь слегка намечены и контуры предполагаемых решений отчеркнуты, так сказать, пунктирной линией. Это, впрочем, не удивительно. Мир, окружающий нас, сложен, изменчив, противоречив, но и наука, возникающая как продукт сложной познавательной деятельности, так же изменчива, так же не проста и многогранна. Мы вправе поэтому говорить об особом мире — мире науки.

Что же представляет собой этот мир?

В отличие от объективного материального мира, который существовал до возникновения жизни на Земле, до появления человека и существует в настоящее время вне и независимо от нашего сознания, мир наших знаний является продуктом человеческой деятельности. Та его часть, которую мы называем миром науки, возникает как продукт познавательной деятельности ученых.

В научно-фантастическом романе Клиффорда Саймака «Заповедник габлинов» рассказывается о том, как в результате длительного развития пришла в упадок разумная цивилизация на Хрустальной планете, находящейся в другой галактике. Жители этой планеты, исчерпавшие биологические возможности своего существования, были в первую очередь озабочены тем, чтобы сохранить и передать другим разумным существам прежде всего не памятники своей материальной культуры, а гигантский запас научных знаний, накопленный ими за 50 миллиардов лет развития.

Мы знаем, что наша собственная человеческая цивилизация тесно связана с развитием познания, а на современном этапе главным образом совершенствованием и развитием научного познания. Египетские пирамиды, собор Василия Блаженного, атомная электростанция и космические лаборатории созданы предметно-практической деятельностью людей. Мир человеческой культуры, то, что мы называем цивилизацией, включает в себя всю совокупность созданных людьми вещей — от костяной иглы неандертальца до автоматического лунохода, а также всю совокупность способов, навыков и правил по изготовлению и использованию этих вещей.

Мир науки также включает в себя всю совокупность созданных и накопленных научных знаний, а вместе с ними и совокупность приемов и методов «изготовления» и использования этих знаний. Этот мир науки и составляет объект изучения теории научного познания. Поскольку в мире науки отнюдь не все завершено и закончено, поскольку он продолжает бурно изменяться, развиваться и надстраиваться, постольку и изучающая его теория научного познания не всегда в состоянии с одинаковой полнотой ответить на все относящиеся к нему вопросы.

Все же теперь после того, как мы многое выяснили и поняли, нам стоит, пожалуй, попытаться привести в порядок сведения о научном познании, заполнить кое-какие пробелы и уяснить, в каких направлениях стоит вести дальнейший поиск.

Науку, как я уже говорил, можно рассматривать с двух точек зрения: как процесс изготовления научного знания — как познавательную деятельность и как результат этого процесса, как систему «изготовленных» существующих знаний. О первом подходе мы говорили достаточно много и теперь стоит подробнее остановиться на втором.

Как вы помните, наука или, точнее, уже существующие, созданные научные знания выражаются в языке. Так как научное знание прежде всего должно удовлетворять критериям истинности, то единицы или элементы научного знания облекаются в форму отдельных высказываний-предложений. Эти предложения не разрознены, а связаны определенным образом в зависимости от того, какую роль они играют в научном познании, какую информацию об окружающем мире они несут.

Таким образом, наука в самом общем виде представляет собой систему истинных знаний, выдержавших определенную проверку, отвечающих специальным требованиям и содержащих в себе знания о тех или иных разделах,областях или фрагментах реального мира.

Как видите, мы снова сталкиваемся с понятием системы. Но на этот раз не в применении к объективному реальному миру, а в применении к самой науке.

Мы можем теперь без особых трудностей заметить, что наука представляет собой сложную систему, состоящую из различных подсистем, надстраивающихся друг над другом, образующих как бы этажи огромного сооружения. При этом каждый этаж взаимодействует с другими смежными этажами, влияет на них и, в свою очередь, подвергается различным влияниям.

Такие системы называются иерархическими (от греческого hierarchia; hieros — священный и агсЬё — власть) системами. Между элементами каждой подсистемы или каждого этажа существует разнообразное отношение. Различными являются и отношения между этажами. Значит, эта система содержит в себе целый набор различных структур и является многоструктурной.

Давайте теперь обозначим важнейшие структурные комплексы, основные этажи и межэтажные блоки в нашей системе, называемой «наука».

Как и всякое здание, здание науки строится с фундамента, так сказать, снизу. Этот фундамент науки образуется наблюдениями и экспериментами и, следовательно, состоит из эмпирических знаний.

Но самым главным, наиболее существенным для науки является верхний этаж, который называется теорией.

С него-то мы и начнем наш анализ.

Теория образует важнейшую подсистему научного знания.

Что же такое теория?

Как она устроена?

Как вы помните, теория образуется в первую очередь из законов, выражающих наиболее фундаментальные знания о самых глубоких и необходимых связях между изучаемыми явлениями. Эти знания не просто располагаются рядом друг с другом, а объединены определенными логическими отношениями, отношениями выводимости. Исходные фундаментальные законы теории возникают на основе обобщений или догадок — гипотез. Все остальные теоретические знания в рамках данной теории выводятся из фундаментальных законов по законам логики и математики.

Строя теорию в таких дисциплинах, как биология, ученые до сих пор чаще всего принимают в расчет содержание исходных фундаментальных законов и гипотез. Они, стало быть, опираются на содержательную логику. Однако в таких математизированных дисциплинах, как физика, механика или астрономия, одни законы выводятся из других преимущественно по правилам математики и математической логики.

Сама математика, по крайней мере в ее первоначальном варианте, как вы помните, строилась под диктовку практических задач.

Но по мере усложнения развития математики ученые-математики часто формулировали совершенно абстрактные математические задачи. Предположим, говорили они, что имеют место такие-то и такие-то обстоятельства, такие-то и такие-то условия и ограничения. Как в таком случае можно решить данную задачу? При этом математики часто не задумывались о прямом и непосредственном применении своих результатов к действительности. Их целью было разработать строгие, точные и непротиворечивые правила, позволяющие чисто формальным путем решать все однотипные задачи данного вида. Когда намеченная ими цель оказывалась достигнутой, это означало, что им удалось построить ту или иную математическую дисциплину, тот или иной раздел математики, то есть создать формальное математическое исчисление.

Ученый — физик, механик или астроном — сталкивался с практической, физической, механической или астрономической задачей, и если оказывалось, что взаимодействие объектов, набор условий и ограничений в этих практических задачах был в достаточной степени схож с абстрактными объектами, условиями и ограничениями, о которых размышляли математики, то естествоиспытатели охотно брали из арсенала математики уже готовое, проверенное математическое оружие — наборы готовых правил и формул.

Таким образом, в физическую теорию попадали математические структуры.

Именно так случилось в Новейшее время с алгеброй групп, с неевклидовой геометрией и др. Математики и даже физики XIX века думали, например, что эти разделы математики — чистая игра воображения, которая никогда не найдет себе практического применения. Когда, однако, уже в нашем столетии стали развиваться специальная теория относительности и квантовая механика,оказалось, что для формулировки их законов эти математические дисциплины дают готовый, хорошо разработанный математический аппарат.

Таким образом, математические структуры, находящие применение при построении научной теории, используемые для ее формулирования, уточнения, развития и совершенствования, образуют математическую модель научной теории.

В математические уравнения, как вы знаете, входят символы, обозначающие различные абстрактные переменные, и символы тех или иных математических операций. Поэтому сами по себе такие уравнения ничего не говорят об объективном мире. Для того чтобы они превратились в конкретную научную теорию, соответствующие символы должны обрести тот или иной физический, механический или астрономический смысл, получить определенное эмпирическое значение. Процедура предания формальному математическому аппарату конкретного научного смысла называется интерпретацией данной математической модели теории. Для этого необходимо использовать набор основных понятий данной науки, входящих в ее фундаментальные законы.

Возьмем для примера самое простое арифметическое выражение: y = xz. Входящие в него переменные могут быть легко выражены друг через друга. Однако ни о какой физической реальности они еще не говорят. Достаточно между тем интерпретировать у как силу, х как массу, a Z как ускорение, и мы получим уже знакомую нам здесь запись второго закона ньютоновской динамики F = та. При другой интерпретации, приписывая у значение импульса (Р) и рассматривая Z как скорость V, мы получим уравнение P = mV. Оно указывает на связь импульса с массой и скоростью движущегося тела. Чтобы та или иная математическая структура, тот или иной набор уравнений можно было рассматривать как соответствующую научную теорию, необходимо, стало быть, интерпретировать определенным образом переменные данные математической структуры.

Набор основных понятий и правил интерпретации, с помощью которых данные понятия включаются в состав математических выражений, превращая их тем самым в выражения физики, механики, астрономии и т. п., называются теоретической моделью данной теории. Теперь вам становится более понятной и та классификация моделей, о которой мы уже говорили.

Сейчас очень важно, чтобы вы ясно поняли, что ни математическая модель, ни теоретическая модель еще не образуют взятые порознь научные теории. Однако выделение этих двух важных подсистем позволяет нам сделать некоторые важные выводы. Оказывается, что различные по своему содержанию теории могут иметь одинаковые в известных границах математические модели. Так, например, уравнение кинетической теории газов*и уравнение механической теории, рассматривающей соударение абсолютно упругих шариков исчезающе малых размеров, сходны по своей математической природе, то есть по формальным свойствам. Точно так же в известных границах сходны уравнения гидродинамики и классической электродинамики.

Из этого, между прочим, следует, что различные в содержательном смысле теории могут иметь одинаковую математическую структуру, что и в основе их лежйт одна и та же математическая модель.

По мере того как научные теории разного содержания обнаруживают качественные различия между своими объектами, начинают обнаруживаться отличия и в используемом ими математическом аппарате. И все же обнаружение большего или меньшего сходства математической модели теории позволяет не только установить взаимосвязь научных теорий переносить некоторые сведения из одной теории в другую, но и наталкивает на мысль о взаимосвязи и даже единстве отражаемых в этих теориях фрагментов действительности.

Здесь уместно заметить, что математическая модель теории сама по себе не отражает объективную действительность, но она выражает или фиксирует формальную структуру теории, что само по себе очень важно, ибо позволяет лучше понять данную теорию, усовершенствовать ее, упростить и организовать заключенные в ней знания.

Теперь я хочу коснуться еще одного важного вопроса — вопроса о правилах формальных преобразований, интерпретаций и некоторых других правилах, с которыми часто приходится сталкиваться, коль скоро речь заходит о науке.

Вы помните, что еще в первой главе этой книги я обещал вернуться к вопросу о связях знаний об объективном мире и правил. Выполняю свое обещание.

Говоря о правилах хорошего тона (рыбу не едят ножом) или о правилах перехода улиц с оживленным автомобильным движением, а также о правилах шахматной игры и т. п., мы обычно подчеркиваем мысль, что эти правила не отражают объективную действительность. Они устанавливаются людьми иногда более или менее произвольно и могут быть изменены по взаимному соглашению без каких-либо катастрофических последствий.

Когда речь идет о правилах, применяемых в науке, надо быть особенно внимательным. Прежде всего нам следует задать вопрос: о каких правилах мы говорим в связи с изучением научного познания, откуда эти правила берутся и зачем они нужны?

С некоторыми из таких правил, с правилами логических доказательств и выводов, математических преобразований или интерпретации, мы уже сталкивались, но ими, конечно, дело не исчерпывается.

Рассмотрим вначале один очень простой случай и воспользуемся для этого хорошо знакомым нам законом F = т а.

Оказывается, что этот закон можно рассматривать с различных точек зрения.

Во-первых, он отражает некоторые объективные взаимосвязи и отношения между физическими явлениями. Если в инерциальной системе отсчета наблюдатель замечает, что тело изменило направление или величину скорости, то, согласно закону, это вызывается особой причиной — или взаимодействием с другим телом, или физическим полем. Эту причину и называют силой. Закон в этом смысле отражает объективную действительность.

Во-вторых, этот закон можно рассматривать как определение понятия «сила». «Сила» — есть то, что вызывает изменение в скорости тел, имеющих постоянную массу в определенных системах отсчета. При этом, конечно, предполагается, что нам известен смысл и значение понятий «масса», «ускорение» и «инерциальная система».

В-третьих, закон может быть истолкован как правило для вычисления. Это правило утверждает, что величина F равна произведению численных значений т и а, а направление вектора F совпадает с направлением вектора а.

Наконец, в-четвертых, закон можно рассматривать как правило или инструкцию для выполнения физических измерений. Он как будто говорит: «Если вам не известны численные значения величин пг и а, то измерьте каждую из них специальными приборами, показатели приборов переведите на язык чисел, подставьте эти числа вместо букв в формулу закона, а затем произведите соответствующие вычисления».

Мы, таким образом, видим, что в третьем и четвертом случае закон выступает в виде рекомендации, инструкции, указывающие, какие действия необходимо предпринять для вычисления тех или иных величин или какие следует осуществить измерения. Правила подобного рода отнюдь не так произвольны, как некоторые правила хорошего тона, игры в шахматы или в карты. Справедливости ради стоит сказать, что и эти последние перестают быть произвольными, лишь только их принимают все члены того или иного коллектива. Само собой разумеется, что даже в этом случае они никак не связаны с отражением и познанием объективных свойств действительности. Правила познавательной деятельности в этом отношении принципиально отличаются от правил поведения или игр, поскольку они опираются на познание объективной действительности и, в частности, на законы науки. Эти правила просто невозможны без таких законов, так как сами возникают, как в приведенном выше примере, из определенного истолкования и понимания законов науки. Такое истолкование и понимание законов науки, превращающее их в правила вычисления определенных величин или наблюдения и измерения, можно назвать «инструктивизацией». В процессе инструктивизации соответствующие законы как бы превращаются в те или иные инструкции — правила, предписывающие определенные виды научно-познавательной деятельности.

Возникнув на основе тех или иных законов науки, такие правила, в свою очередь, содействуют более глубокому, систематическому и организованному познанию действительности.

Чтобы покончить с этой стороной дела и лучше пояснить мою мысль, я попрошу вас взглянуть на картинку. При первом взгляде на нее, вы вряд ли что-нибудь заметите, кроме густого и беспорядочного сплетения линий. Однако если у нас есть заслуживающее доверия утверждение: «На картинке в одном из ее углов нарисован охотник», то ваш поиск становится более целенаправленным и осмысленным. На картинке б контуры охотника обведены более жирной линией. Рассматривая его и обладая некоторой наблюдательностью, пытливостью и склонностью к рассуждению, вы даже можете сделать новое самостоятельное открытие. На основе наблюдения вы устанавливаете, что охотник целится, и, определив направление прицела, можете утверждать, что в том же направлении следует искать цель. Более того, вы вправе предположить, что искомая цель — животное. Следовательно, мы опять располагаем инструкцией для поиска.

И действительно, в углу, как показывают контуры на рисунке, находится заяц.

Правила, основанные на определенном истолковании и понимании законов науки, регулирующие наш научный поиск, вместе с правилами соответствующих разделов математики и логики, применяемыми при построении научной теории, а также правилами интерпретации в совокупности образуют метод данной науки. Метод, стало быть, есть особая подсистема в системе научного знания. По мере развития науки метод сам изменяется, развивается, уточняется.

Так как метод имеет самое прямое отношение к вычислениям, измерениям, наблюдениям и экспериментам, связывая воедино результаты этих видов познавательной деятельности, то он образует важнейшую часть современной науки. Поэтому, изучая строение науки, теория познания уделяет большое внимание анализу методов науки. Без преувеличения можно сказать, что метод образует живую душу, двигатель научного познания, и поэтому изучить метод в каком-то смысле то же самое, что науку в целом. Вот почему учение о методах научного познания, то есть методологию, часто отождествляют с теорией научного познания.

Теперь давайте займемся другой важной подсистемой — подсистемой эмпирических знаний. Вы, наверное, помните, что эмпирическими называются знания, опирающиеся на наблюдение, включая активное наблюдение, возникающее в ходе научных экспериментов. Чтобы наблюдениями можно было воспользоваться при построении научного знания, например, для выдвижения некоторых предварительных гипотез, для проверки истинности тех или иных научных законов, для уточнения того, имело ли в действительности место такое-то и такое-то событие или нет, необходимо выразить наблюдение в общедоступной корректной форме.

Обычно люди, желая подтвердить свои взгляды, догадки, ссылаются на наблюдения, говоря: «Я сам это видел или слышал». Если эти наблюдения представлены в письменной форме, их обычно называют описаниями.

Примером обычного литературного описания мог бы служить следующий отрывок из рассказа А. П. Чехова «Драма на охоте (Истинное происшествие)»:

«Возвращались мы прекрасной дорогой по полю, на котором желтели снопы недавно сжатой ржи, в виду угрюмых лесов. . . На горизонте белели графская церковь и дом. Вправо от них широко расстилалась зеркальная поверхность озера, влево темнела каменная могила».

Это довольно лаконичное и образное описание способно создать известное настроение, передать определенную гамму ощущений, но оно, разумеется, не является научным описанием. Если бы мы попросили нескольких художников-пейзажистов изобразить то, что содержится в данном описании, то наверняка получили бы несколько совершенно различных картин.

В науке такая неоднозначность и неопределенность совершенно нетерпима. Поэтому научные описания должны удовлетворять целому ряду точно определенных требований. Во-первых, ученый должен указать, при каких условиях* с помощью каких инструментов и приборов производилось данное наблюдение. Он должен, во-вторых, уметь определить, к чему относятся его наблюдения, о чем они говорят. Наблюдая, например, различные положения стрелки на шкале монометра и описывая свои наблюдения, физик-экспериментатор четко представляет себе, что его интересует не то, что он непосредственно видит, не колебания стрелки, а давление пара в котле, энергия движущихся молекул. Так как он не может непосредственно ощущать это давление, забравшись, например, внутрь котла с перегретым паром, не может непосредственно измерить скорости и определить направление движения молекул газа, то ему надо уметь истолковывать свои наблюдения в понятиях кинетической теории газов. Это означает, что, прежде чем сделать соответствующую запись, физик, так сказать, в уме должен перевести положение стрелки на шкале на язык чисел, характеризующих давление пара в котле. Только после этого делается соответствующая запись. Последовательность таких записей, выполненная в форме таблицы, графика или колонок чисел, составляет описание данного наблюдения или эксперимента.

Так как на результаты описания могут влиять самые различные причины, то экспериментатор, чтобы исключить различные помехи и случайности, часто повторяет один и тот же эксперимент по нескольку раз. Повторяемость или воспроизводимость является одной из наиболее важных характеристик научных наблюдений и экспериментов. Она позволяет на основе статистических методов, иногда с применением ЭВМ, уменьшить вероятность ошибок, снизить погрешность измерений и дать наиболее точные количественные результаты.

Мы видим, таким образом, что научные описания совсем не простая вещь. Они не сводятся к обычным наблюдениям. Чтобы описание было правильным и соответствовало требованиям научности, необходимо:

1) учесть все условия, в которых проводится эксперимент, и различные причины и обстоятельства, влияющие на экспериментальный объект, приборы наблюдателя;

2) выразить результаты наблюдении и числе, та есть воспользоваться процедурой измерения, а если нужно, то и вычисления, подвергнув первоначальные «сырые» данные статистической обработке;

3) истолковать полученные результаты правильно, то есть отнести их не к приборам, побочным условиям и факторам, не к состоянию наблюдателя, его профессиональным- навыкам, зоркости, внимательности или утомленности, а к изучаемым объектам (давление пара в котле и т. д.).

Мы, следовательно, приходим к выводу, что система описаний отнюдь не так проста, как может показаться, она имеет сложную структуру, в ней более или менее отчетливо прослеживаются различные отношения между объектами, средствами наблюдения, исследователями, методами обработки данных. К тому же описания имеют смысл не сами по себе, а лишь внутри данной науки и прежде всего в связи с той или иной теорией.

Наконец, нам необходимо выделить в качестве особой подсистемы, связывающей знания с материальным миром, совокупность материальных и воображаемых моделей. Я уже говорил о них во второй главе. И сейчас хочу обратить ваше внимание на то, что они играют в научном познании роль, весьма отличающуюся от той, которая выпадает на долю математических и теоретических моделей.

Модели первых двух типов непосредственно относятся к материальным объектам, отражают их, фиксируют в себе наиболее важные черты таких объектов.

Модели двух последних типов относятся к научной теории. Они либо выражают и передают сведения о ее формальной структуре, либо служат для превращения этой последней в содержательную, теоретическую систему.

Материальные и воображаемые модели, хотя и очень условно, можно назвать «сгустками знаний». По существу, чтобы построить уменьшенный макет электростанции или механическую модель ДНК, как это делал Уотсон, нужно очень много знать о соответствующих объектах. Модели подобного рода служат для дальнейшего уточнения, проверки и создания некоторых новых знаний в рамках уже имеющихся. Результаты, полученные при исследовании таких моделей, ценны не сами по себе. Они приобретают значение, когда их переносят с моделей — объек-тов-заместителей и применяют к действительным объектам.

В реальном научном познании все подсистемы науки: теория, метод, описание эмпирических знаний, модели различных видов и т. д.—так тесно связаны, так иногда переплетаются, что отделить их, провести такую грань между ними почти невозможно.

Здесь, если хотите, перед нами в новом обличии предстает гордиев узел.

Однако и сейчас наша цель — не разрубить его, а разобраться. Но теперь это сделать гораздо легче. Я думаю, что хорошим подспорьем послужит для нас один эпизод из истории современной физики.

Люди давно интересовались проблемой времени. Мы знаем, что время необратимо, что оно имеет как бы одно-единственное направление: из прошлого в будущее. Известно также, что оно объективно, так как не зависит от воли и сознания людей, существует вне их и измеряется с помощью циклически повторяющихся регулярных ритмических процессов. Такие процессы мы наблюдаем при колебании обычного маятника или колебания атома внутри молекулы, молекулы в кристаллической решетке и т. п., и все же этих сведений очень мало для того, чтобы ответить на вопрос «Что такое время?» с той же точностью и определенностью, с какой мы можем сейчас ответить на вопросы: «Что такое глина?», «Какова высота Останкинской телебашни?» или «Какова форма околосолнечной орбиты Земли?» Вот почему каждая новая крупица знания о времени вызывает пристальное внимание физиков. Решая некоторые уравнения, связанные со специальной теорией относительности, физики получили отрицательное значение для времени.

Что это могло означать?

Так как данное уравнение принадлежало к теории, хорошо зарекомендовавшей себя во многих других случаях, то просто отмахнуться от этого значения, счесть его математическим казусом было бы неразумно.

Поэтому было выдвинуто предположение, что физический смысл этой отрицательной величины дает понятие «обратное направление времени».

Эта интерпретация повлекла за собой необходимость ответить на другой вопрос: «Каковы физические свойства времени с обратным направлением, как протекают в нем те или иные физические процессы времени?»

На первом этапе пришлось воспользоваться воображением, придумать те или иные модели, дающие хотя бы неполный ответ на эти вопросы.

С помощью этих воображаемых модельных процессов физики уже яснее представили себе, в каких экспериментах и с какими объектами можно проверить гипотезу об обратном направлении времени. Затем они действительно сконструировали экспериментальную установку, в которой не наблюдавшийся ранее тип распада элементарных частиц должен был подтвердить данную гипотезу. Во время эксперимента были отсняты десятки тысяч кинокадров, на которых были запечатлены «треки», то есть линии движения различных микрообъектов. Затем они были тщательно измерены и подвергнуты математической обработке. И хотя данный эксперимент не дал удовлетворительного ответа на вопрос об обратном направлении времени, он отчетливо показывает, как завязаны в одном узле теория, математический аппарат, интерпретация, гипотеза, модель, эксперимент, измерение, вычисление, описание и т. д. Эксперимент этот показывает также, что не все проблемы решаются наукой просто и с первого подхода, что в мире науки, в мире научного познания достаточно места для всех, кто обладает пытливостью и мужеством задавать природе нелегкие вопросы.

Ученые, познание, общество

Науку создают ученые. Это такая же избитая фраза, как «мебель делают столяры, а дома строят каменщики». Чтобы всерьез разобраться, в чем особенности научного познания, следует ответить на вопрос: в какой мере оно зависит от деятельности, квалификации, организованности ученых и в какой мере поведение ученых, их отношение к окружающему миру, в свою очередь, зависит от научного познания.

Это совсем не простой вопрос, и не надейтесь найти здесь окончательный и бесспорный ответ. Сами ученые часто задумываются над этим вопросом, и для его решения кое-что уже сделано. Но если он заинтересует и вас, то вы найдете много возможностей применить здесь свою любознательность и силы.

Ученые — члены общества, и так как общество не стоит на месте, меняется его экономическая основа, общественный строй, политическая и правовая организация, то и положение ученых в обществе меняется. Разные общества по-разному относятся к науке, и ученые по-разному относятся к различным общественным учреждениям, формам государственной и общественной организации. Весь этот круг отношений входит в понятие «мир науки».

Разумеется, все эти сложные взаимосвязи и переплетения причин не охарактеризовать в нескольких словах. Все же кое-что я попытаюсь здесь если и не рассказать подробно, то хотя бы обозначить контурной линией.

Некоторое время назад тот самый профессор Уотсон, который вместе с Криком открыл почти четверть века назад структуру ДНК, выступал в одной из комиссий конгресса США. Он говорил о том, что наука в наши дни достигла таких вершин, так много знает и умеет, что в ближайшие десятилетия, скажем, к началу следующего века, генетики смогут по своему усмотрению выводить нужные виды животных и растений, по заранее созданному проекту. Прав он или не прав, покажет будущее. Однако возможность управлять изменением наследственности живых существ, включая человека, свидетельствует не только о мощи научного познания, но и о власти человека над миром, и власть эта может быть использована в разных обществах по-разному.

Почти одновременно с сообщением о выступлении Уотсона я прочитал статью, в которой говорилось, что другой известный американский генетик Шэпир, выделивший впервые в чистом виде отдельный ген, прекратил свои многообещающие исследования. Выделение гена означало, что мы вскоре действительно научимся управлять отдельными наследуемыми признаками живых организмов.

Казалось бы, после такого крупного открытия только и продолжать свои исследования дальше. Но Шэпир прекратил их, опасаясь, что в условиях острой политической и классовой борьбы агрессивные военные круги и капиталистические монополии США смогут использовать его достижения против человечества, например, для того, чтобы превратить большинство населения земного шара в тупых послушных рабов.

О чем говорит этот эпизод?

Прежде всего о том, как определенные общественные условия влияют на научное познание. В данном случае эти условия «работали» против познания, против достижения новых научных истин.

Вы спросите, прав ли был американский генетик, принимая свое решение? И этот вопрос не прост. Конечно, он поступил как подлинный гуманист, опасаясь, что его открытие используют во вред человечеству. Но возможно и другое решение. Открытие, выделение, а тем более синтез генов лабораторным, а затем и промышленным путем могли бы со временем привести к колоссальному увеличению продовольственных запасов, к излечению таких тяжелых недугов, как рак, шизофрения, некоторые врожденные заболевания и т. п. Вот и оказывается, что ученый всегда стоит перед дилеммой: стремиться к открытию истины или заботиться о перспективах и возможностях применения этой истины в обществе. И то и другое связано отнюдь не просто, и часто за расщеплением атома следует не только мирная атомная электростанция, но и атомная бомба.

Однако влияние общества на научное познание не ограничивается одной лишь возможностью использования научных открытий или финансированием научных учреждений. Входя в лабораторию и надевая белоснежный халат, ученый может стряхнуть пыль, смыть грязь с рук, уничтожить оставшиеся микроорганизмы ультрафиолетовым излучением — короче, очиститься почти от всего, что существует за пределами лаборатории. Но он не в состоянии полностью освободить свое сознание от элементов здравого смысла, от привычек и предрассудков, связанных с воспитанием, с его общественной средой. И это понятно. Ученый не только химик, физик или математик, но и человек, живущий нормальной, повседневной жизнью. Разумеется, что ученый неплохо понимает эту взаимосвязь и сознательно стремится освободить свои научные представления от тех наслоений здравого смысла, которые с ними несовместимы.

Вы помните, конечно, что геоцентрическая система Птолемея была основана на представлениях, присущих здравому смыслу и опиравшихся на уверенность, что видимое движение небесных светил сходно с истинным их движением. Системе Коперника так трудно было проникнуть в мир обычных представлений, потому что она натолкнулась не только на сопротивление консервативных ученых, но еще больше на сопротивление здравого смысла и предрассудков. Однако и борьба с предрассудками иногда оборачивалась совершенно неожиданной стороной. Еще в глубокой древности и особенно в средние века наряду с астрономией развивалась астрология — учение зависимости судьбы и характера каждого отдельного человека от небесных светил. Сравнивая дни и часы рождения человека с расположением звезд и планет в тот или иной день, астрологи составляли гороскопы — предсказания всей судьбы человека.

Когда победила научная астрономия, большинство ученых полностью отбросили мысль о влиянии небесных светил на живые существа и особенно на жизнь и поведение человека как ненаучную.

Вместе с тем по мере развития науки обнаруживались удивительные факты. Было, например, замечено, что периоды повышенной солнечной активности совпадают с распространением некоторых эпидемических и сосудистых заболеваний; было отмечено, что перелетные птицы во время ночных полетов ориентируются по звездам и, следовательно, сообразуют с их расположением свое поведение. Было замечено также (помните, что я рассказывал выше об Аррениусе?), что жизненные циклы растений зависят от целого ряда явлений, включая свет, идущий от далеких звезд (Солнце ведь тоже звезда), и т. д. Эти и многие другие факторы позволили по-новому понять связь живой природы с космическими явлениями.

Разумеется, новые научные факты не ведут к возрождению астрологии, но они показывают, что слишком поспешное отбрасывание здравого смысла и полное отрицание некоторых предрассудков без попытки выявить хотя бы небольшие элементы разумного, которые в них содержатся, часто оказываются неоправданными.

С тех пор, как начала возникать современная наука, то есть примерно с эпохи Коперника, ученые начали составлять особую группу или слой в обществе.

Этот слой часто называют сообществом ученых.

В XVI, XVII и даже XVIII веках общее число ученых в Европе было очень невелико. В лучшем случае на протяжении каждого десятилетия в разных странах Европы и Америки одновременно работало несколько сот ученых. Обсуждая те или иные научные достижения, ученые прибегали к переписке, к помощи журналов, впервые появившихся в XVII веке. Нередко они устраивали дискуссии и обсуждения, а для их проведения создавали специальные научные организации. Так возникли различные академии наук, к которым добавились и другие специальные учреждения.

У научных сообществ начали появляться свои правила обсуждения, свои критерии для оценки научной значимости тех или иных идей или открытий. Одной из самых замечательных черт этих сообществ является свободное беспристрастное и критическое обсуждение всех затрагиваемых вопросов. Наука по сути своей является демократической республикой, и жители этой республики — ученые. Но беспристрастность и объективность научных сообществ очень часто встречали препятствия и противодействие со стороны тех или иных классов, политических, религиозных и коммерческих организаций. Вы помните, наверное, по курсу школьной истории, как церковь преследовала Джордано Бруно, Галилея и Сервета. Еще в 30-е годы нашего века в некоторых районах США запрещали преподавание дарвинизма, ссылаясь на то, что учение о происхождении человека от обезьяны не совместимо с религией и нравственностью.

Во время фашистской диктатуры в Германии политические главари третьего рейха отрицательно относились к теории относительности Эйнштейна, утверждая, что учение об относительности, будучи примененным к обществу, подрывает государственные устои.

Я не буду увеличивать число подобных примеров, они нужны здесь лишь для того, чтобы показать, как часто интересы научного познания сталкиваются в классовом антагонистическом обществе с факторами, тормозящими развитие науки.

Подлинно демократическим обществом является общество социалистическое. Только при подлинном социализме интересы развития науки и общества полностью совпадают. В нашей стране ученые насчитываются не сотнями и даже не тысячами, а миллионами. Конечно, не каждый научный работник — ученый, ибо в научных лабораториях, институтах и академиях работают инженеры, вычислители, технические сотрудники и лаборанты. В эпоху научно-технической революции, когда стоимость каждого научного эксперимента в сравнении с экспериментами эпохи Галилея и Ньютона возрастает в сотни и даже тысячи раз, общество должно быть уверено, что научные знания не только позволяют нам получить новые, более глубокие представления об объективном мире, но и будут содействовать развитию производства и культуры.

Для того чтобы наука была эффективным инструментом познания, необходимо выполнить много условий. Нужно, чтобы ученые вовремя получали электронные микроскопы, ускорители элементарных частиц, колбы, пипетки, экспериментальных кроликов и редкоземельные элементы, требующиеся для проведения эксперимента. Задержка немедленно приводит к отставанию в науке, поэтому ученых следует снабдить помещениями для работ и научных дискуссий, новейшими книгами и журналами, рассказывающими об открытиях их коллег, типографиями и издательствами, необходимыми для публикаций их собственных открытий. Ко всему этому следует добавить современную организацию научных учреждений, продуманное планирование и управление исследованиями, в которых часто одновременно участвуют сотни людей. Вспомните хотя бы современные космические исследования. Ни о чем подобном не могли даже помыслить не только Галилей и Ньютон, но даже Фарадей и Максвелл, работавшие в одиночку, либо с небольшим числом помощников. Вот почему в наиболее развитых научных державах, и прежде всего в СССР, государство и общество принимают на себя все большую долю ответственности за развитие науки. Но даже если все эти условия выполнены, полной гарантии успеха не может быть, пока не осуществлено еще одно чрезвычайно важное требование. Как бы ни был хорош автомобиль, каким бы гладким ни было шоссе, сколь совершенными не оказались бы светофоры и подземные переходы, безопасность уличного движения в значительной мере зависит еще от профессионального мастерства водителей и от того, насколько точно пешеходы соблюдают правила уличного движения. Эти два последних пункта не так уж важны в крохотной деревушке, где изредка неторопливо проезжает телега, запряженная полусонной клячей, но в гигантском городе они приобретают первостепенное значение.

Точно так же знание основ, принципов и правил научного познания приобретает решающее значение в современной науке. Разумеется, и три столетия назад, в те легендарные времена, когда якобы упало яблоко Ньютона, теория познания и методология науки играли значительную роль, но все это не идет в сравнение с тем, что происходит сегодня. Ученый может задумываться о судьбе своего открытия, может и должен отстаивать принципы нравственности, бороться за мир и делать многое другое, но все это могут делать и другие люди. Главная же цель его деятельности, главная задача, основной вид деятельности, который только и делает его ученым, заключается в том, чтобы делать открытия, формулировать новые законы и теории, непрерывно обогащать человеческую культуру новыми, объективными истинами, увеличивающими, углубляющими наши знания о мире. Эти цели и задачи нельзя достигнуть кустарными методами. Студент или молодой научный работник, вызубрившие формулы, затвердившие правила обращения с экспериментальным оборудованием и даже научившиеся решать типовые задачи, вряд ли превратятся в большого ученого. Для этого необходимо уметь формулировать новые познавательные задачи, выдвигать неожиданные гипотезы, создавать не существовавшие ранее методы и придумывать модели, приподнимающие завесы над неизвестностью. Чтобы делать все это, надо много знать.

Прежде всего необходимо знать основы наук и принципы научного познания, нужно уметь видеть модельные аналогии между очень различными вещами, обнаружить единство там, где обыватель видит только разнообразие, угадывать новое задолго до того, как его заметят другие.

Ньютон любил повторять: «Я гипотез не выдвигаю». Однако он никогда не открыл бы закона всемирного тяготения, если бы не выдвинул смелую и оригинальную гипотезу.

Максвелл встретил бы массу затруднений при создании электродинамики, если бы в определенных границах не воспользовался моделями и уравнениями гидродинамики.

Иван Петрович Павлов вряд ли проник бы так глубоко в психологию и физиологию человека, если бы не воспользовался животными как живыми моделями, если бы последовательно не пользовался изолирующими абстракциями и системным подходом.

Вот почему и тем, кто намерен посвятить себя науке, и тем, кто собирается лишь познакомиться и понять ее, так важно овладеть азбукой научного познания, философией и методологией научного мышления.

Даже в повседневной жизни в более или менее сложных обстоятельствах люди могут придерживаться разных взглядов относительно того или иного события, того или иного явления. В науке такое положение встречается на каждом шагу. При этом речь идет не о мнениях, вкусах или предрассудках ученых, а о научных теориях и гипотезах. Часто случается, что одно и то же явление может быть объяснено несколькими различными способами.

Одно время в физической оптике преобладал взгляд Ньютона, согласно которому свет представляет собой поток микроскопически малых частиц — корпускул, вызывающих определенные ощущения в зрительной системе человека.

Одновременно с этим была разработана теория Христиана Гюйгенса, утверждавшего волновую природу света.

После экспериментов Френеля и Юнга, подтвердивших правоту Гюйгенса, корпускулярная теория Ньютона была вытеснена из оптики, и многие считали, что она навсегда опровергнута и не представляет научного интереса.

Однако в XX веке, особенно в связи с развитием квантовой физики, было показано, и притом экспериментально, что свет обнаруживает в одних ситуациях волновую, в других корпускулярную природу.

Такие же неожиданные свойства были открыты и у элементарных частиц. Оказалось, что каждая из прежних теорий заключала в себе известную долю истины.

Новый подход к природе света как бы объединил, синтезировал оба прежних, но, разумеется, на более глубокой квантовой основе.

Я рассказал об этом эпизоде из истории науки, чтобы пояснить свою мысль о том, что научные идеи, теории и гипотезы как бы соперничают друг с другом, борются и состязаются. При этом одни оказываются победителями, другие побежденными, и довольно часто случается так, что в ходе подобной борьбы конкурирующие гипотезы и теории как бы порождают новые взгляды, внутри которых удерживается, сохраняется и развивается все то ценное, что было у прежних «соперников». Чем больше новых, неожиданных и остроумных гипотез выдвигает ученый, тем больше шансов совершить значительное открытие. Эти гипотезы подвергаются тщательной проверке, и та из них, которая выдержит испытание экспериментом и наблюдением лучше остальных, получает титул закона науки и входит в состав научной теории.

Этим дело не кончается.

Чем глубже теория, чем большую долю объективной истины заключает она в себе, тем чаще порождает она новые гипотезы, ведущие к новым экспериментам и новым открытиям. Так осуществляется цепная реакция идей в науке.

В наше время та общественная система выйдет победителем, тому общественному строю принадлежит будущее, который создает наилучшие условия для «произрастания» и развития научных идей, гипотез и открытий, ибо они являются одной из главных движущих производительных сил человечества.

Одним из самых важных факторов роста и развития науки и научных знаний является разработанная и хорошо «отлаженная» теория научного познания. Именно поэтому она образует общую философскую основу научной исследовательской деятельности. Характер самой теории познания зависит от философии, частью или разделом которой она является. Философия изучает наиболее общие законы изменения и развития мира, возникновением и происхождением сознания, его отношением к действительности, тем, насколько первое полно и верно отражает второе.

Разговор о философии в целом — особый разговор. Его нужно продолжить в другой, специальной книге. А сейчас я хочу лишь отметить, что теория научного познания образует как бы мост, как бы связь между философией и наукой, и тому, кто ее изучает, следует об этом постоянно помнить. Общество, заинтересованное в эффективной и всесторонне развитой науке, помогающей решать самые сложные задачи современности, заинтересовано поэтому и в развитии теории познания, и в развитии включающей и обосновывающей ее философии.

ВПЕРЕД И ВЫШЕ Эпилог

Чуть подрагивают хромированные стрелки на подсвеченных шкалах приборов. Едва слышно гудят отлично налаженные надежные компьютеры, обрабатывая потоки информации, несущейся из Вселенной. Автопилоты аккуратно и неутомимо прокладывают трассу фотонного космоплана, несущегося в темно-фиолетовой бездне незнакомой галактики мимо неизвестных планет, голубых, еще не названных солнц. Спокойно работают члены команды, разведчики Земли в бесконечно огромной Вселенной. Они знают: космический корабль не подведет, они вооружены такой техникой и такими знаниями, которые позволяют им спокойно и уверенно гордиться своей земной цивилизацией, друзьями и товарищами, оставшимися там, вдалеке. Они непременно выполнят задание. Они сообщат землянам новые тайны природы и, быть может, вступят в первый контакт с другими, внеземными цивилизациями и живыми существами.

Нет, это не отрывок из фантастического романа. Если хотите, это прогноз, предчувствие, предвидение и искреннее желание. Этого еще нет, но очень вероятно, очень правдоподобно, что это будет и, быть может, скорее, чем полагают некоторые скептики.

Неандерталец, ловивший рыбу у темной заводи десятки тысяч лет назад, не думал о космосе, не думал о внеземных цивилизациях. Даже люди, жившие в эпоху Коперника и Галилея, сочли бы нарисованную здесь картинку нелепым вымыслом. Мы тоже знаем, что это только прогноз, но мы допускаем, что этот прогноз станет реальностью. Это и многое другое — плоды человеческой деятельности и прежде всего познавательной деятельности, деятельности научной, деятельности, которой посвящают себя математики и физики, химики и биологи, лингвисты, историки и экономисты. Всех их коротко называют людьми науки, но успех приходит к ним, лишь если они в совершенстве владеют своей специальностью, новейшими достижениями науки и основами теории научного познания и умеют применять их на практике.

Я написал эту книгу в надежде, что она поможет вам сделать важный шаг в нужном направлении, по пути научного познания мира. Этот путь не легок, но я уверен, что вы с честью на него вступите и, невзирая на трудности, пойдете вперед и выше.

Примечания

1

В философии понятием «здравый смысл» обозначают совокупность взглядов и навыков, выработанных человеком в его повседневной практической деятельности.

(обратно)

2

При этом предполагается: а) что карандаши на ощупь не отличимы друг от друга и б) вы вытаскиваете первый нащупанный карандаш, не пытаясь нащупать второй.

(обратно)

Оглавление

НЕ ВЕРЬТЕ ЛЕГЕНДЕ О ЯБЛОКЕ Пролог

  Ужин неандертальца

  Первые трудности

  Яблоко Ньютона

ЗНАНИЕ И НАБЛЮДЕНИЕ

  Знание как решение задачи

  Наблюдение и эксперимент

  Гордиев узел

В ПОИСКАХ НАУЧНОЙ ИСТИНЫ

  Что есть истина?

  Чувственные образы и абстракции

  Модели, гипотезы, истины

СИСТЕМЫ, СТРУКТУРА, МАТЕМАТИКА

  Мир систем

  Пойми систему

  Математика в научном познании

  Штурм неопределенности

МИР НАУКИ

  Еще раз о системах, структурах и гордиевом узле

  Ученые, познание, общество

ВПЕРЕД И ВЫШЕ Эпилог Fueled by Johannes Gensfleisch zur Laden zum Gutenberg