Ринат Нугаев - Максвелловская научная революция

• Название: Максвелловская научная революция
• Автор: Ринат Нугаев
• Жанр: Физика
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-4475-3077-8

Описанная автором в предыдущих публикациях методологическая модель смены теорий применяется к максвелловской научной революции. Показано, что генезис максвелловской электродинамики может рассматриваться как закономерный результат согласования «старых» исследовательских программ, относившихся к домаксвелловской физике: электродинамики Ампера-Вебера, волновой теории света Юнга-Френеля и программы Фарадея. «Нейтральным языком», сконструированным Максвеллом для объективного сравнения выводов теорий из встретившихся программ и установления связей между ними, послужила механика сплошных сред с ее набором разнообразных аналоговых моделей – от трубок с несжимаемой жидкостью до молекулярных вихрей. Итогом взаимодействия встретившихся программ, ставшим возможным после создания этого «языка», явилось создание иерархии гибридных объектов – от т.н. «тока смещения» до обычных гибридных теоретических схем. Последовавшее, вслед за конструированием тока смещения, взаимопроникновение домаксвелловских исследовательских программ положило начало последовательному объединению теоретических схем оптики, электричества и магнетизма. Программа Максвелла превзошла программу Ампера-Вебера потому, что ассимилировала ряд положений ее твердого ядра, сочетав их с рядом идей Фарадея и оптики Юнга и Френеля. Утверждается, что ключевым звеном рассматриваемой таким образом максвелловской стратегии синтеза теорий оптики, электричества и магнетизма послужили идеи кантовской эпистемологии. Это позволило Максвеллу создать свою оригинальную методологию объединения, разработать и запустить собственную метапрограмму синтеза континентальной и британской исследовательских традиций рассмотрения электромагнитных явлений. Характер кантианской философии позволил выдвинуть в качестве объединяющего начала идею, носившую, в отличие от программы Ампера-Вебера, не «деревянный» онтологический, а гибкий, кантианский, антинатурфилософский, подчеркнуто эпистемологический характер. Для Максвелла последним «первокирпичиком» физической реальности был не эфир, из которого надо было тщательно конструировать как поля, так и заряды, и не непосредственное «действие на расстоянии». И это действие, и «несжимаемая жидкость», и «вихри в эфире» для него были лишь модельными представлениями, в лучшем случае способными лишь «навести» (inductio) на правильные математические соотношения. Генезис максвелловской электродинамики был гармонично встроен ее создателем в общий процесс деонтологизации, начавшийся в Новое время с отказа от аристотелевской онтологии. Творческое использование максвелловской методологии позволило Герману Гельмгольцу и его ученику – Генриху Герцу – прийти к такой версии теории Максвелла, которая послужила эвристическим ориентиром для открытия радиоволн.

---

Переход к дифференциальным уравнениям в частных производных, составлявший содержание этой статьи, отнюдь не состоял в переходе к физическому близкодействию. Уравнение Пуассона для потенциала тяготения, например, известное и Максвеллу, и его современникам, никто и не собирался интерпретировать в духе полевой концепции. Как полагал сам Максвелл, тяготение не должно было истолковываться в рамках физической теории поля. Поэтому «исходными пунктами электродинамических исследований Максвелла вряд ли были априорная убежденность в необходимости близкодействия и стремление свести электромагнитные явления к чисто механическим. Насколько можно судить по работам Максвелла и последовательному развитию идей в этих работах, первоначальным стимулом к пересмотру господствовавших представлений была неудовлетворенность чисто эмпирическим характером закона взаимодействия движущихся зарядов, отсутствием органической связи между покоящимся и движущимся электричеством» (Шапиро, 1972, С. 331).

Далее, специфические черты фарадеевского понятия поля состоят в том, что сила – это субстанция, причем субстанция единственная, и что все силы способны ко взаимопревращениям посредством различных движений силовых линий. Но Максвелл, пытаясь найти математическое выражение непрерывных преобразований электрических и магнитных сил, рассматривал последние как стрессы и натяжения в механическом эфире (подробнее см.: Nersessian, 1985).

Цель данной работы – более полно раскрыть интертеоретический контекст максвелловской революции. Это означает, что я намереваюсь предложить такую рациональную реконструкцию генезиса и становления максвелловской электродинамики, которая принимает во внимание обстоятельства (A) – (E) и обеспечивает тем самым, выражаясь языком Имре Лакатоса, «теоретически – прогрессивный сдвиг решаемых проблем» по отношению к другим «внутренним» объяснениям. Это позволяет заключить, что максвелловская революция является гораздо более сложным явлением, чем это может показаться с точки зрения ряда известных концепций научных революций (см., например: Kuhn 1977; Lakatos 1978).

Взятое само по себе, это суждение тривиально: любое социальное явление, как отмечал, например, Пол Фейерабенд, всегда сложнее теоретических представлений о нем. Но мне представляется, что один из основных недостатков упомянутых концепций – отсутствие описания процесса взаимодействия «парадигм», «научно-исследовательских программ», «исследовательских традиций» и т.д. (Нугаев, 1989; 2010; 2012). Без учета этого обстоятельства рациональная реконструкция научной революции, теоретически воспроизводящая ее эпистемологическую необходимость, на мой взгляд, невозможна. Объяснить (задним числом) в истории можно все, что угодно. Но одно дело – показать, что данное событие могло произойти, а совсем другое дело – показать, что оно должно было произойти. И одна из задач данной работы – показать, что это замечание особенно справедливо по отношению к истории максвелловской революции.

Судя по всему, жесткие демаркационные линии, непреодолимые барьеры, «гештальт-сдвиги» между теоретическими онтологиями, относящимися к разным «парадигмам», существуют только в головах философов науки. В реальной практике научных исследований эти границы постоянно нарушались и нарушаются, и, как я попытаюсь показать, эти нарушения часто были плодотворными для дальнейших исследований.

Я попытаюсь продемонстрировать, что исследовательская программа Максвелла в конечном счете превзошла свою главную соперницу – программу Ампера-Вебера – потому, что она была «синтетической» (в смысле, более детально раскрытом, например, в работе Нугаева, 1989). Она представляла, по выражению одного из максвелловских философских наставников – кантианца Уильяма Уэвелла – «следующую ступень постепенного восхождения наших спекулятивных воззрений на все более и более высокую ступень обобщения» (Whewell 1847, vol. 2, p.74). В противоположность максвелловской, программа Ампера-Вебера была редукционистской (в смысле, более детально раскрытом в работе Нугаева, 1989). Она стремилась свести все теоретические онтологии к одной и той же онтологии «действия на расстоянии».

В частности, программа Максвелла не только успешно ассимилировала ряд положений твердого ядра программы Ампера-Вебера, соединив их с рядом «полевых» идей Фарадея и положений оптики Юнга и Френеля, но и была открыта для синтеза с другими исследовательскими традициями. Я полагаю, что данное обстоятельство имеет немаловажное значение для авторской версии методологии научно-исследовательских программ (см. подробнее: Нугаев, 2010), позволяя не столько подтвердить последнюю, сколько уточнить особенности построения теорий в рамках т.н. «синтетических глобальных программ».

Согласно устоявшимся в философии науки представлениям, основное достоинство обычной научной теории – ее способность «предвосхищать» (anticipate) новые научные факты, которые еще не наблюдались, обеспечивая «эмпирически-прогрессивный сдвиг решаемых проблем». Но перед синтетической теорией стоит гораздо более сложная и амбициозная задача: объединить не факты, а теории. Поэтому ее достоинство – в предвосхищении не столько фактов, сколько теорий, в приспособлении к новым теоретическим подходам, в способности эти подходы ассимилировать, «включить в себя», пусть даже в существенно преобразованном виде. При этом эти ассимилированные подходы продолжают «жить» в рамках нового теоретического языка, не утратив способности предсказывать свои собственные экспериментальные «факты».

Например, как отмечал в известном предисловии к изданному в Лондоне первому сборнику своих работ по «электрическим волнам» Генрих Герц, «с самого начала теория Максвелла превосходила все другие в элегантности и в изобилии отношений между различными явлениями, которые она включала. Вероятность этой теории, и, следовательно, число ее сторонников, увеличивалось из года в год» (Hertz 1893, p.19).

Это «изобилие отношений», с нашей точки зрения, и было обусловлено тем, что фактически Максвелл синтезировал не только отдельные результаты, не только математические формулы и экспериментальные данные, но и «твердые ядра», и даже «эвристики» встретившихся исследовательских программ. Но смог он это сделать потому, что выдвинул в качестве объединяющего начала идею, носившую, в отличие от программы Ампера-Вебера, не «деревянный» онтологический, а гибкий (flexible), кантианский, антинатурфилософский, подчеркнуто эпистемологический характер. Для Максвелла последним «первокирпичиком» физической реальности был отнюдь не эфир, из которого надо было тщательно конструировать как поля, так и заряды, не «поле» и тем более не непосредственное «действие на расстоянии». И это действие, и «несжимаемая жидкость», и «вихри в эфире», и «поля» для него были лишь модельными представлениями, в лучшем случае способными лишь «навести» (inductio) на правильные математические соотношения.

С репрезентационной точки зрения (т.н. «теория отражения») электромагнитных феноменов все эти гидродинамические модели были лишь жалкими и заранее обреченными на неудачу попытками описать неописуемое – «вещи в себе», «природу» электрических и магнитных явлений. Напротив, целью своей программы Максвелл поставил нахождение эмпирически-содержательных математических отношений между базисными объектами электродинамики, т.е. создание самосогласованной системы уравнений электромагнитного поля.

Неслучайно в своих лекциях, посвященных максвелловской электродинамике, даже такой известный реалист (и борец с освальдовским энергетизмом) как Людвиг Больцман одобрил точку зрения Герца, согласно которой электричество – «это мыслительный конструкт, служащий для изображения интегралов определенных уравнений» (цит. по: Buchwald, 1994, p. 258). Именно поэтому как только Максвелл получил свои уравнения из весьма и весьма сомнительных модельных представлений и как только он убедился в самосогласованности своей системы, он тут же стал пытаться переполучить свои уравнения из более абстрактного и надежного лагранжева формализма.

Поэтому его глобальная программа и могла свободно парить в пространстве опыта – расширяться, присоединяя к себе и перерабатывая в своем духе куски весьма разнородного материала, относившегося к другим исследовательским программам – Френеля, Ампера-Вебера («эффект Фарадея») и Фарадея («опыты Герца»). Мета-программа Максвелла, эпистемологическая «программа над программами» задавала не столько конкретные результаты, сколько способ теоретического развертывания электродинамики, в котором методология имела теперь ключевое значение. Максвелл вел себя в данном случае в соответствии с рецептами своего наставника, ректора кембриджского Тринити Колледжа Уильяма Уэвелла: «физики-первооткрыватели отличались от фантазеров (barren speculators) не тем, что в их головах не было никакой метафизики, но тем, что у них была, в отличие от их оппонентов, хорошая метафизика, а также тем, что они связывали свою физику со своей метафизикой вместо того, чтобы держать их вдали друг от друга» (Whewell 1847, vol. 1, p. X).