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.

---

Но наверное именно поэтому, сосредоточившись на раскрытии историко-научного контекста, он не уделил достаточное внимание контексту эпистемологическому, связанному с разработкой общего механизма взаимодействия исследовательских традиций как на логико-методологическом, так и на и социально-психологическом уровнях.

В результате недооценки значения кантианской эпистемологии в творчестве Максвелла, Дарриголь также недооценивает влияние на максвелловскую электродинамику идей не только Г. Гельмгольца, но и Ампера и Кирхгофа, а также Неймана и Вебера. Он утверждает, что «максвелловская теория была чисто полевой теорией, игнорирующей современную дихотомию между электричеством и полем» (Darrigol, 2001, p.173).

Но максвелловская электродинамика, как это будет показано далее, не была чисто полевой теорией. Другое дело, что для интерпретации результатов своих экспериментов по «электрическим волнам» Генрих Герц мастерски отделил от «зарядовой» ее «полевую» часть, которая относится к описанию процесса распространения электромагнитных волн вдали от источника, и старательно исследовал последнюю в серии тщательно продуманных и виртуозно исполненных экспериментов.

Руководствуясь кантианской эпистемологией, – причем не только в развертывании теоретического аппарата, но и в планировании и проведении опытов, – Герц искусно оставил за скобками вопрос о природе осциллятора электромагнитных волн как некоей «вещи в себе». Он отделил эту «вещь» на своих знаменитых диаграммах кружочком от подробно выписанной картины распространения электромагнитных волн (Buchwald, 1998). Но и этого оказалось недостаточно. Для того, чтобы оставить за скобками гельмгольцевскую интерпретацию полученных результатов (SmirnovRueda, 2001) и сосредоточиться только на максвелловской, Герц вынужден был прибегнуть к весьма амбивалентному критерию «простоты», которому он впоследствии и пытался придать более четкие очертания в своих «Принципах механики».

В общем случае, я полагаю, что основной недостаток работ Д. Сигела, М. Моррисон и О. Дарриголя – недооценка значения собственной методологии Максвелла, разработанной им для своего амбициозного проекта синтеза механики, электродинамики и оптики. Но чем бы Максвелл не занимался – метафизикой, эпистемологией, математикой, физикой, химией – везде он пытался найти свой путь, как правило независимый от подходов других исследователей (как это, впрочем, отмечали многие близко знавшие его люди, такие, например, как профессор Питер Тэт).

Как сам Максвелл неоднократно отмечал, – например, в инаугурационной речи перед вступлением в должность профессора маришальского колледжа, – «хорошо, если каждый человек живет своим умом, и не принуждается к принятию способов мышления других людей под внешне благопристойным предлогом изучения науки» (цит. по: Mahon, 2003, p. 70).

Известно, что в круг особо чтимых Максвеллом мыслителей входили Аристотель, Кант, Дугалд Стюарт, Адам Смит, Уильям Гамильтон, Джон Вильсон и Уильям Уэвелл. Как отмечал в одном из писем и сам автор «Трактата об электричестве и магнетизме», «метафизика постоянно нравится мне больше, чем вычисления, и моя собственная метафизика настолько быстро приобретает черты твердости и высокого стиля, что уже в десять раз превосходит Уэвелла, так же как последний превосходит Милля, и так же как Милль, в свою очередь, превосходит Конта или Маколея» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 411).

Необходимо принять во внимание то, когда это письмо было написано – в июле 1856 г., – в процессе обдумывания идей основополагающей электродинамической статьи «О фарадеевых силовых линиях». Это отношение к метафизике не было связано только со свойственным юности романтизмом, поскольку Максвелл сохранил его на всю жизнь. Так, уже в конце творческого пути, в рецензии на книгу своего друга он отмечал, что «мы рады обнаружить, тем не менее, что несмотря на презрение, с которым проф. Тэт относится к априорной физике тех философов, которые не имеют никакого отношения к эксперименту, он признает, что существует истинная наука метафизики, которая обсуждает фундаментальные идеи всех наук и познания не за счет того, что она отбрасывает все опытные факты, но за счет привлечения всех научных данных» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 309).

Как тут не вспомнить ироничный отзыв Кирхгоффа: «Максвелл, конечно гений, но все его вычисления надо перепроверять».

Любопытно сравнить максвелловское отношение к философии с отношением другого, особенно близко подошедшего к созданию новой электродинамики физика – Германа Гельмгольца (мировоззрение которого также было весьма близко к кантианству). Последний писал, например, в 1869 г. одному из своих знакомых: «я нахожу, что слишком обильные занятия философией меня несколько деморализуют, в результате чего мои мысли становятся вялыми и расплывчатыми» (цит. по: Darrigol 2001, p. 220).

Представляется, что все эти аргументы заставляют внимательнее отнестись к замечаниям такого современника Максвелла и знатока его творчества как Людвиг Больцман. И в лекциях по максвелловской теории, и особенно в примечаниях к статьям Максвелла по электродинамике, переведенным Больцманом на немецкий язык, последний справедливо указывал, что многие произведения Максвелла, но особенно его ранние статьи по электродинамике «не были достаточно поняты». Возможно, это объясняется тем, что эти работы, «написанные по хорошо обдуманному заранее плану» показывают, что их автор «был столь же крупным творцом в теории познания, как и в области теоретической физики» (Больцман, 1952, С. 90).

С этой точки зрения, больцмановское замечание справедливо даже по отношению к такому знатоку максвелловского творчества, как Генрих Герц. Для последнего характерно, например, следующее замечание: «Но ни в коем случае непосредственное доказательство этих уравнений [Максвелла] не может быть выведено из опыта. Представляется особенно логичным, поэтому, рассматривать их независимо от способа, которым они сначала были получены, рассматривать их как гипотетические предположения, и сделать их вероятность зависящей от очень большого законов природы, которые они охватывают. Если мы примем эту точку зрения, мы можем расстаться с числом вспомогательных идей, которые делают понимание максвелловской теории более трудным, частично потому, что они бессмысленны» (Hertz [1889], 1893, p. 138).

В своих работах (1891—1893) Больцман соглашался с Герцем в том, что максвелловские понятия заряда и тока «непоправимо туманны». Но по отношению к электродинамике Ампера-Вебера он был более суров: «Несомненно полезно сохранить теорию Вебера как образец предупреждения на все времена о том, что мы всегда должны сохранять определенную интеллектуальную гибкость» (цит. по: Buchwald, 1994, p. 261).

Больцман постоянно подчеркивал необходимость плюрализма подходов, как математических, «феноменологических», так и физических, «картинных». С последовательно проводимой в данной работе точки зрения, гибкая «плюралистическая» методология Максвелла, выросшая из стремления найти разумный баланс, эпистемологический компромисс между крайностями кантианского априоризма и шотландского « реализма здравого смысла» (common sense realism), явилась не только вполне самостоятельной, но и необходимой компонентой его творчества. Без нее максвелловский синтез оптики и теории электромагнетизма никогда бы не состоялся.

С нашей точки зрения, эпистемологическая позиция Максвелла достаточно ясно обозначена не столько в его собственно физико-математических работах, сколько в двух основных работах общего характера – в упоминавшемся выше эссе «Существуют ли реальные аналогии в Природе?» и особенно в очерке «Гельмгольц», в котором он специально рассматривает методологические проблемы синтеза двух различных зрелых (mature) теорий Т1 и Т2. Этот очерк и коммуникации с Гельмгольцем занимали важное место в творчестве Максвелла. Неслучайно сам Гельмгольц сыграл весьма значимую роль в дальнейшей разработке и самой методологии исследования электромагнитных явлений, и в развитии теории Максвелла. Именно его ученик Герц внес решающий вклад и в развитие максвелловской теории, и в ее экспериментальное подтверждение.

Эпистемология Максвелла, контуры которой «просвечивают» через его философские работы, может быть вкратце охарактеризована следующим образом. Научное познание есть совокупность различных теоретических и экспериментальных традиций, разнообразных исследовательских «практик», каждая из которых эволюционирует относительно независимо от других. Несмотря на то, что подобный плюрализм является необходимой (и предварительной!) составляющей процесса познания, подлинный прогресс в его развитии может быть достигнут лишь тогда, когда различным традициям удается прийти во взаимодействие, состоящее прежде всего в том, что эти традиции не только вызывают значительные изменения друг в друге, но иногда даже способны объединиться, породив более общую традицию, содержащую взаимодействовавшие в качестве своих значительно преобразованных компонент.