Вольдемар Смилга - Очевидное? Нет, еще неизведанное…

• Название: Очевидное? Нет, еще неизведанное…
• Автор: Вольдемар Смилга
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Физика
• Год: 1966

Эффектное название, возможно, и интригует, но, уж конечно, ничего не объясняет. А в этой книге довольно серьезно рассказывается о том, чего достигла физика со времен Галилея до Эйнштейна, о явлениях древних, как мир, и, по-видимому, всем знакомых, а в конечном счете — о специальной теории относительности.

---

Итак, выдвигая гипотезу, мы должны допускать, что новые факты могут полностью ее опровергнуть.

Формулируя принцип, мы уверены, что хотя в дальнейшем он, возможно, окажется верен лишь приближенно и область его применения значительно ýже, чем мы полагали, тем не менее в какой-то форме в науке он останется.

Однако, если вдуматься, разница между принципом и гипотезой представится несколько условной — ведь гипотеза также должна быть согласована с опытными данными и опираться прежде всего на опыт. С другой стороны, никто не гарантирован от неправильного вывода при анализе опыта — от формулировки неправильного принципа, который будет опровергнут новыми фактами.

Впрочем, наша задача не давать идеальные определения (занятие вообще весьма неблагодарное), а разобраться, в чем существо метода Ньютона — метода, которому он сам дал название «метода принципов».

Попробуем подойти к вопросу с иной стороны. Обратимся к словам Ньютона, взятым в качестве эпиграфа: «Вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, — было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих начал и не были открыты».

Мне кажется, что в последних словах этой фразы скрыта суть метода принципов, основное его отличие от метода гипотез. Ньютон в своих исследованиях совершенно сознательно отказывается объяснить, почему явления происходят именно так, а не иначе, какова их природа, какие свойства материи приводят к тем общим закономерностям, которые можно извлечь из наблюдений. Он удовлетворяется тем, что формулирует общие законы.

Великолепная иллюстрация — закон тяготения. Что говорит теория Ньютона о природе тяготения? Какие теоретические соображения подтверждают, что сила взаимодействия двух тел пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними? Абсолютно никаких. Ньютон не знает и, более того, не желает знать, почему закон тяготения имеет именно такой вид. Ньютону достаточно на основе наблюдений сформулировать сам закон.

Но есть и другой путь научного исследования. Установив, например, закон тяготения, можно выдвигать различные предположения о природе гравитации, предлагать теоретические схемы, из которых вытекал бы этот закон. Можно пойти еще дальше и, даже не зная самого закона, строить различные гипотезы о природе тяготения.

Физика гипотез, метод гипотез состоит как раз в том, что ученый стремится проникнуть в природу явления глубже, чем позволяют накопленные опытные факты; причем ему, естественно, приходится делать смелые и часто ошибочные предположения.

Невольно закрадывается мысль, что метод гипотез привлекательнее, изящнее, чем метод принципов, и что большая наука должна идти именно таким путем. Впрочем, это риторический вопрос. Оба метода равно используются в научной работе. Вообще говоря, и сам Ньютон, как мы увидим в дальнейшем, часто прибегал к методу гипотез. Но его нелюбовь к ним вполне объяснима и имеет совершенно реальную основу.

До Ньютона в ясной форме метод принципов, или, как часто говорят, индуктивный метод, не существовал[5]. В научном мире бушевали гипотезы. Крупнейшие ученые века, посредственности от науки, полуграмотные невежды — все создавали системы; при этом каждый стремился объяснить ни много ни мало, как все известные явления природы. Физика гипотез осталась в наследство от греков, страстных любителей абстрактных рассуждений и домыслов. И лишь работа предшествующего Ньютону поколения отчасти подготовила почву для новых методов работы.

Нужна была удивительная смелость и трезвость мысли, чтобы выскользнуть из плена очень привлекательной внешне физики гипотез и в основу творчества положить метод принципов, сухой, трезвый и сдерживающий полет фантазии.

Но, может быть, прав С. И. Вавилов, считавший, что именно в выборе метода скрыт секрет вечного значения наследия Ньютона.

Зная стиль строителя, рассмотрим само здание.

Глава III,

самая длинная во всей книге и, вероятно, самая трудная; в ней обсуждается теория измерений в физике

Смотри в корень!

Козьма Прутков

Ньютон. Механика (анализ основных понятий: длина, время)

Законы механики для человека нашего времени так же привычны и обыденны, как, например, электрическое освещение. Со школьной скамьи мы выносим непоколебимую уверенность в их идеальной строгости и безукоризненной понятости. И каждый школьник считает, что уж законы-то Ньютона ему известны и абсолютно ясны. Так ли это?

Совершенно антипедагогичное замечание, которое молодым читателям не стоит принимать всерьез.

Первая попытка более пристального рассмотрения убеждает, что эти радужные представления — результат милой детской непосредственности и невинности. Это, может быть, и не очень странно. В конце концов много ли можно требовать от школьника?

Удивительным может показаться другое. До конца XIX столетия крупнейшие ученые, имена которых заслуженно блистают в золотой книге науки, не замечали, что среди основных положений ньютоновой механики есть, мягко говоря, довольно неясные утверждения.

Это весьма поразительное обстоятельство оказывается вполне понятным, если вспомнить, что за двести с лишним лет, которые разделяют «Начала» Ньютона и теорию относительности Эйнштейна, механика так великолепно оправдывалась на практике, выросла в такое стройное грандиозное здание, что для физиков даже отдаленный намек на некоторую шаткость фундамента — законов Ньютона — выглядел как вздорная, вредная и опасная ересь.

И в результате научный анализ подменила наивная и слепая вера — «вначале была механика, и Ньютон — творец ее». Можно повторить в оправдание, что в отличие от веры в дьявола вера в Ньютона каждый день подкреплялась реальными доказательствами. Но как бы то ни было, многие забыли, что основные положения механики сформулированы Ньютоном довольно нечетко. Математики не потерпели бы неясности в основах своей науки, а физики, грубо говоря, махнули на это рукой.

Не стоит в связи с этим заключать, что физики «глупее» математиков. Просто по складу своего мышления математик прежде всего стремится к безупречной логической строгости, а физик обычно полностью удовлетворяется, если его теория хорошо описывает реальные явления, и, как правило, мало заботится о строгом определении «самоочевидных» вещей. Для физика XIX столетия, например, понятия длины и времени казались совершенно ясными. Для Ньютона тоже. Но Эйнштейн показал, что как раз в этих «простых», «очевидных» вещах совершенно отсутствовала ясность.

После сказанного, естественно, возникают по меньшей мере два вопроса.

Во-первых, каким образом вообще могли работать с законами Ньютона, если они, как мы утверждали, сформулированы довольно нечетко?

Во-вторых, трудно все же поверить, что Ньютон — величайший Ньютон! — был так «наивен», как утверждалось выше. Не искажаем ли мы истину?

Ответы на эти вопросы легко получить, если вспомнить о методе Ньютона. Он прежде всего стремился установить принципы, уловить, анализируя опытные данные, общий закон. Принципы нужны ему, чтобы в дальнейшем с их помощью исследовать явления природы. Как физик, он весьма недолюбливал рассуждения общего характера. Прежде всего его интересовали практические применения законов. Может быть, поэтому Ньютон сравнительно легко относился к проблеме логически безупречного определения основных понятий. Очевидно, это его просто не очень занимало.

Главное — сформулировать законы настолько ясно, чтобы с ними можно было работать. Пусть принципы движения введены не идеально строго. Ньютона не очень заботит, что, например, понятие «масса тела» осталось, по существу, не определено, что ни слова не сказано о понятии «длина». Все равно каждому — не только физику, но любому смертному — ясно, что это такое.

Он небрежно формулирует понятие «сила», как будто не замечая, что просто несколько другими словами перефразирует свой первый закон: «Приложенная сила есть действующее на тело стремление изменить его состояние, состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».

У него просто нет времени заниматься деталями. Ему нужно создавать механику, решать конкретные проблемы.

Здесь автор высказал свое собственное мнение, и потому к этому отрывку следует отнестись с сугубой осторожностью.

Невольно складывается впечатление, что он стремится как можно скорее отделаться от докучливой работы по определению основных физических величин и перейти к делу. А систему аксиом механики пусть дополняют потомки.