Революция в научном мышлении
Что гелиоцентрическая система глубже и вернее объясняет законы движения планет, позволяет точнее предсказывать изменения в их положении, что она проще, а допускаемые ею вычисления точнее, чем это имело место в геоцентрической системе, стало ясно сразу же после появления книги Н. Коперника. Ясно было и то, что учение Коперника означает коренной переворот в мировоззрении. Именно это обстоятельство вызвало столь яростное сопротивление со стороны официальной католической идеологии, пытавшейся с помощью костров и инквизиции уничтожить коперникианскую идею. Гораздо труднее обнаружить фундаментальные изменения в принципах научного мышления, в способе познания, размышления, приведшем к столь знаменательному результату. Я полагаю, что самым надежным в данном случае является путь сравнения концепций Птолемея и Коперника, а также тех исходных принципов, опираясь на которые, каждый из этих мыслителей пришел к своей картине мира. При этом сосредоточим внимание на двух проблемах. Первая из них — отношение к наблюдению, точнее к наблюдаемым, чувственно воспринимаемым явлениям. Вторая — выбор математической модели, лежащей в основе системы и используемой для объяснения и предсказания явлений.
Геоцентрическая система Птолемея опиралась на огромный опыт астрономических наблюдений. В каком-то смысле мы вправе, пожалуй, сказать, что он дал математическое завершение огромному эмпирическому материалу, накопленному древними астрономами. Его знаменитый предшественник Гиппарх в течение нескольких десятилетий проводил тщательные наблюдения за движением Солнца, фиксируя суточные и годичные изменения в его положении на небосводе. Птолемей не только использовал предложенную Гиппархом теорию движения Солнца, но и, опираясь мл многочисленные наблюдения и измерения, осуществленные в течение двух столетий после Гиппарха, попытался свести воедино все тогдашние астрономические представления. Его система, таким образом, претендует на обобщение эмпирического материала. Соответствовать результатам наблюдения в наиболее буквальном и образном смысле этого слова — ее действительный, хотя и не всегда открыто провозглашаемый девиз. И, как это часто бывало в науке, именно стремление к такому наиболее точному соответствию оказалось вместе с тем пагубным для системы Птолемея.
На протяжении почти тысячи лет после опубликования «Альмагеста» Птолемея эта книга была не только вершиной астрономической теории, но и основой практических наблюдений. Они-то и показали, что в огромном большинстве случаев математические расчеты, осуществленные на основе птолемеевской теории, расходятся с результатами наблюдений. Значительная заслуга в обнаружении этого обстоятельства принадлежит средневековым арабским астрономам. Знаменитый философ, математик и астроном XII века Авер-роэс даже утверждал, что «астрономия Птолемея ничтожна в отношении существующего, но она удобна, чтобы вычислить то, чего не существует». К середине XVI века был накоплен огромный фактический материал, обнаруживавший большое число частных недостатков системы Птолемея. И все же сама система не была поколеблена; не потому, что не видели ее недостатков, а потому, что ей нечего было противопоставить, ибо отдельные частные поправки не могли устранить коренного порока: неспособности достаточно точно обьяснить и предсказать движение небесных светил. Но почему система Птолемея, возникшая на базе астрономических наблюдений, вступила с ними в противоречие? Можно предложить несколько ответов:
а) изменилась техника наблюдения, усовершенствовалась вычислительная математика, и в результатах, на которые опирался Птолемей, обнаружили неточность;
б) произошли серьезные изменения в самом движении небесных светил, и некогда адекватная им теория стала неадекватной;
в) наконец, можно было предположить, что сама теория Птолемея в основе своей неверна.
Второй из этих ответов вряд ли имел во времена Коперника серьезных приверженцев. Если не считать малозаметных изменений и небольшого числа открытых за 10 веков небесных тел, Клавдий Птолемей и Николай Коперник, несмотря на разделявшее их тысячелетие, видели одно и то же небо, наблюдали, хотя и из разных пунктов Земли, одни и те же светила, и эго не позволяло серьезно говорить о каких-то коренных изменениях в движении небесных светил. Стоит специально подчеркнуть, что вармейский каноник не открыл ни одного нового светила, ни одной новой туманности и что находившийся в его распоряжении эмпирический материал, если не считать его количественного возрастания, не отличался в принципе от того, чем располагал Птолемей. Что касается техники, то она, вплоть до изобретения телескопа Галилеем, существенно не отличалась от приемов, применявшихся античными астрономами. Не намного лучше обстояло дело и с вычислительной математикой. Мы, следовательно, оказываемся вынужденными принять третий ответ.
Но как в этом случае приступить к созданию новой теории? Стоит, пожалуй, напомнить, что Коперник тоже призывал к согласию теории с результатами наблюдения. На первый взгляд, стало быть, отношение Коперника и Птолемея к наблюдению кажется одинаковым. Однако это впечатление обманчиво. Коперник, по существу, как раз и поставил перед собой задачу переосмыслить, по-новому понять существующий эмпирический материал, который на протяжении многих столетий пытались всунуть в рамки геоцентрической системы. Но сам этот материал «не подсказывал» способа своего переосмысления, ибо он, как я уже подчеркивал, не отличался фундаментальными особенностями от того, чем располагал Птолемей. Суть дела, следовательно, заключается в попытке переосмыслить и реорганизовать наши знания о движении небесных светил так, чтобы из них можно было извлекать следствия, согласующиеся с результатами наблюдений.
Здесь мы почти нащупываем решение первой проблемы— проблемы отношения к наблюдению. Если сформулировать позиции Птолемея и Коперника — чего сами они, разумеется, в такой форме не делали — достаточно отчетливо, то они гласили бы примерно следующее. Птолемей: научная теория и лежащая в ее основе модель движения небесных светил должны быть непосредственной копией чувственно наглядного образа, возникающего на основе наблюдения за небесными светилами. В сущности, модель должна максимально совпадать с явлением. Различным явлениям могут соответствовать различные модели. Коперник: теория должна допускать такие следствия, которые, наиболее точно согласуясь с наблюдениями, объясняют и предсказывают их результаты. Модель, лежащая в основе теории, может более или менее значительно отличаться от того, что дано нам в чувственном наблюдении за движением небесных светил. Теория, в этом смысле, не является простым описанием результатов наблюдения, чем-то непосредственно с ним совпадающим. Она связана с ним опосредованно, через цепочку промежуточных рассуждений, осуществляемых иногда целиком на языке математики. Теория может относиться к тому, что едино для всех наблюдаемых явлений, сколь бы различными они ни казались наблюдателям.
Мы можем условно назвать эти утверждения соответственно тезисами Птолемея и Коперника. Именно эти тезисы выступают как оправдание выбора тех или иных принципов исследовательского научного мышления, указывающих, каким образом должен быть организован и изучен эмпирический материал, каким способом, посредством каких процедур и приемов осуществляется связь между теорией и наблюдением, теоретической и экспериментальной деятельностью.
Здесь сразу же бросается в глаза, что тезисы Птолемея и Коперника не вытекают, не следуют из созданных ими астрономических систем. Напротив, в явной или скрытой форме они должны предпосылаться им. Но откуда в таком случае берутся эти тезисы?
Ф. Энгельс в одном из фрагментов «Диалектики природы» с полным основанием говорил, что естествоиспытатели, хотят они этого или не хотят, бессознательно находятся во власти тех или иных философских идей. Действительно, без общих философских принципов нельзя построить научную теорию, поднимающуюся над уровнем простого эмпирического описания. Даже оставаясь на этом последнем уровне, ученые занимают определенную позицию, нуждающуюся в обосновании. Такое обоснование тоже относится к области философских принципов. Бесспорно, что далеко не все осознают и формулируют эти принципы совершенно отчетливо. Но также бесспорно, что они присутствуют в работе исследователя незримо, так сказать, за сценой. Обнаруживаются такие принципы и за тезисами Птолемея и Коперника. Они были сформулированы еще античными философами, стоявшими на позиция^ стихийного материализма и наивной диалектики.
Один из этих принципов можно, пожалуй, назвать принципом непосредственного эмпиризма, воспринимавшего действительность во всем ее многообразии, изменчивости, неповторимости. Мир таков, каким он нам кажется. «Солнце — величиной в две ступни». И это следует, по-видимому, понимать так; действительный диаметр дневного светила таков, каким мы его видим. Другой принцип был выдвинут Ксенофаном и Парменидом, утверждавшими, что между тем, каким мы воспринимаем мир, и тем, каков он на самом деле, имеется существенное различие и что за кажущимся разнообразием вещей следует обнаруживать их подлинное, доступное не чувству, но лишь разуму единообразие, искать их устойчивую сущность.
Принципы эти, разумеется, не исключают полностью друг друга, но, взятые в отрыве друг от друга, противопоставленные один другому, обособленные и оторванные, они могут привести к совершенно различным результатам. Нетрудно теперь заметить, что за тезисом Птолемея просматривается абсолютизированный, односторонне преувеличенный принцип античного эмпиризма, тогда как за тезисом Коперника скрывается позиция, более близкая позиции Парменида и его школы. Было бы, разумеется, неоправданным упрощением устанавливать слишком прямую и непосредственную связь между античными философскими принципами и методологическими тезисами, лежащими в основе птолемеевской и коперникианской астрономии. Однако косвенно, пройдя через труды многих мыслителей разных эпох и поколений, принципы эти оказали свое бесспорное влияние.
Займемся теперь сравнением геометрических моделей движения небесных светил, лежащих в основе гелио- и геоцентрической систем. Обычно, говоря об астрономии Птолемея и Коперника, обсуждают лишь модель солнечной системы, предложенную вармейским каноником, ограничиваясь лишь несколькими общими упреками в адрес его знаменитого предшественника. Но чтобы понять подлинное преимущество гелиоцентрической системы, чтобы ответить на вопрос, почему так долго геоцентризм, несмотря на многочисленные упреки и объективные недостатки, безраздельно господствовал в европейской и арабской астрономии, нам следует хотя бы кратко познакомиться с концепцией Птолемея. Астрономия Птолемея и лежащие в ее фундаменте геометрические модели движения были не только сложны, но и по-своему грандиозны. Он достиг своеобразной математической грации, и Коперник, признававший большие заслуги Птолемея, подчеркивал, что последний сделал почти все возможное для своего времени.
В одних случаях, особенно когда речь шла о теории Солнца, это представление давало удовлетворительное объяснение видимому движению, его неравномерности и соответствовало измерениям Гиипарха и его последователей. Однако в остальных случаях приходилось прибегать к еще более хитроумным моделям движения наблюдаемых светил, которые мы не можем здесь воспроизвести из-за значительной геометрической сложности. Теория Птолемея позволяла предвычислять долготы светил, но была совершенно непригодна для измерения расстоянии между ними, а также их удаленности от Земли.
Эти недостатки были известны давно, некоторые из них отмечал еще Плутарх. И если все же астрономия Птолемея выдержала столь долгое испытание временем, то для этого имелся ряд причин. Во-первых, она давала, хотя и не вполне точное, объяснение наблюдаемым явлениям. Используемые в ней модели наглядны и в силу этого убедительны. Во-вторых, она представляла собой исторически первую попытку систематического математического обоснования и изложения естественнонаучной теории. В-третьих, она опиралась на наиболее разработанное в те времена учение о кинематике и механике небесных тел, созданное Аристотелем и допускающее принципиальную множественность схем движения многочисленных небесных сфер с соответствующими им светилами. В-четвертых, она представляла собой наиболее полное обобщение эмпирического материала в соответствии с определенными философскими предпосылками, и потребовалось много времени для понимания того, что возможности птолемеевской системы исчерпаны и что сама она не способна к совершенствованию или принципиальному обновлению.
Геометрическая модель, положенная в основу кинематики движения небесных светил Коперником, несравненно проще. Наблюдатель теперь находится на Солнце, а все планеты вращаются вокруг по концентрически расположенным круговым орбитам.
Правда, эта модель совершенно противоречила тому, что наблюдали невооруженным глазом астрономы и просто любознательные люди. Но зато она обладала в определенных отношениях большей простотой и давала возможность для более точных вычислений, совпадающих с наблюдениями, позволяла объяснить единообразным способом все видимые движения планет, в том числе петлеобразные движения Венеры и Марса. Модель эта позволяла решать целый ряд вычислительных задач, неразрешимых в рамках птолемеевской кинематики, и, что еще важнее, она обладала большим потенциалом для последующего усовершенствования, действительно осуществленного впоследствии Иоганном Кеплером. К тому же эта модель была единой для всех планет солнечной системы и предполагала развитие единой, более простой механической основы.
Казалось бы, как просто перейти от позиции Птолемея к позиции Коперника! Для этого достаточно лишь мысленно перенести центр наблюдения с Земли на Солнце, из одной точки пространства в другую. В действительности, видимая простота решения предполагает существенные, коренные изменения в самом фундаменте научного мышления, в его основах, в его философских принципах. Чтобы перейти от системы Птолемея к системе Коперника, необходимо было осознание того, что:
а) видимое многообразие движений не исключает его внутреннего скрытого единства;
б) сложность объясняемых и предсказываемых явлений требует перехода к более простой модели для их объяснения, что, следовательно, преимуществом обладает та теория, которая, будучи более простой, позволяет точнее и полнее объяснить большее число наблюдаемых явлений;
в) эмпирически наблюдаемая картина явлений зависит прежде всего от свойств их объективной структуры, но в то же время свойства и структура мира могут по-разному раскрываться с разных позиций и в этом смысле зависят от способа наблюдения, от позиции наблюдателя.
Разумеется, сам Коперник не всегда полностью осознавал философские основы своего научного мышления, но тщательный анализ его бессмертного труда позволяет реконструировать их достаточно адекватно. Мы видим теперь, что переход от геоцентрической системы к гелиоцентрической требовал глубоких изменений в самом фундаменте мышления, в его методологических и философских основах. Возникновение новой астрономии, как и всей современной науки, было бы невозможно без фундаментальных изменений в общетеоретических, философских и методологических принципах.
|
|
Читайте в рубрике «Методология науки»: |
Военная техника | Телекоммуникации | Электроника | Энергетика | Физика | Химия | Биология | Математика | Психология | Физиология | Экономика | Металлургия | Строительство | Сельское хозяйство | Медицина | Культура и искусство | Виды двигателей | Машины и механизмы | Воздушный транспорт | Водный транспорт | Автотранспорт | Ж/д транспорт | Физики | Химики | Математики | Биологи | Европейские изобретатели | Американские изобретатели | Российские изобретатели | Советские изобретатели | Методология науки | Развитие креативности | Как стать изобретателем | Изобретения будущего