Максвелловская научная революция - Ринат Нугаев

Яркими примерами излишних образов являются «сила» и «электричество», вокруг которых нагромождено гораздо больше всевозможных связей и отношений, чем это необходимо. В частности, в механике сила вводится как причина движения до самого движения и независимо от него. Поэтому, по Герцу, надо создать такой вариант механики, который оперировал бы вместо понятия силы понятием энергии. Что касается электричества, то работа критерия простоты в этой области рассмотрена Герцем в докладе на заседании германской ассоциации содействия развитию естественных наук и медицины, сделанном в 1889 г., в которой он рассмотрел тот тупик, к которому пришла история теорий действия на расстоянии: «Стало необходимым увеличить число действий-на-расстоянии, и улучшить их форму. В результате эта концепция постепенно утратила свою простоту и физическую вероятность» (Hertz [1889], 1896,p. 315).

В итоге, в работе Герца обсуждение работы в науке «метафизического» критерия простоты завершается следующим заключением: «Сомнение, которое оказывает влияние на наше сознание, не может быть устранено за счет называния его метафизическим; каждый мыслящий разум как таковой обладает потребностями, которые ученые люди обычно называют метафизическими… Действительно, мы не можем a priori ни требовать от природы простоты, ни судить о том, что с ее точки зрения является простым. Но по отношению к созданным нами самими образам мы можем выдвигать требования. Наши решения оправдываются тем, что если наши образы хорошо адаптируются к вещам, то действительные отношения вещей должны репрезентироваться простыми отношениями между образами» (Hertz 1899,p. 23).

Кантианская компонента мировоззрения Герца и его эпистемологии проявляется не только в описанной выше познавательной схеме, придающей особое значение ясности, отчетливости и простоте теоретических построений. Как отмечает американский историк и методолог науки Джед Бухдал (Jed Z. Buchdahl), неслучайно уже в 1884 г. Герц разработал такую версию уравнений Максвелла, которая вообще не использовала понятие эфира.

«Герц, можно сказать, хотел в 1884 г. отбросить эфир, даже если при этом уравнения Максвелла были бы оставлены, для того, чтобы избежать работы с вещью, которая, с одной стороны, вела себя как лабораторный объект, а с другой – ей нельзя было манипулировать» (Buchdahl, 1998, p. 272).

Еще более важно, что в своих эмпирических схемах, аккумулировавших исследовательский опыт работы Герца с радиоволнами, Герц изображал самую важную часть своей установки – осциллятор радиоволн – как типичную кантовскую «вещь в себе». Так, на рисунке в статье «Силы электрических колебаний, рассматриваемые с точки зрения теории Максвелла» (Hertz [1889]), весьма и весьма подробно изображавшем силовые линии электромагнитного поля, осциллятор чисто символически представлен гантелями, обведенными в кружок. И это все; никаких деталей его работы и никаких исходящих из осциллятора силовых линий генерируемого им электромагнитного излучения.

Все это, конечно, неслучайно. Именно у своего учителя – Гельмгольца – Герц научился обращать внимание прежде всего на новые взаимодействия лабораторных объектов, не слишком утруждая себя рассмотрением их «природы» – тех скрытых процессов, которые за этими взаимодействиями стоят. Именно от Гельмгольца Герц научился тому, что должным образом сконструированные и эффективные физические теории основаны на потенциальных функциях, представляющих взаимодействия, имеющие место в данный момент. Подобный потенциал может быть функцией только от расстояния между объектами и от состояний, в которых объекты находятся в данный момент. Для того, чтобы определить, как изучаемые объекты будут вести себя в будущем, потенциальная функция должна подвергнуться виртуальному преобразованию. Именно Гельмгольц рассматривал потенциал как первичную, фундаментальную и ни к чему несводимую величину, из которой затем впоследствии должно быть выведено понятие силы.

«Именно потому, что Герц игнорировал физический характер объекта, производившего его излучение, – потому, что он поместил его в ментальный карантин для избегания вопросов о нем, – он и оказался способным достичь прогресса там, где его британские современники оказались бессильны» (Buchdahl, 1998,p. 272).

Любопытно, что и в наши дни проблема теоретического воспроизведения работы герцевского осциллятора остается весьма и весьма непростой. Так, в хорошо известном учебнике Чарльза Папаса «Теория распространения электромагнитных волн» (Papas, 1988) отмечается, что «детерминация антенного тока является граничной задачей значительной сложности»; автор далее старательно ее обходит.

В итоге, природа электромагнитных волн представлялась Герцу своего рода «вещью в себе», которая допускает множество интерпретаций. Исследователь естественно выбирает из этого множества такое, с которым проще всего работать. Главное – уравнения, которые отражают объективно существующие связи и отношения между теоретическими объектами. Именно об этом и свидетельствуют знаменитые слова Герца: «На вопрос «что такое теория Максвелла?» я не знаю более короткого и более определенного ответа, чем следующий: теория Максвелла – это уравнения Максвелла. Каждая теория, которая ведет к той же самой системе уравнений, и поэтому содержит в себе (comprises) одни и те же возможные явления, будет рассматриваться мной как формирующая специальный случай теории Максвелла» (Hertz 1893, p. 21).

Для адекватной оценки значимости герцевского открытия важно, что Герц был отнюдь не первым, кто наблюдал радиоволны. Так, до него Хьюз обнаружил стоячие электромагнитные волны. Или, что еще более значимо, также наблюдал радиоволны в 1875-1882 гг. и сам Томас Альва Эдисон. Но никто из них не был настолько осведомлен в теории Максвелла для того, чтобы cвязать наблюдаемые эффекты с электромагнитными волнами (Sengupta, Sarkar, 2003).

С другой стороны, роль электромагнитной теории в открытии Герца не следует и преувеличивать. Так, в предисловии к основному сборнику своих статей «Электрические волны», опубликованному впервые в 1893 г., через пять лет после знаменитых опытов по обнаружению радиоволн, Герц специально отмечал: «Я также не верю в то, что можно было прийти к познанию этих явлений на основе одной только теории. Поскольку их появление на нашей экспериментальной сцене зависит не только от их теоретической возможности, но также и от особых и удивительных свойств электрической искры, которые не могут быть заранее предсказаны ни одной теорией» (Hertz,1893, p. 17).

В общем случае, мы можем сказать, что открытие Герца является результатом плодотворного взаимодействия двух исследовательских традиций – теоретической и экспериментальной, каждая из которых обладает своей собственной логикой эволюции. В этом процессе эти традиции «обтачиваются», используя термин Максвелла «are grinding out», шлифуют друг друга. А именно: в рамках теоретической традиции выдвигаются различные предсказания, предлагаются различные объяснения. Экспериментальная же традиция выбирает самое простое.

С другой стороны, эксперимент предоставляет в распоряжение исследователя чрезвычайно большое число опытных данных; теория же позволяет отобрать лишь наиболее существенные.