IV. Генезис максвелловской электродинамики был умело встроен ее создателем в общий процесс деонтологизации физики, начавшийся в Новое время с отказа от аристотелевской онтологии с ее наглядностью и близостью к повседневному опыту.
Аристотелевская физика не являлась физикой математической: в этом была ее слабость, но в этом была и ее сила Koyre A. From the Closed World to the Infinite Universe. Baltimore, 1957.. В итоге решающую роль в процессе создания науки Нового времени сыграл не опыт, а экспериментирование. Последнее же состоит в методичном и последовательном «задавании вопросов Природе»; это вопрошание предполагает и включает в себя некоторый язык, на котором формулируются вопросы, а также словарь, позволяющий нам читать и понимать ответы. Известно, что, согласно Галилею, «языком, на котором мы должны обращаться к природе и получать от нее ответы, являются кривые, круги и треугольники - математический или, точнее, геометрический язык» Husserl E. The Crisis of European Sciences and Transcendental Philosophy / Transl. by D. Carr. Evanston, 1970..
Сама возможность применения математических методов в естествознании основана на операции идеализации. Соответственно, ученые считают, что все явления природы - это большие или меньшие приближения к идеальным сущностям. Последние сами по себе не существуют, но могут быть открыты при помощи абстрактного мышления. Именно эти идеальные сущности и описываются всеми точными «законами природы». Что же касается реальных природных предметов и процессов, то отношения между ними лишь приблизительно соответствуют точным научным законам Kline M. Mathematics and the Search for Knowledge. Oxford, 1986..
Что касается познания сущностей, методологическая максима была сформулирована Галилеем как «поиск сущностей я считаю занятием суетным и бесперспективным». Но если истина постигается в опыте и мы познаем не столько вещи «сами по себе», сколько феномены, необходимо отказаться от допущения самой возможности абсолютного знания. Согласно духу науки Нового времени, четко зафиксированному Кантом, сама «являемость вещей в опыте» заключает в себе истинно-сущностный характер. Феномены не есть просто сущностные явления, сквозь которые проглядывает так или иначе замутненная сущность; они есть прежде всего сущее в своем собственном состоянии. Феномены человеческого опыта заключают в себе всю полноту постигаемой достоверности.
Следующий шаг в реализации этой «галилеевской» эпистемологической программы был сделан Исааком Ньютоном, наотрез отказавшимся от поиска «природы» всемирного тяготения и давшим вместо раскрытия сущности тяготения и объяснения причин того, почему тела притягиваются друг к другу, просто математически точное описание того, с какой силой разнообразные тела притягиваются друг к другу. После этого важнейшим этапом стали работы самого Максвелла, принципиально отказавшегося от выяснения природы электричества и магнетизма и рассматривавшего эфир лишь как элемент модельных представлений, способствующих классификации и аккумулированию соответствующих «фактов».
Но оставалась еще одна «онтологическая» функция эфира - быть вместилищем абсолютной системы отсчета. От этой функции освободил физику уже Альберт Эйнштейн, продемонстрировавший, что именно эфир препятствует единому рассмотрению электричества и магнетизма и выявлению их симметрии. Таким образом, Эйнштейн сделал следующий после Ньютона шаг (в 1905 г.) в направлении отказа от рассуждений о природе пространства и времени. Но в 1915 г. он пошел еще дальше и свел природу гравитационного поля к искривлению пространства-времени, когда компоненты напряженности гравитационного поля стали выражаться через геометрические величины.
Начатый еще Галилеем процесс «деонтологизации» состоял в том, что в науке Нового времени место аристотелевских «сущностей» постепенно занимают математические абстрактные объекты, представляющие, по меткому выражению Мераба Мамардашвили, «вывернутые наизнанку» сущности процессов природы. Это особенно наглядно представлено в «Математических началах натуральной философии» Ньютона, когда последний указывает во введении, что
...так как древние, по словам Паппуса, придавали большое значение механике при изучении природы, то новейшие авторы, отбросив субстанции и скрытые свойства, стараются подчинить явления природы законам математики. В этом сочинении имеется в виду тщательное развитие приложений математики к физике. поэтому и сочинение это нами предлагается как математические основания физики (курсив И. Ньютона. - Р.Н.) Newton I. The Mathematical Principles of Natural Philosophy / Transl. into English by A. Motte, with preface of mr. R. Cotes. N. Y., 1846. P 1-3..
Для характеристики специфики методологии Ньютона требование «подчинить явления природы законам математики» представляется основным: надо так по-галилеевски «изнасиловать» свои чувства, возникающие при созерцании природных явлений, так препарировать их, представить их в таком высушенном и расчлененном виде, чтобы результаты их деятельности допускали аналитическую обработку. Это прежде всего относится к основным понятиям базисной идеальной модели классической механики - понятиям «инерциальной системы отсчета», «материальной точки», «пространства» и «времени», которые приобретают характер математических идеализаций. Максвелловские «сущности» электромагнитных явлений - это абстрактные объекты четырех «уравнений Максвелла»: divE, rotE, divH, rotH, j. У Эйнштейна в специальной теории относительности «сущность» пространства и времени - 4-вектор в пространстве Минковского. В общей теории относительности это - метрический тензор g.., связанный с тензорами Римана R.. и тензором энергии-импульса T.. в уравнениях Эйнштейна. В квантовой механике «сущность» микропроцессов - волновая функция Т или вектор в гильбертовом пространстве, а в теории Виттена - суперструна в 11-мерном пространстве-времени.
V. Для сравнения различных теоретических схем, созданных при помощи различных теоретических языков, Максвелл был вынужден разработать единый нейтральный теоретический язык - язык явлений гидродинамики, при помощи которого он сконструировал ряд все более усложняющихся моделей. При этом он прекрасно осознавал условность использования этого языка для описания электромагнитных явлений. Максвелл сознательно имел дело всего лишь с вихревой моделью электромагнитных процессов; какие-то стороны электромагнетизма эта «игрушка» описывает, а какие-то - нет.
VI. Именно использование нейтрального языка позволило Максвеллу создать механизм для проверки теоретических следствий и сопоставления их с экспериментом. Тем не менее, связь между синтезом и ростом предсказательной силы теории носит гораздо более сложный и опосредованный характер, чем это представлено в научно-популярной и учебной литературе. Максвелловское «доказательство» тезиса о том, что свет - это электромагнитные волны, носило во многом качественный характер, поскольку было получено при помощи целого ряда идеализирующих (и иногда сомнительных) допущений Siegel D.M. Op. cit..
VII. Герцевские опыты 1887-1888 гг. по обнаружению и изучению оптических свойств радиоволн не могут рассматриваться как «решающие эксперименты» по выбору между программами Ампера-Вебера и Фарадея-Максвелла. Ни в одной из максвелловских работ не содержится утверждения о существовании радиоволн, как и других (несветовых) видов электромагнитного излучения.
Сам Максвелл, судя по всему, полагал, что генерирование радиоволн невозможно, и этот вывод открыто поддержали его британские ученики - Фицджеральд, Хевисайд и Лодж. Фарадей и Максвелл отнюдь не были первыми среди тех, кто высказал предположение о существовании электромагнитных волн. Опыты Герца, в которых были открыты радиоволны, были запланированы и проводились в рамках не максвелловской, а гельмгольцевской исследовательской программы.
VIII. Максвелл фактически применял синтетический (но не редукционистский) способ объединения встретившихся теорий.
Для синтетического объединения характерен процесс взаимопроникновения встретившихся теорий, когда объекты одной «старой» теории наделяются новыми свойствами при помощи объектов другой «старой» теории, превращаясь в принципиально новые теоретические объекты. Скажем, в процессе проникновения оптики в максвелловскую теорию вихрей эфир стал упругим объектом, превращаясь в «ток смещения».
IX. Опыт максвелловского синтеза позволяет заключить, что случай онтологической редукции вообще не реализуем для теорий такой степени общности, как максвелловская электродинамика.
Мы не можем заключить, что Максвелл свел всю оптику к электромагнетизму, равно как и заключить, что он свел весь электромагнетизм к оптике. Он лишь положил начало процессу взаимопроникновения и взаимоприспособления этих относительно независимо развивавшихся друг от друга дисциплин. Тем более мы не можем заявить о том, что Максвелл свел электричество к магнетизму или магнетизм к электричеству. И даже то, что он вывел электричество и магнетизм из натяжений эфира. Он действительно хотел осуществить такой вывод, но не получилось.
Мы знаем, что в 1861 г. Максвелл был вынужден «руками» вводить маленькие заряженные частицы, функции которых состояли как в передаче вращения от одной ячейки к другой, так и в несении электрического заряда. Да, впоследствии он действительно вывел все уравнения из лагранжиана, но перед этим получил выражение для тока смещения из механической модели и затем «руками» ввел его в лагранжиан.
X. Согласно М. Моррисон, действительно объединяющая теория не является простой конъюнкцией тех теорий, которые существовали до объединения:
В случаях истинного объединения у нас имеется механизм или представленный в теории параметр, который играет роль необходимого условия, требуемого для раскрытия связи между явлениями Morrison M. Op. cit. P 23..
В структуре объединяющей теории есть нечто особенное, отличающее ее от псевдо-объединяющих теорий.
В максвелловском случае этим «нечто», по мысли Моррисон, является ток смещения. С данным выводом Моррисон я полностью согласен. Именно такую роль играют в нашей модели смены гибридные объекты, сконструированные из нескольких встретившихся базисных теоретических объектов Nugayev R.M. Reconstruction of Mature Theory Change: A Theory-change Model..
Идея тока смещения, завершившая формирование максвелловской теории, была введена вовсе не на путях конструирования математической гипотезы. Ток смещения - типичный гибридный объект, введенный в результате встречи оптики и теории электромагнетизма. Как проницательно отмечал в 1891 г. Оливер Хевисайд, «электрический ток в непроводнике был той самой вещью, которая была необходима для координации электростатики и электрокинетики и для того, чтобы последовательно согласовать уравнения электромагнетизма».
С моей точки зрения, для максвелловской электродинамики подобным каркасом стал ток смещения, установивший такие связи между встретившимися теориями, что любое продвижение в рамках одной из них неминуемо вело к изменению содержания другой.
Обобщая, можно сказать, что гибридные объекты - узлы теоретических традиций - являются теми каркасами, которые связывают разные встретившиеся программы, обеспечивая поиск и установление плодотворных связей между ними, когда новые результаты, полученные в рамках одной программы, помогают получению новых результатов в рамках другой.
Список литературы / References
максвелловская электродинамика оптика электромагнетизм
1. Darrigol, O. Electrodynamics from Ampere to Einstein. Oxford: Oxford University Press, 2002. 515 pp.
2. Campbell L., Garnett, W. The Life of James Clerk Maxwell. London: Macmillan, 1882. 342 pp.
3. Jones, B. Faraday's Life and Letters. Vol. 1, 2. Philadelphia, J.D.: Lippincott, 1870. 380 pp.
4. Friedman, M. Foundations of Space-Time Theories. Princeton: Princeton University Press, 1983. 385 pp.
5. Glymour, C. “Explanations, Tests, Unity and Necessity”, Nous, 1980, vol. 14, no. 18, pp. 31-50.
6. Hon, G., Goldstein, B. “Maxwell's contrived analogy: An early version of the methodology of modeling”, Studies in History and Philosophy of Modern Physics, 2012, vol. 43, no. 3, pp. 236-257.
7. Husserl, E. The Crisis of European Sciences and Transcendental Philosophy, translated by D. Carr. Evanston: Northwestern University Press, 1970. 384 pp.
8. Kitcher, P “Explanatory Unification”, Philosophy of Science, 1981, vol. 48, no. 6, pp. 507-531.
9. Kline, M. Mathematics and the Search for Knowledge. Oxford: Oxford University Press, 1986. 640 pp.
10. Koyre, A. From the Closed World to the Infinite Universe. Baltimore: John Hopkins Press, 1957. 313 pp.
11. Mamchur, E.A. “Contradictions, Synthesis and the Growth of Knowledge”, International Studies in the Philosophy of Science, 2010, vol. 24, no. 4, pp. 429-435.
12. Morrison, M. Unifying Scientific Theories: Physical Concepts and Mathematical Structures. Cambridge: Cambridge University Press, 2000. 270 pp.
13. Maxwell, J.C. “On Faraday's Lines of Force”, reprinted, in: The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, 1890, vol. 1, pp. 155-229.
14. Maxwell, J.C. A Treatise on Electricity and Magnetism. London: Clarendon Press, 1998. 691 pp.
15. Maxwell, J.C. “Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz”, reprinted, in: The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, 1890, vol. 2, pp. 592-598.
16. Maxwell, J.C. "Ether", reprinted, in: The Scientific Papers of James Clerk Maxwell, 1890, vol. 2, pp. 763-775.
17. Maxwell, N. “Unification and Revolution: A Paradigm for Paradigms”, Journal for General Philosophy of Science, 2014, vol. 45, no. 1, pp. 133-149.
18. Newton, I. The Mathematical Principles of Natural Philosophy, translated into English by A. Motte, with preface of mr. R. Cotes. New York: Daniel Ades, 1846. 360 pp.
19. Nugayev, R.M. Reconstruction of Mature Theory Change: A Theory-change Model. Frankfurt am Main: Peter Lang, 1999. 199 pp.
20. Nugayev, R.M. “Communicative Rationality of the Maxwellian Revolution”, Foundations of Science, 2015, vol. 20, no. 4, pp. 447-478.
21. Shapiro, I. “On the History of the Discovery of the Maxwell equations”, Soviet Physics Uspekhi, 1973, vol. 15, no. 5, pp. 651-659.
22. Siegel, D.M. Innovation in Maxwell's electromagnetic theory: molecular vortices, displacement current, and light. Cambridge: Cambridge University Press, 1991. 229 pp.
23. Stepin, V.S. Theoretical Knowledge. Dordrecht: Synthese-Libraiy, Springer, 2005. 799 pp. Watkins, J. Science and Scepticism. Princeton: Princeton University Press, 1984. 406 pp. Wayne, A. “Critical Notice”, Canadian Journal of Philosophy, 2002, vol. 32, no. 1, pp. 117-138.
24. Waters T & Waters, D. (eds.) Weber's Rationalism and Modern Society. London: Palgrave Macmillan, 2015. 240 pp.