Философские проблемы современной науки

     В начале столетия такой областью стала электродинамика, затем – атомная физика, потом – физика атомного ядра. Теперь ею стала физика элементарных частиц и астрофизика. Сейчас на Земле начался атомный век – результат великих открытий первой половины XX века в области ядерной физики. Можно думать, что развитие теории элементарных частиц приведет к открытиям, которые станут в XXI веке основой после-атомной цивилизации.

     Для XX века характерна огромная концентрация материальных и интеллектуальных усилий общества, направленных на развитие науки. Поражают масштабы общественного труда, уделяемого исследованию природы. Наблюдаются несопоставимые с прошлым темпы роста числа ученых, уже в начале века во много раз превзошедшие темпы роста числа представителей остальных профессий. Если так пойдет и дальше, то число ученых превысит число остальных людей на Земле. Может быть, это будут кибернетические роботы? Такой прогноз оставим авторам фантастических романов о будущем. Впрочем, наверное, и они не воспользуются им. Кибернетика не заменяет человека комбинацией электронных приборов, а вооружает его и позволяет ему сосредоточиться на наиболее достойной человека деятельности, на творчестве, на все более глубоком познании природы, на все более разумном подчинении природы целям человека. Но, может быть, необычайно быстрый рост научных кадров отражает начальный этап современной эволюции науки и впоследствии число ученых будет расти медленнее. Повидимому, в течение оставшихся лет XX века и в следующем столетии будет происходить с нарастающей скоростью более глубокий и органичный процесс включения исследовательских задач в содержание труда. При быстром и радикальном изменении технологии, основанном на переходе к принципиально новым физическим процессам, производство, его реконструкция и эксперимент сливаются воедино. В XX веке человечество уделяет науке все большую часть своих трудовых ресурсов и в том смысле, что во много раз выросли масштабы экспериментальных установок. В 1610 году Галилей опубликовал результаты своих астрономических наблюдений, и это явилось началом астрономической революции. Ныне человек посылает в космос автоматические и обитаемые астрофизические обсерватории, лаборатории и вскоре, вероятно, разместит наблюдательные приборы на орбитах планет земной группы, а может быть, и на их поверхности. Взгляд человека, направленный не в космос, а в микромир, – это также и широкие народнохозяйственные акции, связанные с большими затратами общественного труда. Чтобы «разглядеть» процессы, происходящие в областях порядка 10-15 см и 10-25 сек., необходимы колоссальные энергии частиц, бомбардирующих другие частицы и атомные ядра. Подобные масштабы энергии встречаются в космических лучах. Но ученым нужно свободно маневрировать высокими энергиями. Очень высокие, хотя и не столь огромные энергии получают в гигантских ускорителях элементарных частиц.

     Вокруг  таких ускорителей вырастают большие научные города. Когда говорят о научных центрах XVII века, в сознании возникает образ придворного кружка, где Галилей критикует аристотелевскую концепцию мироздания. Научный центр XVIII века ассоциируется с уединенным кабинетом Лагранжа, где он пишет формулы аналитической механики. Научный центр XIX века – это уединенная обсерватория или лаборатория Фарадея, где он в одиночестве наматывает проволоку на железный сердечник, или (в конце века) зал Сорбонны, где Пуанкаре излагает законы небесной механики, или Петербургский университет, где Менделеев рассказывает о периодическом законе.

     Научный центр XX века – это большой город (его по традиции еще называют городком), где тысячи людей трудятся, чтобы найти новый элемент периодической таблицы или новую элементарную частицу.

     Как же назвать XX век в его зависимости от науки? Веком атома? Веком космоса? Веком кибернетики?… Список возможных названий можно было бы значительно расширить. В литературе мелькают и другие названия: «век полупроводников», «век информации», «век биологии».

     И действительно, разве не атомная  энергия дала человеку новую энергетическую базу производства и разве не ее открытие явилось вместе с тем открытием еще более мощной силы – силы ассоциированной науки? Разве не атомная энергия внушила человечеству самые радужные надежды и самые тяжелые опасения? А космические исследования, выход человека за пределы земной атмосферы – разве это великое событие мировой истории не характеризует наше столетие? А кибернетика? Ведь это она существенно влияет на характер труда, производства. Среди всех эпитетов нашего века, характеризующих специфику его науки, «век биологии» кажется особенно показательным. В середине столетия физиология, химия, физика, математика объединились, чтобы раскрыть загадку живого вещества и жизни. Если макроскопическое решение этой загадки в XIX веке позволило говорить о «веке Дарвина», то ее микроскопическое решение – картина молекулы живого вещества и закодированной в ней наследственности организма – дает право назвать

наше столетие веком молекулярной биологии и ее неисчерпаемых результатов в генетике, медицине и т. д. Но каждый из претендентов на обобщающее название века все же кажется недостаточным. И не потому, что наряду с атомной энергетикой выросли кибернетика, молекулярная биология, космические исследования. Перечисленных названий недостаточно потому, что между всеми отмеченными в них тенденциями существует глубокая связь и по исходным теоретическим позициям и экспериментальным данным, и по стилю научного мышления, и по экономическому и культурному эффекту. Забегая вперед, ограничимся кратким замечанием об общем эффекте науки XX века, характерном для всех отраслей производства, для культуры и стиля мышления. Этот эффект – несравнимый с прошлым динамизм развития различных областей общественной жизни, непосредственно зависящий от характера современной науки.

     Наука XX века – прежде всего неклассическая наука. И не только потому, что она отказалась от классических устоев, претендовавших на окончательный и абсолютно точный характер. Она неклассическая по своему стилю. Именно поэтому она приводит не только к незатухающей скорости научно-технического прогресса. Она ускоряет и технический, и культурный прогресс.

     В «Рассуждениях о науках и искусствах» Ж. Ж. Руссо вспоминал о пришедшей из Египта в Древнюю Грецию легенде о боге, создавшем науку. Этот бог, говорит легенда, был врагом человеческого спокойствия. Различие между наукой XX и XIX веков состоит в том, что старая наука не так явно и не так непрерывно «беспокоила» человечество, не так явно демонстрировала враждебную человеческому спокойствию тенденцию своего легендарного создателя. Динамизм науки в XX веке отчетливо виден, если сравнить то, что она получила от предыдущего века, и то, что она передаст следующему.

К концу XIX века сложилось довольно устойчивое представление о мире. В его основе лежала классическая механика, законы Ньютона, которые казались непоколебимыми. На них наслаивались законы физики. Они были несводимы к механике. В термодинамике не обращали внимания на поведение отдельной молекулы, а интересовались лишь средними скоростями молекул, т. е. температурами. Было известно, что тепло переходит от тел с более высокой температурой к телам с менее высокой температурой и, таким образом, температура выравнивается. Поэтому в теории тепла существовало понятие необратимого процесса: с течением времени в изолированной системе необратимо возрастает равномерность распределения тепла, то, что называется энтропией. Этим теория тепла явным образом отличается от механики, где все процессы могут идти и в обратном направлении. Отличаясь от механики, термодинамика, изучающая поведение больших множеств молекул, не могла в своей физической расшифровке полностью оторваться от кинетической теории, рассматривающей движение и соударение отдельных молекул, при котором, согласно общему убеждению, они целиком подчиняются законам механики, законам Ньютона.

     В электродинамике центральным понятием было понятие электромагнитного поля. Магнитное поле вызывается изменением электрического поля, электрическое – изменением магнитного поля. Поэтому, когда где-нибудь возникает переменное электрическое поле, оно индуцирует магнитное, которое в свою очередь оказывается переменным, индуцируя электрическое поле, и тем самым начинают распространяться электромагнитные колебания. К концу XIX века уже было известно, что частям видимого спектра соответствуют электромагнитные волны различной частоты, причем электромагнитные волны с большей частотой, чем те, которые дают фиолетовый свет, – это невидимое ультрафиолетовое излучение, а за волнами меньшей частоты, дающими видимый красный свет, простирается область электромагнитных волн еще меньшей частоты – невидимое тепловое, инфракрасное излучение. В самом конце века стали известны волны с еще большими частотами, чем в ультрафиолетовой части спектра, – рентгеновские лучи и гамма-излучение радия. За инфракрасными лучами были открыты волны во много раз меньшей частоты и соответственно с большей длиной волны – радиоволны, нашедшие применение в последние годы прошлого столетия.

     Электродинамические и оптические процессы ученые стремились объяснить по аналогии с механическими процессами. Основой этой тенденции была гипотеза эфира. Волны в эфире – это свет и все другие электромагнитные волны. Таким образом, понятие электромагнитного поля как будто не выходило за рамки механического представления о телах, которые передвигаются в пространстве, притягивая и отталкивая друг друга, не выходило за рамки простой, непротиворечивой, традиционной картины мира.

     Гипотеза  эфира была как бы выражением «викторианской» тенденции в науке. Имя долго царствовавшей английской королевы Виктории стало в XIX веке символом традиционности и устойчивости. В науке было немало «викторианских» понятий, исключавших «беспокойство». С их помощью приходили к выводу, что она развивается путем непротиворечивой логической и экспериментальной конкретизации некоторых абсолютно устойчивых исходных аксиом. По это не всегда удавалось. В частности, эфиру приходилось приписывать весьма противоречивые свойства. С ним было много хлопот. М. Планк говорил, что эфир – это «дитя классической физики, зачатое во скорби».

     Очень тяжелым испытанием теории эфира была невозможность зарегистрировать движение тел относительно эфира. Если тела при своем движении увлекают эфир, то свет должен распространяться в движущейся системе с одинаковой скоростью туда и обратно (как пловец в бассейне на движущемся корабле будет пересекать этот бассейн в длину с одной и той же скоростью, проплывая это расстояние за одно и то же время и вперед – по движению корабля, и назад – от носа корабля к корме). Но в данном случае свет будет распространяться в этой системе с иной скоростью, чем его скорость в недвижущейся системе, т. е. в неподвижном эфире, и различие можно будет заметить. Если же движущиеся тела не увлекают эфир, то свет будет распространяться с различной скоростью вперед и назад в движущейся в эфире системе (как пловец будет с различной скоростью плыть вперед и назад в движущемся решетчатом бассейне, сквозь который свободно проходит не увлекаемая бассейном вода).

     Однако  многочисленные эксперименты не продемонстрировали разницы скорости света ни по отношению к данной системе, ни по отношению к внешнему пространству. Таким образом, оба предположения оказались экспериментально не подтвержденными. Нельзя говорить, что тела при своем движении увлекают эфир, и нельзя говорить, что тела движутся в эфире, не увлекая его. Мы вернемся к этой коллизии немного позже, при характеристике теории относительности.

     Пока  же отметим, что в конце XIX века эта  ситуация внушала смутные опасения, но не давала повода для решительного отказа от эфира, не укладывавшегося в норму поведения, свойственную обычным телам.

     В целом наука XIX века склонялась к мысли о законченной картине мира, к представлению о том, что эта картина мира завершена в ее фундаментальных основах. Английский физик Дж. Дж. Томсон утверждал, что науке осталось лишь уточнять детали, поскольку в основном человек уже знает, как устроен мир. Конечно, такой крайний взгляд не был общим. Многие понимали, что перед наукой бесконечный путь преобразования фундаментальных идей. Но и сам Томсон, говоря о безоблачном небе науки, указывал на два облака: затруднения теории теплового излучения и отсутствие изменения скорости света в движущихся телах. Из этих облаков и грянул гром. А пока он не грянул, наука XIX века могла к окончанию столетия предъявить весьма внушительную схему мироздания.

     В основе этой схемы лежит идея сохранения основных законов бытия при переходе от одного звена иерархии вещества к другим, от атома к молекуле, от молекулы к макроскопическим телам, в частности к живому организму, затем к планетам, к солнечной системе, к звездам, к галактике. В начале этой иерархии находится атом. Атомы считались твердыми шариками, обладающими различной массой и различными физическими и химическими свойствами. Было известно несколько десятков различных типов атомов, различных элементов, входящих в периодическую таблицу. На исходе столетия стали известны электроны – минимальные заряды электричества. Возникло представление о субатомах – частицах меньших, чем атом. Такими частицами служили электроны. Это, однако, не могло нарушить спокойствия. Принципиальная возможность дальнейшего перехода к телам «меньше атома» и «больше галактики» всегда допускалась. Еще в начале нашего столетия по поводу электронов повторяли старые концепции бесконечной иерархии, которая тянется в обе стороны, причем структура все больших включающих и все меньших включенных систем одна и та же.

     Второе  звено иерархии – молекула. В  течение XIX века химия узнала о структуре громадного количества сложных веществ и определила состав их молекул. О природе сил, связывающих атомы в молекулы, знали так же мало, как о природе различий между атомами. Но об этом не слишком беспокоились. Наука могла идти вперед, не углубляясь в эти вопросы. То же можно сказать и о больших, включающих системах. Что касается живых организмов, то наука всесторонне изучила макроскопические законы естественного отбора, но остановилась перед проблемой наследственности и изменчивости организмов. Благодаря Г. Менделю стали известны некоторые законы наследственности, но природа их не была раскрыта.