книги из ГПНТБ / Семенчев, В. М. Физические знания и законы диалектики научное издание

fi содержание опыта. Поскольку опыт может стать физическим знанием, превратившись в противополож­ ность, а теория, —сопоставив свое содержание с про­ тивостоящим ей опытом, постольку внутренняя жизне­ способность теории и опыта проявляет себя и с необходимостью выражается в единстве противопо­ ложностей — теории и опыта, где каждая из сторон данного единства превращена в свою противополож­ ность.

Сказанное совсем не означает, что все содержание опыта находит свое теоретическое объяснение. Напро­ тив, несводимость опыта к теории обязательно пред­ полагает наличие в опыте теоретически не объясняе­ мых результатов, которые принимаются во внимание при построении теорий. Но в свою очередь все эти не объясненные теоретически результаты являются главным предметом теоретического осмысливания.

Таковыми являются, например, многие законы со­ хранения, открытые в мире элементарных частиц и представляющие собой пока «просто эмпирические правила, природа которых еще не понята сколько-ни­ будь глубоко»

Данный анализ, во-вторых, позволяет отметить и некоторые важные в настоящем плане обстоятельства.

Переходы теории и опыта в свою противополож­ ность, т. е. содержания теории в результаты опыта, а результатов опыта в теорию, означают переходы с одного уровня на другой уровень. Так, эксперименты, которые следуют из теории Тп, по отношению к этой теории будут, конечно, только аналитическими, коли­ чественно значимыми. Но по отношению к теории Тп—\ эти же эксперименты окажутся уже синтетиче­ скими, качественно значимыми, так как из представ-1

1 Р. Кристи, А. Питти. Строение вещества: введение в сов­ ременную физику, стр. 561.

112

лений, лежащих в основе этой теории, они невыводимы. В ином случае эта теория и была бы теорией Тп .

Это как раз и объясняет то положение, что опыт, эксперимент, результат которого может быть описан языком теории Тп, не может быть описан языком теории 7'„_i (без введения понятия собственного мо­ мента вращения электрона нельзя объяснить резуль­ тат опытов, выявивших гиромагнитные аномалии);

В то же самое время теория, построенная на осно­ ве экспериментов £„, в качестве своих следствий должна дать не только все эксперименты Еп, но так­ же и ряд экспериментов Еп+ь которые могут быть описаны на языке этой теории. Следовательно, экспе­ рименты £ n+i описываются языком теории Тп (Яп)> но сама теория Тп строится на основе эксперимен­ тов Еп, которые могут быть описаны на языке тео­ рии У„-1:

Еп{Яп— 0 ~ > Тп{Яп) —1*Еп - \ - к

Это положение прямо свидетельствует в пользу того, что к любой физической теории и к любому физическому опыту необходимо подходить с двух раз-’ личных позиций: с позиции предшествующего уров­ ня знаний и с позиции уровня знания настоящего.

Эти две позиции суть не что иное, как два качест­ венно иных уровня единства эксперимента и теории, различающиеся таким образом, что единство экспери­ мента Еп и теории Тп обеспечивается, выражается

ческая теория создается как бы дважды: на языке предшествующего уровня технической и теоретической мысли (классическое представление «спина») и на языке нового уровня этой мысли (квантовое представ­ ление «спина»). Переход к этому новому языку и зна­ менует собой переход количественно значимого для

Развитке, как бы повторяющее пройденные уже ступени, но повторяющее их иначе, на

В. И. Ленин

Глава 3

ДИАЛЕКТИКА ОТРИЦАНИЯ

Понимание развития физических знаний было бы не­ полным и односторонним, если бы оно осталось огра­ ниченным представлением о качественном преобразо­ вании физического опыта и физической теории.

Если в результате внутреннего противоречия в фи­ зическом знании 'появляются его качественно новые разделы, если развитие физической науки являет со­ бой процесс смены одних физических знаний другими, то каким образом взаимосвязаны в этом процессе сменяемое и сменяющее? Без наличия такой взаимо­ связи нет истории науки (т. е. нет развития науки). Без раскрытия закономерностей этой связи невозмож­ но дать объяснение этой истории, объяснение, в необ­ ходимости которого в отличие от простого описания «заключена самая суть марксистско-ленинской исто­ рии естествознания» История физической мысли не может рассматриваться как простой набор научных событий или последовательные «вспышки научной1

1 См. Б. М, Кедров. В. И. Ленин и диалектика развития ес­ тествознания («Материалы к Второму Всесоюзному совещанию по философским вопросам современного естествознания, посвя­ щенному 100-летию со дня рождения В. И. Ленина»). М., 1970.

стр. 2—3. .

мысли», которые безвозвратно уходят в прошлое, не оставляя следа в настоящем и не оказывая влияния на будущее'. Уже потому, что качественно новые фи­ зические знания возникают на основе имевшего место противоречия и заключают в себе противоречие как основу следующего этапа физической мысли, в пони­ мание развития физических знаний необходимо вклю­ чить представление о закономерностях связи прошло­ го, настоящего и будущего. И если сами научные открытия могут стать достоянием истории, то законо­ мерности их возникновения и развития продолжают действовать и сейчас как закономерности общего хода всего человеческого познания, всей науки вообще, и естествознания, и политической экономии, и истории Так перед нами встает вопрос о форме процесса пре­ образования физических знаний, т. е. о закономерно­ стях связи прошлого с настоящим, а настоящего с бу­ дущим в процессе развития физической мысли.

1. СООТВЕТСТВИЕ ПРИНЦИПАМ

Утверждение о том, что прошлое влияет непосредст­ венным образом на формирование настоящего, а на­ стоящее — на формирование будущего, ни в коем слу­ чае не является тривиальным и само-собой разумею­ щимся. Отдельные сторонники субъективно-идеалисти­ ческой трактовки развития естествознания (Г. Вейль, например) считали, что новое в физической мысли оп­ ределяется только «капризом гения» и «свободой его мысли», т. е. отрицали наличие объективных законо­ мерностей развития науки.

Представление о развитии физических знаний как о естественноисторическом процессе, т. е. процессе,

1См. В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 29, стр. 298.

116

подчиненном прежде всего материальному производ­ ству, социальным условиям, а также объективным за­ кономерностям развития человеческого познания, исключает субъективистский подход к возникновению новых физических идей.

Нельзя отрицать роль прозорливости ума и эру­ диции ученого в творческом поиске. Но не этими или какими-либо иными субъективными качествами тита­ нов научной мысли определяются главнейшие черты развития физических знаний. Новые физические зна­ ния появляются как результат экспериментального исследования действительности и на основе сущест­ вующих физических теорий, а не как следствие само­ произвольного устремления интеллекта. Факты, и только факты направляют поиск и определяют в ко­ нечном счете его результаты. Но поскольку факты находят свое объяснение и истолкование на основе физических теорий, роль которых заключается и в предвидении новых фактов, то существующие физи­ ческие теории также играют роль в поиске новых знаний. Это и означает, что развитие физических зна­ ний существенным образом зависит от состояния нау­ ки в прошлом и настоящем, т. е. от существующих теоретических представлений и наличных эксперимен­ тальных данных.

Попытаемся окинуть единым взглядом какойнибудь значительный период в преобразовании физи­ ческих знаний. Мы сразу заметим, что сам процесс преобразования их находится под явным влиянием сложившихся ранее методов и теорий, существовав­ шей опытной основы. В этом отношении не составляют исключения даже такие революционные преобразова­ ния в физике, как возникновение квантово-механиче­ ских представлений. Посмотрим на историю возник­ новения этих представлений глазами одного из наи­ более активных ее участников, одного из крупнейших

117

теоретиков новой физики — В. Гейзенберга. Обсуждая положение и роль квантовой теории в представлени­ ях современной физики, Гейзенберг заметил: «...мож­

в квантовой теории; новые идеи атомной физики скон­ центрированы и, так сказать, выкристаллизованы в той окончательной форме, которую приняла, наконец, квантовая теория... Все же в отношении того, что ка­ сается экспериментальной техники, современная ядерная физика является только прямым следствием метода исследования, который всегда со времен Гюй­ генса, Вольта и Фарадея определял развитие естест­ вознания. Точно так же можно сказать, что обескура­ живающая математическая сложность некоторых разделов квантовой теории представляет собой лишь

крайнее развитие методов, которые были открыты Ньютоном, Гауссом и Максвеллом (курсив мой.—■

В. С .)»1.

Каким же образом шло «крайнее развитие ме­ тодов»?

Известно, что важнейший шаг в отходе от старых представлений был сделан под воздействием желез­ ной логики фактов и теоретических оснований М. Планком, хотя субъективно он даже сопротивлял­ ся такому отходу. Следующие важнейшие шаги свя­ заны с именем А. Эйнштейна, работавшего в это вре­ мя над специальной теорией относительности и сумев­ шего смело отойти от ньютоновского понимания про­ странства и времени. Именно Эйнштейн обратил вни­ мание на две проблемы, объяснить которые можно было исходя из гипотетичных в то время представ­ лений М. Планка.

Первой из этих проблем было явление фотоэлект-

1 В, Гейзенберг. Физика и философия, стр. 10—11,

118

рического эффекта. При облучении металла световым потоком из металла выбиваются электроны. В таких опытах открывалась возможность определения энер­ гии испускаемых электронов. При этом оказывалось, что энергия этих электронов зависит не от интенсив­ ности светового потока, а от его цвета, т. е. от часто­ ты световых колебаний, или длины световых волн. Существовавшие представления об излучении, каза­ лось бы, не должны были приводить к таким резуль­ татам. ' Здесь-то Эйнштейн и использовал гипотезу Планка о дискретном характере энергии излучения, высказав предположение о квантах света, фотонах. Он предложил рассматривать фотоэффект как явле­ ние соударения светового кванта с электроном, в ре­ зультате чего световой квант отдает свою энергию электрону, а сам перестает существовать.

Энергия отдельного светового кванта (фотона), согласно гипотезе Планка, должна быть равной ча­ стоте света, умноженной на новую физическую кон­ станту (постоянную Планка): Е = xh.

Эта энергия частично идет на преодоление сил сцепления электрона с веществом, частично превра­ щается в кинетическую энергию электрона:

И тогда закон сохранения энергии в фотоэлектри­ ческом эффекте будет выглядеть таким образом:

1 л I mv xh — А А------- .

2

Сам внешний вид этой формулы представляет собой «кентавра»: «новое» (xh) органически соедини­ лось со «старым», которое как бы поддержало «но­ вое» и дало возможность объяснить то, что без него объяснить было цельзя.

П9

Строго говоря, путь, который предложил Эйн­ штейн, не являлся единственно возможным для объ­ яснения фотоэлектрического эффекта. Вполне возмож­ ным оказывалось и предположение о постепенном накапливании фотоэлектроном энергии, передаваемой электромагнитной волной. В 1905 г., когда Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект, такое возраже­ ние являлось еще' достаточно вероятным. Но шаг в сторону отказа от старых представлений был сде­ лан, и наука пошла по новому пути. А возражение было снято только в 1924 г. опытами советских ученых А. Ф. Иоффе и Н. И. Добронравова, которые с изу­ мительной наглядностью показали, что некоторые явления совершенно несовместимы с предположением о постепенном накапливании энергии и передаче ее одному электрону.

Второй проблемой, решенной с помощью гипотезы Планка,, стало объяснение удельной теплоемкости твердых тел. Ситуация, которая возникала при объяс­ нении этого явления с прежних позиций, напоминала ситуацию с «черным излучением». Существовавшая теория теплоемкости приводила к величинам, которые хорошо согласовывались с опытом в области высоких температур, но значительно . расходились с опытом в области температур низких. Эйнштейн сумел пока­ зать, что при введении квантовых представлений рас­ хождение между теорией и результатами эксперимен­ тов и в этой области может быть ликвидировано, т. е. можно получить более строгое согласование теории с экспериментом.

Два таких результата были большим шагом вперед на пути выработки новых физических представлений. Гипотеза Планка, заключавшая это принципиально новое, была применена при объяснении явлений, да­ леко отстоящих друг от друга и от тех явлений, по отношению к которым она была высказана. В этом

120