3.Причинность и детерминизм в классическом естествознании

Ещё одно философское учение, неоднократно привлекавшееся для объяснения поведения природы, основано на понятии причины и следствия. Мы ищем причины, полагая, что знания причин позволит нам получить желаемые следствия. Причинность лишь констатирует существование причины и следствия, ничего не говоря о механизме связи между ними. На протяжении нескольких столетий (вплоть до начала XX в) причинность действительно подразумевала существование некоего механизма. Многие явления происходят потому, что причина и следствие связаны физическим механизмом, который порождает следствие. В первоначальном варианте учение о причинности предполагало непосредственный “контакт” между причиной и следствием, т.е. их пространственную смежность. Но вскоре понятием причинности стали пользоваться и при рассмотрении дальнодействия, например, в случае тяготения.

Как большинство философских учений, учение о причинности зародилась в Древней Греции. Аристотель различал четыре типа причин, действующих в мире: форму, цель (т.е. ”то, ради чего”), материю (“то, из чего “), и источник движения или «творящее начало». Великий Архимед, умевший применять свои знания на практике, подчёркивал знание принципа причинности, интерпретируя последний в духе “творящего начала ” Аристотеля. Согласно Архимеду, причинность приводит к тому, что материя всюду и всегда ведёт себя упорядоченно и предсказуемо.

Выявление причинности в науке Нового времени берёт начало с Галилея. Он говорил о земном тяготении, как о причине движения земных тел, хотя ему пришлось отказаться от причинности, ограничившись математическим описанием движения. Ньютон и его современники разработали концепцию, сохранившуюся по существу в следующих двух столетиях. Согласно этой концепции, причинность присуща самой природе физического мира. Следуя такой концепции, Ньютон ввёл универсальную силу тяготения, как причину эллиптичности планетных орбит. Лейбниц говорил, что всё, что случается, имеет свою причину.

Совершенно иное толкование причины и следствия предложил Иммануил Кант. Находясь под сильным влиянием ньютоновской науки той эпохи, Кант выступил в защиту системы небесной механики и даже существенно дополнил ее в работе "Всеобщая естественная история и теория неба" (1755 г.). В своем основном философском сочинении "Критика чистого разума" (1781) Кант утверждал, что причинность является логической предпосылкой всего рационального мышления. По Канту, разум не нуждается в подтверждении эмпирическими данными. Во втором издании "Критики чистого разума" (1787) Кант так определил причинность: "Все изменения происходят по закону связи причины и действия"

Шотландский философ Дэвид Юм поставил под сомнение само понятие причинности. В работе "Исследование о человеческом познании" (1793) Юм утверждал: “единственная непосредственная польза всех наук состоит в том, что они обучают нас управлять будущими явлениями и регулировать их с помощью причин. Обладающие сходством объекты всегда соединяются со сходными же - это мы знаем из опыта; сообразуясь с последними можем поэтому определить причину как объект, за которым следует другой объект, при чем все объекты, похожие на первый, сопровождаются объектами похожими на второй”. По убеждению Юма, сам по себе тот факт, что мы знаем о следовании события А за событием В, даже если это следование многократно повторялось, отнюдь не доказывает, что и в будущем событие А неизменно будет следовать за событием В. Юм приходит к выводу, что наша вера в причинность не более, чем привычка, и с полным основанием утверждает, что привычка не может служить подходящей основой для веры.

Но, несмотря на критику Юма, Милля и др. к концу XIX в. причинность в глазах естествоиспытателей поднялась до статуса самоочевидной истины, который столетием раньше Кант придал ей, исходя из метафизических оснований. Отношение к причинности, сложившееся в конце XIX в., достаточно четко выразил Герман Гельмгольц в своей "Физиологической оптике": “Принцип причинности носит характер чисто логического закона даже в том, что выводимые из него следствия относятся в действительности не к самому опыту, а к пониманию опыта и, следовательно, не могут быть опровергнуты никаким возможным опытом”.

Но, оказывается, в природе могут быть и более сложные связи. У одного и того же следствия могут быть разные причины: например, превращение насыщенного пара в жидкость за счёт повышения давления или за счёт понижения температуры. В тепловом движении, например, скорость, кинетическая энергия, импульс отдельной частицы изменяются без изменения макропараметров (температуры, давления, объёма), характеризующих систему в целом. Значит, состояние системы не определяется движением отдельных частиц. Количественные изменения в числе частиц приводят к качественно новым особенностям в их движении, которые описываются статистическими законами, имеющими вероятностный характер. Это связано с действием на частицы большого числа случайных обстоятельств и с проявлением случайности в их движении. Но случайные явления не беспричинны, они имеют свою причину, однако предсказать те или иные следствия в этом случае мы можем лишь с определенной степенью вероятности.

Поскольку причины того или иного явления не всегда удается установить, а механицизм также не всегда может объяснить разнообразные явления, в XIX веке господствующее положение приобрело философское учение под названием "детерминизм". Первые зачатки детерминистских взглядов можно найти в сочинениях Демокрита и его последователей. "Люди измыслили идол (образ) случая, чтобы пользоваться им как предлогом, прикрывающим их собственную нерассудительность", – писал Демокрит. Он отрицал случайность в природе в смысле беспричинности, считая её непознанной необходимостью.

Различие между учением о причинности и детерминизмом отмечал еще Декарт: "Следствие отстает во времени от причины из-за ограниченности чувственных восприятий человека". Суть детерминизма проще всего объяснить с помощью аналогии. Если аксиомы Евклидовой геометрии заданы, то свойства фигур в рамках этой геометрии полностью определены как необходимые логические следствия. Говорят, что Ньютон как-то спросил, зачем нужно доказывать теоремы Евклидовой геометрии, если они очевидным образом следуют из аксиом. Все же большинству людей требуется немало времени, чтобы доказать каждую из теорем. Но хронологический порядок открытия новых геометрических свойств, который связывает аксиомы и теоремы такой же временной последовательностью, как причину и следствие, в действительности иллюзорен.

Так же обстоит дело и с физическими явлениями, считал Декарт. Для "божественного разума" все явления "существуют" в одной математической структуре. Но наши чувства в силу ограниченности их возможностей распознают явления не одновременно, а одно за другим, и поэтому мы одни явления принимаем за причины других. Отсюда понятно, считал Декарт, почему математика позволяет предсказывать будущее. Это становится возможным благодаря ранее полученным соотношениям. Именно математическое соотношение дает самое ясное физическое объяснение реальности. Кратко можно сказать, что реальный мир - это совокупность математически представимых движений объектов в пространстве и времени, а Вселенная в целом - огромная гармоничная машина, построенная на основе математических законов. Кроме того, многие философы, включая самого Декарта, утверждали, что математические законы заданы раз и навсегда, поскольку так сотворил мир сам Бог, а Божья Воля неизменна, независимо от того, удалось ли человеку проникнуть в сокровенные замыслы Бога, мир функционировал по закону, и закономерность процессов, происходящих в природе, не ставилась никем под сомнение, по крайней мере, до начала XIX в.

Ньютоновская концепция Вселенной, состоящей из твердых неразрушимых частиц, каждая из которых действует на другие с вполне определенной, вычисляемой силой, была положена в основу последовательного детерминизма французским астрономом и математиком Лапласом. Впервые принципы детерминизма были чётко сформулированы П.Лапласом в 1775 году: "Все явления – даже те, которые по своей незначительности как будто не зависят от великих законов природы, суть следствия столь же неизбежные этих законов, как обращения Солнца. Не зная уз, соединяющих их с системой мира в её целом, их приписывают конечным причинам или случаю, в зависимости от того, происходили ли и следовали они одно за другим с известной правильностью, или же без видимого порядка, но эти мнимые причины отбрасывались по мере того, как расширялись границы нашего знания и совершенно исчезли перед здравой философией, которая видит в них лишь проявления неведения, истинная причина которого мы сами.

Всякое имеющее место явление связано с предшествующими на основании того принципа, что какое-либо явление не может возникнуть без производящей его причины".

Таким образом, Лаплас рассматривал "систему мира в едином целом", где всё взаимосвязано и определяется действием "великих законов природы", а случай – это лишь "проявление неведения". Понятие необходимость Лаплас относит к объективной реальности, считая неотъемлемым свойством материи, вне зависимости от восприятия этой объективной реальности. Развивая эту мысль, Лаплас писал:

"Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, и относительное положение все её составных частей, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движением легчайших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, как прошедшее, предстало бы перед его взором. Ум человека... даёт нам представление о слабом наброске того разума".

Концепция детерминизма, по Лапласу, предполагает однозначность и предопределённость будущего, это вытекает из признания жёсткой причинно-следственной связи между событиями и явлениями и отрицания объективной случайности.

Формулируя принципы детерминизма, Лаплас, естественно, базировался на достижениях современной ему науки и, в первую очередь, классической механики и астрономии. Эти науки получили к концу 18 века законченное выражение благодаря работам Ньютона, Галилея и других исследователей и, в частности, самого Лапласа. Поэтому концепцию Лапласа часто называют механистическим детерминизмом. Детерминизм завоевал столь прочные позиции, что философы стали подходить с детерминистской точки зрения к оценке деятельности человека как части природы. Идеи, волевые акты и действия человека рассматривались как неизбежное проявление взаимодействия материи с материей. По мнению детерминистов, человеческая воля определяется внешними физическими и физиологическими причинами. Гоббс, например, объяснял кажущуюся свободу воли следующим образом. События извне воздействуют на наши органы чувств, а те, в свою очередь, на мозг. Движение внутри мозга порождает то, что мы называем аппетитом, восторгом или страхом, но все эти чувства - не более чем наличие движения внутри мозга. Когда аппетит и отвращение сталкиваются в противоборстве, наступает особое физическое состояние, именуемое осмотрительностью. Одно движение одерживает верх над другим, а мы говорим о проявлении свободы воли. Но в действительности выбор преобладающего движения принадлежит не личности. Мы видим результат, но не в состоянии осознать определяющий его процесс. Свободы воли не существует. Это бессмысленный набор слов. Воля жестко ограничена действиями материи.

Вольтер в сочинении "Невежественный философ" утверждал: "Было бы очень странно, если бы вся природа, все планеты должны были бы подчиняться вечным законам, а одно небольшое существо, ростом в пять локтей, презирая эти законы, могло бы действовать, как ему заблагорассудится". Случай – не что иное, как слово, придуманное для обозначения известного действия неизвестной причины.

Этот вывод был настолько категоричен, что даже материалисты попытались умерить его остроту. Некоторые из них утверждали, что детерминированы только действия человека, но не его мысли. Другие пытались найти новую интерпретацию свободы, пытаясь сохранить хотя бы какое-то подобие ее. Вольтер саркастически заметил в этой связи: "Быть свободным означает иметь возможность делать что угодно, а не хотеть что угодно".

Логическим следствием и продолжением работ Лапласа явились исследования его ученика и последователя А.Кетле. Базируясь на детерминистских концепциях, Кетле предположил, что поскольку объективно случайных событий нет, то события и явления, которые относятся к категории случайных ввиду нашего незнания, должны, в конечном счёте, отражать определённые детерминистские связи. В соответствии с этим Кетле проводит тщательный статистический анализ преступности во Франции, Бельгии и Великобритании. Результаты анализа были опубликованы в 1829 и 1831 годах и вызвали сенсацию. Выявилась строгая повторяемость не только числа преступлений в этих странах, но и совпадение количества преступлений по категориям. Позже Кетле анализирует и другие общественные явления, такие, как вступление в брак, самоубийство, рождаемость и др.

На основании этих исследований Кетле пытался создать социальную науку. Это ему не удалось, но его работы положили начало широкому использованию вероятностно-статистических методов в научных исследованиях. Сначала эти методы были применены при анализе социальных явлений, а затем стали использоваться и в точных науках, что позволило совершить множество открытий.

С научной точки зрения утверждение "событие А определяет событие В" означает, что если задано событие А, то можно вычислить событие В. Следовательно, применение детерминизма в точных науках можно охарактеризовать следующим образом: если состояние некоторого множества объектов в произвольный момент времени задано, то состояние объектов того же множества в любой момент времени в будущем может быть определено путём вычислений.

Однако ещё Дж. Максвелл указывал на существование ситуаций (которые он называл особыми точками), в которых поведение механической системы становится нестабильным, как, например, камень на вершине горы может вдруг сорваться, вызывая лавину. Максвелл предостерегал своих учёных коллег от недооценки роли таких ситуаций и считал, что если изучение особых точек сменит непрерывность и стабильность вещей, то успехи естествознания, возможно, позволят устранить предрасположение к детерминизму.

Лидер физической науки своего времени, Максвелл стал пророком для следующего поколения учёных. Некоторые из его работ по кинетической теории газов способствовали закату детерминизма. Трещины и пробелы, которые Максвелл увидел в детерминистской, схеме вскоре расширились. На смену детерминизму пришли статистические законы.

Применение законов статистики в физике началось со статистической механики, где ещё можно было предполагать, что, детально описав миллионы столкновений молекул, каждая из которых подчиняется законам классической механики (доведённой к концу XIX века Гамильтоном до уровня завершённой науки), и, таким образом, поведение которой полностью детерминировано, мы могли бы предсказать поведение газа в целом. Но число столкновений столь велико, что рассматривать подобные коллективные эффекты можно только статистическими методами. Первым стал использовать статистические законы кинетической теории газов Людвиг Больцман, чей подход был радикален в эпоху господства механицизма и детерминизма и вызвал ожесточённые споры. Однако сокрушительный удар по детерминистскому мировоззрению был нанесён несколько позже.

Развитие физики вплоть до середины Х1Х века шло в основном в рамках ньютоновских воззрений, но всё больше и больше новых открытий, особенно в области электрических и магнитных явлений, не вписывалось в рамки механистических представлений, т.е. МКМ становилась тормозом для новых теорий, и назревала необходимость перехода к новым воззрениям на материю и движение. Оценивая МКМ как этап эволюции физической картины мира, необходимо иметь в виду, что с развитием науки основные представления МКМ не были просто отброшены, а в значительной мере сохранялись как предельный случай. Развитие науки лишь вскрыло относительный характер МКМ. Несостоятельной оказалась не сама МКМ, а её исходная философская идея – механицизм. В недрах МКМ стали складываться элементы новой – электромагнитной – картины мира.

Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их исследование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию. Был открыт качественно новый вид материи – поле. Что же такое физическое поле? Можно ли представить его наглядно с помощью простых, доступных нашему пониманию образов? Как оно соотносится с представлениями о частицах вещества?

Самое простое представление о поле дает сплошная среда, например вода, заполняющая некоторую область пространства (или же вообще пространство). Эта среда может иметь в разных точках, например, различную плотность или температуру, по-разному двигаться. Именно конкретное физическое свойство среды, разное в разных точках и доступное для измерений, физически определяет поле. В связи с этим различают поле температур, поле скоростей, силовое поле и т.д.

В философском плане разделение мира на тела и частицы, с одной стороны, и сплошную среду, поле и пустое пространство – с другой, соответствует выделению двух крайних свойств мира – его дискретности и непрерывности. Дискретность (или прерывность) означает – «зернистость», конечную делимость пространственно-временного строения и состояния предмета или объекта, его свойств и форм движения (скачки), тогда как непрерывность выражает единство, целостность и неделимость объекта, сам факт его устойчивого существования. Для непрерывного нет границ делимого.

В рамках классической физики дискретные и непрерывные свойства мира первоначально выступают как противоположные друг другу, отдельные и независимые друг от друга, хотя в целом и дополняющие общее представление о мире. И только развитие концепции поля, главным образом для описания электромагнитных явлений, позволило понять их диалектическое единство.

Итак, к концу XIX века физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля. К началу ХХ столетия появились экспериментальные результаты, которые трудно было объяснить в рамках классических представлений. В этой связи был предложен совершенно новый подход – квантовый, основанный на дискретной концепции. Квантовый подход впервые ввёл в 1900 г. немецкий физик Макс Планк (1858-1947), вошедший в историю развития физики как один из основоположников квантовой теории. Его трудами открывается третий этап развития физики – этап современной (неклассической ) физики, включающий не только квантовые, но и классические представления.

Согласно современным представлениям, классическая механика имеет свою область применения: её законы выполняются для относительно медленных движений тел, скорость которых меньше скорости света. В то же время практика показывает: классическая механика – безусловно истинная теория и таковой останется, пока будет существовать наука. Вместе с ней останутся и те общие и абстрактные «классические» образы природы – пространство, время, масса, сила и т.д., которые лежат в ее основе. По крайней мере, эти образы сохраняются в современной физике и во всем естествознании, только они стали четче и объемнее.

Б и б л и о г р а ф и ч е с к и й с п и с о к

Инфельд Л., Эйнштейн А. Эволюция физики. М., 1965.

Кемпфер Ф. Путь в современную физику. М., 1972.

Льоцци М. История физики. М., 1972.

Спасский В.И. Физика для философов. М., 1989.

Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., Наука, 1989

Пуанкаре А. О науке. – М.: Наука, 1983.

Липсон Г. Великие эксперименты в физике. М.: Мир, 1972.