1ogurtsov_a_p_otv_red_metodologiya_nauki_status_i_programmy

251

252

253

5.Бульенков Н.А., Тытик Д.Л. (2001) Универсальность модульного строения и возможности модульного дизайна структур наноматериалов // Сб. трудов V Всерос. конф. «Физикохимия ультрадисперсных систем». Ч. I. Екатеринбург, 2001. С. 31–40.

6.Bulienkov , Phan Van An (1999) Modular Design of Nanocomposite Structures Based on a-Al2O3 and Mechanisms of Structural Transformations Therein, CD-Proceedings of 12th International Conference on Composite

7.Phan Van An and Nikolai A.Bulienkov (2000) Vital Problems of Nanocomposite Structure and Possibilities of their Modular Design in «Materials Science Research International», vol. 6, 1, p. 22–28. (The Society of Materials Science, Japan ).

8.Бульенков Н.А. (1988) Периодические диспирационно-модуль- ные структуры «связанной воды» — возможные конструкции, определяющие конформации биополимеров в структурах их гидратов // Кристаллография. T. 33, № 2. C. 422–444.

9.Bulienkov N.A. (2003) The role of system-forming modular water structures in self-organization of biological systems // Journal of Molecular Liquids. 106, issues 2–3. P. 257–275.

10.Бульенков Н.А. (1991) Возможная роль гидратации как ведущего интеграционного фактора в организации биосистем на различных иерархических уровнях // Биофизика. T. 36, № 2. C. 181–243.

11.Бульенков Н.А. (1990) Параметрическая фрактально-триплет- ная структура «связанной воды» замкнутых поверхностей и возможность надмолекулярной самоорганизации капсул вирусов на их основе // Кристаллография. T. 35, № 1. C. 155–159.

12.Бульенков Н.А. (1986) Кооперативный (бимодульный) механизм образования различных преципитатов в бездислокационном кремнии // ДАН СССР. T. 290, № 3. C. 605–610.

13.Осипьян Ю.А., Негрий В.Д., Бульенков Н.А. (1987) Характерные особенности люминесценции и новый тип конфигурационных дефектов в пластически деформированных кристаллах CdS // Изв. АН

СССР. Cер. физ. T. 51, № 9. C. 1458–1464.

14.Бульенков Н.А. (1998) Обоснование понятия «кристаллический модуль» // Вестн. Нижегород. yн-та им. Н.И.Лобачевского. Cер. «Физика твердого тела», посвящ. памяти акад. Н.В.Белова. C. 19–30.

15.Lobyshev V.I., Solovey A.B., Bulienkov N.A. (2003) Computer construcnion of modular structures of water // Journal of Molecular Liquids. 106, issues 2-3. P. 277–297.

16.Лобышев В.И., Соловей А.Б., Бульенков Н.А. (2003) Компьютерный модульный дизайн параметрических структур связанной воды //

Биофизика. T. 49, № 6. C. 1104–1112.

С.В. Илларионов

Из лекций по теории познания и философии науки

Преамбула. В сборнике мы печатаем лекции С.В.Илларионова по гносеологии и философии науки. С.В.Илларионов (1938–2000) — прекрасный лектор и блестящий философ науки на протяжении ряда лет читал курс лекций по теории познания и философии науки в Московском физико-тех- ническом институте. Этот курс он почти подготовил к печати, но довести до конца эту работу не успел. Его вдова окончательно подготовила к печати данный курс лекций. Он состоит из двух частей: в первой освещаются основные проблемы теории познания (формирование науки, структура науки и научного знания, методы научного познания). Из этой части мы и печатаем две лекции. Вторая часть посвящена методологическим принципам научного познания (проверяемости, опровергаемости, наблюдаемости, простоты, соответствия, инвариантности, системности). В заключительных лекциях С.В.Илларионов обсуждал те методологические принципы научного познания, которые вызывают неоднозначное отношение со стороны физиков и философов. Работы С.В.Илларионова (его библиография напечатана в сборнике «Наука: возможности и границы», М., 2003, с. 287–291) готовятся к изданию.

Метод мысленного эксперимента

Метод мысленного эксперимента, как и метод математического эксперимента, относится к числу тех методов, о которых слушатели всегда спрашивают: а почему мы не рассматриваем их, когда обсуждаем метод эксперимента в научном познании вообще. Ответ состоит в том, что метод эксперимента относится к эмпирическому уров-

255

ню научного познания, тогда как указанные методы относятся полностью к теоретическому уровню, и слово эксперимент в их названии должно стоять в кавычках.

Метод мысленного эксперимента используется в теоретической познавательной деятельности очень давно. Первым примером использования метода мысленного эксперимента, который мне удалось обнаружить, являются апории Зенона Элейского, особенно об Ахиллесе и черепахе. Зенон ведь не экспериментировал с реальным Ахиллесом и реальной черепахой. Зеноновы «Ахиллес» и «черепаха» — это абстрактные понятия. И Зенон мысленно оперирует этими понятиями.

Можно найти еще несколько примеров использования такого типа рассуждений в античную эпоху. Наиболее интересными и значимыми являются мысленные эксперименты Архимеда, направленные на установление законов равновесия тел. Архимед прибегал к приему мысленного взвешивания частей тела.

Вообще, можно думать, что в античную эпоху этот метод имел широкое распространение, но, видимо, большинство таких рассуждений до нас не дошло. Поэтому основной областью, на которой можно выявить действенность метода, является наука Нового времени.

Метод мысленного эксперимента сыграл исключительно важную роль во всем развитии Науки, начиная с XVII века и вплоть до середины ХХ. Многие мысленные эксперименты стали эпохальными в развитии науки и получили имена собственные — демон Максвелла, поезд Эйнштейна, лифт Эйнштейна, микроскоп Гейзенберга — все это эпохи нашей физики.

Объем нашего курса ограничен и я не смогу рассмотреть все мысленные эксперименты, которые сыграли существенную роль в истории физики.

Первыми такими экспериментами в науке Нового времени стали мысленные эксперименты Г.Галилея. Первый из них относился к установлению первого закона Ньютона. Г.Галилей рассматривал поведение тележки на наклонной плоскости: если тележка катится вверх, то ее скорость уменьшается, а если она катится вниз, то скорость растет. А что будет на абсолютно горизонтальной плоскости? Поскольку горизонтальная плоскость есть нейтральное состояние, то скорость должна сохраняться. И таким образом Галилей приходит к качественному пониманию закона инерции. Второй мысленный эксперимент Галилея — эксперимент с «мухами». Галилей рассматривает поведение роя «мух», выпущенных из коробки, в неподвижной комнате и в каюте движущегося корабля и приходит к принципу относительности механического движения.

256

Если в мысленном эксперименте с тележкой на плоскости еще можно подозревать нечто близкое к реальному эксперименту, то во втором случае такое подозрение можно сразу отбросить. Ясно, что Галилей не ловил мух, не запирал их в ящик и не выпускал ни на суше, ни на море. Это именно мысленное оперирование и не мухами, а понятиями.

Теперь я пропущу два столетия и перейду сразу к XIX веку. Именно тогда метод мысленного эксперимента достиг расцвета и дал исключительно богатые результаты.

Одним из наиболее значительных мысленных экспериментов XIX века был знаменитый цикл Карно. Цикл Карно — это очень хороший и очень показательный пример. Действительно, Никола Леонард Сади Карно (1796–1832) не экспериментировал ни с какой реальной

тепловой машиной, он не использовал никаких реальных рабочих тел. Он осуществлял все эти действия мысленно. Напомню, что цикл Карно

состоит из четырех стадий — двух изотерм и двух адиабат, которые образуют замкнутый цикл, чтобы машина не просто сработала один

раз и остановилась, но могла осуществлять периодическую работу. Обратите внимание — нам все известно и про каждую изотерму, и про каждую адиабату, но каков окончательный результат! Я думаю, что всем вам ясно эпохальное значение цикла Карно — он стал началом всей термодинамики в целом и ее второго закона в частности (если это можно назвать частностью).

Но значение цикла Карно состоит не только в том (эпохальном) результате, который был получен с его помощью. Цикл Карно стал началом метода, который очень широко использовался в термодинамике XIX — начала ХХ века. Суть метода состояла в том, что для решения какой-либо термодинамической, а иногда и выходящий за рамки термодинамики, задачи строился специально цикл типа цикла Карно.

Именно так было получено известное уравнение Клапейрона– Клаузиуса для зависимости давления насыщенного пара от температуры

где λ — теплота испарения. При получении этого уравнения рассматривался цикл Карно, в котором рабочим телом является насыщенный пар.

Впоследствии точно так же было впервые получено уравнение для зависимости тока термоэлектронной эмиссии от температуры. Только там в качестве рабочего тела рассматривался электронный газ, «испарявшийся» из эмиттера.

257

Специальный интерес представляет мысленный эксперимент Бартолли-Больцмана. В этом «эксперименте» рабочим телом для цикла Карно являлось излучение черного тела, и результат состоял в том, что для того чтобы выполнялся второй закон термодинамики, необходимо, чтобы излучение обладало давлением. Таким образом, еще до опытов Петра Николаевича Лебедева (1866–1912) световое давление было дважды предсказано теоретически — Дж.Максвеллом из электродинамического расчета и Адольфо Бартоли (1851–1896) и Людвигом Больцманом (1844–1906) на основании метода циклов.

В свое время, когда я работал над этой темой, я прочитал книгу Вальтера Фридриха Германа Нернста (1864–1941) «Основы теоретической химии», изданную в 1906 г. (на немецком языке). В ней все соотношения химической термодинамики выводятся на основе метода циклов.

Эффективность метода циклов Карно привела к распространению его по аналогии и на другие области. Так основатель физической химии Якоб Хендрик Вант-Гофф (1852–1911) для рассмотрения проблем химического равновесия реакций применил мысленный эксперимент, который называется «ящик обратимости Вант-Гоффа». А в начале нашего века при рассмотрении энергий связи молекул и кристаллов очень активно использовался метод энергетических циклов Борна–Габера.

Рассмотрим цикл Борна–Габера на простейшем примере определения энергии связи (энергии диссоциации) ионной молекулы A+B –. Составим цикл из нескольких этапов:

На первом этапе молекула A+B – — разделяется на ионы A+ и B –, для чего требуется затратить энергию диссоциации D. На втором этапе у иона B – отнимается электрон и затрачивается энергия EB — средство к электрону атома B или энергия «ионизации» иона B – , определяемая спектроскопически. На третьем этапе электрон соединяется с ионом A+, и выделяется энергия IA — энергия ионизации атома A, определяемая спектроскопически. На четвертом этапе атомы A и B

258

259

можно использовать рассеяние света на электроне (эффект Комптона). Осветим электрон светом, соберем рассеянный электроном свет при помощи «микроскопа» на экране.

На экране появится световая точка. И теперь, зная положение точки и параметры микроскопа, можно найти координату электрона. Далее учтем, что в силу диффракции света на краю линзы на эк-

ране будет не точка, а конечное пятно размером порядка λ. Следовательно, координата электрона будет с неопределенностью

x ~ λ.

Для того, чтобы уменьшить x, нужно уменьшить λ. Теперь примем во внимание, что при рассеянии света на электроне электрон получает импульс отдачи и, следовательно, возника-

Вы видите — тривиальный рисунок, две строчки, а каков результат! Именно так впервые было получено соотношение неопределенностей. Сейчас вы его получаете, делая разложение волнового пакета в интеграл Фурье или вычисляя коммутатор некоммутирующих операторов. Но впервые соотношение неопределенностей было получено именно при помощи «микроскопа Гейзенберга». И опять я хочу подчеркнуть чисто теоретическую природу этого рассуждения. Вообще, развитие квантовой механики, а затем и квантовой теории поля было очень сильно связано с методом мысленного эксперимента. Широко известна дискуссия А.Эйнштейна и Н.Бора по познавательным проблемам квантовой механики в 1927 году. А.Эйн-

260