ФИЛОСОФИЯ И НАУКА
Проблема простого и сложного в эволюции науки1
Г. И. РУЗАВИН
Развитие науки характеризуется стремлением познать изучаемую область реального мира с максимальной глубиной и полнотой. В этих целях создаются понятия, законы и теории, которые с разной степенью глубины, общности и достоверности отображают исследуемые явления и процессы. В связи с этим в рамках самой науки различают разные уровни исследования, начиная от простых эмпирических обобщений и кончая фундаментальными законами и сложными научными теориями. Однако при этом сами категории простого и сложного четко не определяются, взаимосвязь между ними не устанавливается, и поэтому они часто противопоставляются друг другу. Отдельные уровни описания иногда выдвигаются как фундаментальные и простые, в рамках которых пытаются объяснить все другие явления. Но при дальнейшем развитии науки фундаментальность и простота таких уровней оказываются относительными. Поэтому все попытки свести сложные явления к простым оказываются несостоятельными.
В настоящей статье предпринимается попытка взглянуть на развитие познания как на процесс движения от простых концептуальных систем к сложным системам на основе идей и принципов современного системного подхода и синергетики. Обсуждение этой проблемы целесообразно начать с анализа интерпретации понятия простоты в классической науке, основы которой были созданы И. Ньютоном в его "Математических началах натуральной философии".
Принцип простоты в классической науке
Основополагающим принципом динамики Ньютона служит постулат, утверждающий, что на фундаментальном уровне мир устроен просто и подчиняется незыблемым, универсальным и детерминистическим законам. Поэтому в качестве объектов исследования выбирались такие простые явления, как свободное падение тел, колебания математического маятника или движение планет по своим орбитам. Даже экспериментальный метод, который впервые начал широко применять Г. Галилей, опирался на предпосылку, что природа во всех своих частях однородна и устроена просто. Именно поэтому на основе отдельных, локальных экспериментов ученые считали воз-
1 Подготовлена при поддержке РГНФ, грант № 06-03-00033а. © Рузавин Г.И., 2008 г.
можным судить о ней в целом, а изучение простейших ее явлений рассматривали как ключ к познанию природы вообще. Таким образом, сложность природы рассматривалась при этом кажущейся, сводимой к простым законам универсального характера подобно тому, как свободное падение камня укладывалось в закон всемирного тяготения. Такая тенденция редукции сложного и многообразного в природе к простому ее описанию, признанному фундаментальным и универсальным, продолжалась почти вплоть до конца XIX в. Даже в настоящее время подобного рода представления в той или иной форме возрождаются, когда заходит, например, речь о возврате к детерминистическому объяснению процессов в квантовой механике или обратимости законов природы во времени.
Разумеется, стремление к установлению взаимосвязи, единства и общности между явлениями природы служит важнейшим источником прогресса в науке, но это не исключает, а предполагает раскрытие качественных различий и многообразия в мире. В связи с этим заслуживает критического обсуждения тезис о существовании фундаментально простого уровня описания явлений природы, выдвинутый в рамках экспериментального естествознания еще в XVII в. Согласно этому тезису, не только такие однотипные механические явления, как падение брошенного камня или движение Луны вокруг Земли, объясняются с помощью универсального закона всемирного тяготения Ньютона, но и все другие явления природы могут найти объяснение с помощью соответствующих универсальных законов классической динамики. Таким образом, под фундаментальным уровнем описания - в данном случае подразумевалась редукция, или сведение, всех явлений природы к вечным универсальным законам.
Что касается самого постулата классической науки о существовании фундаментального простого уровня описания, то необходимыми его элементами считались принципы универсальности, детерминизма и обратимости во времени законов природы. Ориентируясь на принцип простоты, классическая наука признавала лишь универсальные детерминистические законы, предсказания которых имеют достоверный характер. Типичным примером является закон всемирного тяготения Ньютона, открытие которого считалось триумфом классической науки, положившим начало поиску разнообразных сил в природе. После сил тяготения, действующих на инертную массу тел, были найдены силы притяжения и отталкивания между электрически заряженными телами, подчиняющиеся закону Кулона. Хотя по своему содержанию, т.е. характеру взаимодействующих сил, он отличается от закона Ньютона, но по математической форме аналогичен ему. Усиленные поиски универсального закона взаимодействующих сил, названных специфическими силами химического сродства, возникающими при реакциях различных веществ, велись в химии. Даже сам Ньютон, как свидетельствуют недавние исследования историков науки, отдал дань этому увлечению.
Однако для него главным было выявить универсальный характер взаимодействия таких сил, их подчинение единым простым законам динамики. Хотя содержание сил было различным, но законы, которые описывали их действие, должны быть общими и простыми. Чтобы определить, например, состояние динамической системы в определенный момент времени, необходимо было точно задать его начальные условия (координаты и импульсы) и соответствующий закон движения. Тогда можно было точно предсказать состояние системы в любой другой момент времени как в будущем, так и прошлом. Ясно, что такое описание картины природы предполагает обращение к идеализации и использование математики, на что обратил свое внимание А. Эйнштейн. "Благодаря использованию языка математики эта картина удовлетворяет наиболее высоким требованиям в отношении строгости и точности выражения взаимозависимостей. Но зато физик вынужден сильнее ограничивать свой предмет, довольствуясь изображением наиболее простых, доступных нашему опыту явлений, тогда как все сложные явления не могут быть воссозданы человеческим умом с той точностью и последовательностью, которые необходимы физику-теоретику"2.
2 Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. IV. М., 1967. С. 40.
Наиболее фундаментальный вопрос, который оказался неразрешимым не только для классической физики, но и квантовой механики, касается постулата об обратимости времени. Само представление об обратимости времени возникло из мысленных экспериментов, связанных с отражением упругих шариков от горизонтальной поверхности. При мгновенном обращении скорости в момент соударения с поверхностью шарик вернулся бы в первоначальное положение. Эта идеализация впоследствии была распространена на все динамические системы.
В модели мира, построенной Ньютоном, время выступает, таким образом, как геометрический параметр для описания движения тел. Каждое состояние системы в настоящем, прошлом и будущем ничем не отличается от любого другого состояния. Поэтому, например, движение планет, обращающихся вокруг Солнца по своим эллипсам, ничем не будет отличаться в зависимости от направления. Однако такое представление о времени, допустимое для замкнутых механических систем, не применимо к большинству реальных систем. Оно противоречит как интуитивным нашим представлениям, так и исследованиям биологических и социально-гуманитарных наук, где исторический характер явлений и процессов, протекающих во времени, играет решающую роль. Только в замкнутых системах, не взаимодействующих с окружающей средой, можно говорить об обратимости времени, а такие системы крайне редко встречаются в природе и представляют скорее идеализации.
Вторым важнейшим постулатом классической науки является принцип строгого детерминизма, который называют также лапласовским по фамилии известного французского ученого, впервые наиболее ясно сформулировавшего его. "Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу - писал Лаплас, - если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подвергнуть все данные анализу, обнял бы в одной формуле движение величайших тел Вселенной наравне с движением легчайших атомов; не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее, предстало перед его взором"3.
При наличии соответствующих данных детерминистические законы обеспечивают однозначные предсказания. Экстраполируя такие законы на мир в целом, можно было бы сказать, что все в нем заранее предопределено, задано и детерминировано, и поэтому ничего непредвиденного и случайного в таком мире возникнуть не может. Подобная точка зрения неизбежно смыкалась с фатализмом, верой в рок, судьбу. Но не только это смущало и беспокоило трезвомыслящих ученых. Ведь механический детерминизм исключает свободу воли человека и бесполезность его усилий что-либо изменить.
Хотя теоретическая система Ньютона была важнейшим этапом на пути синтеза теоретического знания с экспериментом и тем самым покончила с прежним отрывом теории от опыта, науки от практики, существовавшими в античной и средневековой науке, она оказалась ограниченной главным образом потому, что пыталась отдалиться от сложности природы, стремясь свести сложные процессы и явления к простым. В результате этого механистическая картина природы оказалась весьма абстрактной и статичной ее схемой, пригодной лишь для изучения простейших замкнутых систем и происходящих в них изменений. Выражаясь в терминах теории систем, классическая наука ограничивалась исследованием замкнутых систем и линейных соотношений между описывающими их величинами, в которых малый сигнал на входе вызывает малый отклик на выходе.
Логико-методологический анализ принципа простоты
Стремление науки к открытию наиболее фундаментальных законов природы и других концептуальных структур, с помощью которых можно было бы объяснить и
3 Лаплас П. Опыт философии теории вероятностей. М., 1910. С. 7.
предсказать наибольшее число наблюдаемых явлений и событий, несомненно, является прогрессивным, ибо расширяет знания
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.