Или, например, в лекции, прочитанной по случаю вступлению в должность профессора физики абердинского университета в 1856 г., будущий создатель теории электромагнитного поля предусмотрительно отмечал, что "как только мы познакомимся с одним или двумя великими законами физики, мы начнем смотреть на Вселенную как на реализацию высочайших принципов Красоты и Порядка; мы подготовлены к тому, чтобы рассматривать Природу не как простой набор чудес, удовлетворяющих наше любопытство, но как систематизированный музей, задуманный для того, чтобы шаг за шагом представить нам те фундаментальные принципы, которые использованы в трудах Создателя" (Campbell & Garnett, 1882, p. 420).
Правда, весьма либеральная религиозность Максвелла предполагала не только жесткое разграничение научного разума и веры, но и также характеризовалась следующим, не менее известным его утверждением: "Я полагаю, что те результаты, к которым человек приходит в своих попытках гармонизировать свою науку с христианством, не должны рассматриваться как имеющие какое-либо другое значение, кроме самого человека, да и для него только в течение определенного времени, но общество не должно накладывать на него свой отпечаток" (Campbell & Garnett, 1882, p.465).
И, будучи "сыном своего времени", он никогда не принадлежал в течение долгого времени ни к какой церкви; как он сам отмечал, и это относится в еще большей мере к его философским, эпистемологическим воззрениям: "моя вера слишком глубока для того, чтобы находиться в оковах какого-либо одного множества мнений".
Далее, как отмечает один из отечественных знатоков творчества Максвелла (и специалистов в области физики элементарных частиц), объяснение принятия полевой концепции симпатией к близкодействию на первый взгляд представляется весьма естественным и правдоподобным (Шапиро, 1973). Но это объяснение не подтверждается анализом работ Максвелла. Из них следует, что относиться к полю как к физической реальности автор "Трактата об электричестве и магнетизме" начал довольно поздно: лишь после того, как вывел из своих уравнений существование (электро) магнитных волн, т.е. после введения тока смещения. До этого поле он использовал с "откровенно иллюстративной" целью – для построения наглядных образов весьма и весьма сложных векторных дифференциальных уравнений.
Например, в одной и той же работе для разъяснения разных аналитических соотношений Максвелл использует значительно отличающиеся друг от друга модели. Так, в работе "О фарадеевых силовых линиях" он замечает: "На эту субстанцию не следует смотреть так же, как на гипотетическую жидкость в смысле, который допускался старыми теориями для объяснения явлений. Она представляет собой исключительно совокупность фиктивных свойств, составленную с целью представить некоторые теоремы математики в форме более наглядной и с большей легкостью применяемой к физическим задачам, чем форма, использующая чисто алгебраические символы…" (цит. по: Шапиро, 1972, С. 327).
Переход к дифференциальным уравнениям в частных производных, составлявший содержание этой статьи, отнюдь не состоял в переходе к физическому близкодействию. Уравнение Пуассона для потенциала тяготения, например, известное и Максвеллу, и его современникам, никто и не собирался интерпретировать в духе полевой концепции. Как полагал сам Максвелл, тяготение не должно было истолковываться в рамках физической теории поля. Поэтому "исходными пунктами электродинамических исследований Максвелла вряд ли были априорная убежденность в необходимости близкодействия и стремление свести электромагнитные явления к чисто механическим. Насколько можно судить по работам Максвелла и последовательному развитию идей в этих работах, первоначальным стимулом к пересмотру господствовавших представлений была неудовлетворенность чисто эмпирическим характером закона взаимодействия движущихся зарядов, отсутствием органической связи между покоящимся и движущимся электричеством" (Шапиро, 1972, С. 331).
Далее, специфические черты фарадеевского понятия поля состоят в том, что сила – это субстанция, причем субстанция единственная, и что все силы способны ко взаимопревращениям посредством различных движений силовых линий. Но Максвелл, пытаясь найти математическое выражение непрерывных преобразований электрических и магнитных сил, рассматривал последние как стрессы и натяжения в механическом эфире (подробнее см.: Nersessian, 1985).
Цель данной работы – более полно раскрыть интертеоретический контекст максвелловской революции. Это означает, что я намереваюсь предложить такую рациональную реконструкцию генезиса и становления максвелловской электродинамики, которая принимает во внимание обстоятельства (A) – (E) и обеспечивает тем самым, выражаясь языком Имре Лакатоса, "теоретически – прогрессивный сдвиг решаемых проблем" по отношению к другим "внутренним" объяснениям. Это позволяет заключить, что максвелловская революция является гораздо более сложным явлением, чем это может показаться с точки зрения ряда известных концепций научных революций (см., например: Kuhn 1977; Lakatos 1978).
Взятое само по себе, это суждение тривиально: любое социальное явление, как отмечал, например, Пол Фейерабенд, всегда сложнее теоретических представлений о нем. Но мне представляется, что один из основных недостатков упомянутых концепций – отсутствие описания процесса взаимодействия "парадигм", "научно-исследовательских программ", "исследовательских традиций" и т.д. (Нугаев, 1989; 2010; 2012). Без учета этого обстоятельства рациональная реконструкция научной революции, теоретически воспроизводящая ее эпистемологическую необходимость, на мой взгляд, невозможна. Объяснить (задним числом) в истории можно все, что угодно. Но одно дело – показать, что данное событие могло произойти, а совсем другое дело – показать, что оно должно было произойти. И одна из задач данной работы – показать, что это замечание особенно справедливо по отношению к истории максвелловской революции.
Судя по всему, жесткие демаркационные линии, непреодолимые барьеры, "гештальт-сдвиги" между теоретическими онтологиями, относящимися к разным "парадигмам", существуют только в головах философов науки. В реальной практике научных исследований эти границы постоянно нарушались и нарушаются, и, как я попытаюсь показать, эти нарушения часто были плодотворными для дальнейших исследований.
Я попытаюсь продемонстрировать, что исследовательская программа Максвелла в конечном счете превзошла свою главную соперницу – программу Ампера-Вебера – потому, что она была "синтетической" (в смысле, более детально раскрытом, например, в работе Нугаева, 1989). Она представляла, по выражению одного из максвелловских философских наставников – кантианца Уильяма Уэвелла – "следующую ступень постепенного восхождения наших спекулятивных воззрений на все более и более высокую ступень обобщения" (Whewell 1847, vol. 2, p.74). В противоположность максвелловской, программа Ампера-Вебера была редукционистской (в смысле, более детально раскрытом в работе Нугаева, 1989). Она стремилась свести все теоретические онтологии к одной и той же онтологии "действия на расстоянии".
В частности, программа Максвелла не только успешно ассимилировала ряд положений твердого ядра программы Ампера-Вебера, соединив их с рядом "полевых" идей Фарадея и положений оптики Юнга и Френеля, но и была открыта для синтеза с другими исследовательскими традициями. Я полагаю, что данное обстоятельство имеет немаловажное значение для авторской версии методологии научно-исследовательских программ (см. подробнее: Нугаев, 2010), позволяя не столько подтвердить последнюю, сколько уточнить особенности построения теорий в рамках т.н. "синтетических глобальных программ".
Согласно устоявшимся в философии науки представлениям, основное достоинство обычной научной теории – ее способность "предвосхищать" (anticipate) новые научные факты, которые еще не наблюдались, обеспечивая "эмпирически-прогрессивный сдвиг решаемых проблем". Но перед синтетической теорией стоит гораздо более сложная и амбициозная задача: объединить не факты, а теории. Поэтому ее достоинство – в предвосхищении не столько фактов, сколько теорий, в приспособлении к новым теоретическим подходам, в способности эти подходы ассимилировать, "включить в себя", пусть даже в существенно преобразованном виде. При этом эти ассимилированные подходы продолжают "жить" в рамках нового теоретического языка, не утратив способности предсказывать свои собственные экспериментальные "факты".
Например, как отмечал в известном предисловии к изданному в Лондоне первому сборнику своих работ по "электрическим волнам" Генрих Герц, "с самого начала теория Максвелла превосходила все другие в элегантности и в изобилии отношений между различными явлениями, которые она включала. Вероятность этой теории, и, следовательно, число ее сторонников, увеличивалось из года в год" (Hertz 1893, p.19).
Это "изобилие отношений", с нашей точки зрения, и было обусловлено тем, что фактически Максвелл синтезировал не только отдельные результаты, не только математические формулы и экспериментальные данные, но и "твердые ядра", и даже "эвристики" встретившихся исследовательских программ. Но смог он это сделать потому, что выдвинул в качестве объединяющего начала идею, носившую, в отличие от программы Ампера-Вебера, не "деревянный" онтологический, а гибкий (flexible), кантианский, антинатурфилософский, подчеркнуто эпистемологический характер. Для Максвелла последним "первокирпичиком" физической реальности был отнюдь не эфир, из которого надо было тщательно конструировать как поля, так и заряды, не "поле" и тем более не непосредственное "действие на расстоянии". И это действие, и "несжимаемая жидкость", и "вихри в эфире", и "поля" для него были лишь модельными представлениями, в лучшем случае способными лишь "навести" (inductio) на правильные математические соотношения.
С репрезентационной точки зрения (т.н. "теория отражения") электромагнитных феноменов все эти гидродинамические модели были лишь жалкими и заранее обреченными на неудачу попытками описать неописуемое – "вещи в себе", "природу" электрических и магнитных явлений. Напротив, целью своей программы Максвелл поставил нахождение эмпирически-содержательных математических отношений между базисными объектами электродинамики, т.е. создание самосогласованной системы уравнений электромагнитного поля.
Неслучайно в своих лекциях, посвященных максвелловской электродинамике, даже такой известный реалист (и борец с освальдовским энергетизмом) как Людвиг Больцман одобрил точку зрения Герца, согласно которой электричество – "это мыслительный конструкт, служащий для изображения интегралов определенных уравнений" (цит. по: Buchwald, 1994, p. 258). Именно поэтому как только Максвелл получил свои уравнения из весьма и весьма сомнительных модельных представлений и как только он убедился в самосогласованности своей системы, он тут же стал пытаться переполучить свои уравнения из более абстрактного и надежного лагранжева формализма.
Поэтому его глобальная программа и могла свободно парить в пространстве опыта – расширяться, присоединяя к себе и перерабатывая в своем духе куски весьма разнородного материала, относившегося к другим исследовательским программам – Френеля, Ампера-Вебера ("эффект Фарадея") и Фарадея ("опыты Герца"). Мета-программа Максвелла, эпистемологическая "программа над программами" задавала не столько конкретные результаты, сколько способ теоретического развертывания электродинамики, в котором методология имела теперь ключевое значение. Максвелл вел себя в данном случае в соответствии с рецептами своего наставника, ректора кембриджского Тринити Колледжа Уильяма Уэвелла: "физики-первооткрыватели отличались от фантазеров (barren speculators) не тем, что в их головах не было никакой метафизики, но тем, что у них была, в отличие от их оппонентов, хорошая метафизика, а также тем, что они связывали свою физику со своей метафизикой вместо того, чтобы держать их вдали друг от друга" (Whewell 1847, vol. 1, p. X).
Генезис максвелловской электродинамики был гармонично встроен ее создателем в общий процесс нововременной деонтологизации, начавшийся еще в XVI – XVII вв. с отказа от аристотелевской онтологии: "поиск сущностей я считаю занятием суетным и бесперспективным" (Галилей). В силу того, что истина постигается в опыте, и мы познаем не столько вещи "сами по себе", сколько феномены, необходимо отказаться от допущения самой возможности абсолютного знания. Согласно духу науки нового времени, зафиксированному Кантом, сама "являемость вещей в опыте" заключает в себе истинно-сущностный характер. Феномены не есть просто сущностные явления, сквозь которые "проглядывает" так или иначе замутненная сущность; они есть прежде всего сущее в своем собственном состоянии. Феномены человеческого опыта заключают в себе всю полноту постигаемой достоверности.
Следующий серьезный шаг в реализации этой "галилеевской" эпистемологической программы был сделан Ньютоном, наотрез отказавшимся от поиска природы всемирного тяготения и давшим вместо раскрытия сущности тяготения и объяснения причин того, почему тела притягиваются друг к другу, просто математически точное описание того, с какой силой стремятся друг к другу разнообразные тела (hypothesis non fingo). Правда, в частной переписке (письмо к Бентли) создатель классической механики вовсе не отказывался от спекуляций о природе тяготения, связывая последнюю с декартовским эфиром, что свидетельствует в пользу неустойчивости его мировоззренческой позиции.
Но уже сам Максвелл принципиально отказывался, с высоты своей кантианской эпистемологической позиции, от выяснения природы электричества и магнетизма и рассматривал эфир, в отличие от своего старшего товарища Уильяма Томсона, лишь как элемент модельных представлений, способствующих классификации и аккумулированию соответствующих "фактов" из области электромагнетизма.
Герц пошел еще дальше, пытаясь обосновать точку зрения, согласно которой эфир, как носитель электромагнитных взаимодействий, излишен. Он выбрал теорию Максвелла лишь как самую простую из всех имевшихся альтернативных описаний.
Но оставалась еще другая "онтологическая" функция эфира – быть вместилищем абсолютной системы отсчета. От этой функции освободил физику Альберт Эйнштейн, продемонстрировавший, что именно эфир препятствует единому рассмотрению электричества и магнетизма и выявлению их симметрии, так много значившей для таких его современников, как Оливер Хевисайд. Эйнштейн и сделал первый шаг (1905) в направлении отказа от рассуждений о природе пространства и времени.
Следующий шаг (1915) состоял в сведении природы гравитационного поля к искривлению пространства-времени, когда компоненты напряженности гравитационного поля стали выражаться через сугубо геометрические величины – метрику, символы Кристоффеля, тензор кривизны и т.д. Последовавшие вслед за этим попытки создания "единой теории поля", наглядным представителем которой является модель КалуцыКлейна, увенчались современной теорией суперструн.
Но сказанное выше в то же время не означает, что я во всем согласен с выводами упомянутых выше М. Моррисон, Д. Сигела и О. Дарриголя. В частности, я полагаю, что одним из основных недостатков исследования М. Моррисон является недооценка ею роли механистического мировоззрения для получения максвелловских результатов 1854-1855, 1861 и 1864 гг. Ведь уравнения Максвелла представляют собой, по словам И. С. Шапиро, пример фундаментального физического закона, явно угаданного, а не "выведенного", в ригористском смысле слова, из экспериментальных данных (Шапиро, 1972, С. 319).
Скажем, в 1861 г. в процессе работы над частями статьи "О физических силовых линиях" Максвелл сообщает в письме одному из своих товарищей по Кембриджу о том, что "сейчас я пытаюсь придать точную математическую форму всему тому, что известно об электромагнетизме без помощи гипотез, а также выяснить, какие изменения формулы Ампера, не противоречащие ей, возможны" (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 63).
Тем самым Максвелл подчеркивает, что можно получить самые разные варианты, делающие систему его уравнений самосогласованной, и только следующие из вихревой модели соображения однозначно ведут к тому выражению для тока смещения, которое сохранилось и доныне. Конечно, впоследствии он переполучил свои уравнения из лагранжева формализма, не прибегая к "модельным" представлениям, но это уже был вывод post hoc. Лагранжиан (как это знают современные специалисты по физике элементарных частиц) заранее выбирался таким, чтобы еще раз получить выражения, содержащие ток смещения, первоначально полученный на основе модельных соображений. Как справедливо отмечает, говоря о функциях аналоговых моделей, В. С. Степин "последние же были не просто вспомогательными средствами, чем-то вроде строительных лесов, которые должны быть убраны, когда построено здание теории. Они служили особыми каркасами, часть которых становилась арматурой для возводимых стен теоретической постройки, входила в само "тело" создаваемой теории, а вторая, внешняя часть, связанная с наглядно-образной формой модели, оставалась лесами, которые облегчали создание теории и были устранены после ее создания" (Степин, 2000, С. 371).
С нашей точки зрения, тем "каркасом", о котором говорится в приведенной выше цитате, был в случае максвелловской электродинамики "ток смещения", установивший такие связи между встретившимися исследовательскими программами, что любое продвижение в рамках одной из них неминуемо вело к изменению содержания другой. В общем случае именно гибридные объекты – узлы теоретических традиций – связывают встретившиеся программы, обеспечивая поиск и установление плодотворных связей между ними, когда новые результаты, полученные в рамках одной программы, помогают получению новых результатов в рамках другой.