Один из уроков истории максвелловской электродинамики состоит в необходимости различать "степени гибридизации": гибридные объекты "второго порядка" (crossbreeds) и гибридные объекты "первого порядка" или просто гибриды (hybrids). Гибридные объекты второго порядка, подобные "току смещения", являются результатом скрещивания базисных объектов встретившихся теорий. А просто гибриды, подобные максвелловским теоретическим схемам в статье 1861 г., описывавшим взаимодействие эфирных вихрей с молекулами – это механические смеси, составленные из разнородных элементов. Только гибридные объекты второго порядка сохраняются при всех дальнейших развитиях теории. "Просто гибриды", представляющие собой источники постоянной головной боли для теоретиков, одновременно являются движущей силой развития исследовательских традиций. Так, в частности, дуализм максвелл-лоренцевской электродинамики индуцировал создание специальной теории относительности (подробнее см.: Nugayev, 1985).
Далее, Д. Сигел все-таки недооценивает кантианскую, агностическую составляющую мировоззрения Максвелла, рассматривая его творчество как обычную для философского дилетанта серию "эклектических" колебаний между механистическим материализмом и агностицизмом.
Более того, в своей фундаментальной "Электродинамике от Ампера до Эйнштейна" (2001) О. Дарриголь, как историк науки, скрупулезно описал процесс коммуникации между различными традициями в электродинамике, охватывающий также и континентальную и британские традиции.
"Хорошо известная особенность истории электродинамики – это долгое сосуществование подходов, основанных на полевых понятиях и на понятиях действия на расстоянии. Менее известны различные стратегии, которые принадлежащие к этим традициям физики разрабатывали для того, чтобы общаться друг с другом. … Мы идентифицировали несколько пар традиций: британскую /континентальную, веберовскую/неймановскую, томсоновскую /максвелловскую, в которых глубокие различия существовали на различных уровнях – от онтологических обязательств до социо – институциональных, экспериментальных и теоретических практик. Тем не менее, представители этих антагонистических традиций общались друг с другом такими способами, которые допускали сравнения, адаптации и взаимные оплодотворения" (Darrigol 2001, pp. VIII – IX).
Но наверное именно поэтому, сосредоточившись на раскрытии историко-научного контекста, он не уделил достаточное внимание контексту эпистемологическому, связанному с разработкой общего механизма взаимодействия исследовательских традиций как на логико-методологическом, так и на и социально-психологическом уровнях.
В результате недооценки значения кантианской эпистемологии в творчестве Максвелла, Дарриголь также недооценивает влияние на максвелловскую электродинамику идей не только Г. Гельмгольца, но и Ампера и Кирхгофа, а также Неймана и Вебера. Он утверждает, что "максвелловская теория была чисто полевой теорией, игнорирующей современную дихотомию между электричеством и полем" (Darrigol, 2001, p.173).
Но максвелловская электродинамика, как это будет показано далее, не была чисто полевой теорией. Другое дело, что для интерпретации результатов своих экспериментов по "электрическим волнам" Генрих Герц мастерски отделил от "зарядовой" ее "полевую" часть, которая относится к описанию процесса распространения электромагнитных волн вдали от источника, и старательно исследовал последнюю в серии тщательно продуманных и виртуозно исполненных экспериментов.
Руководствуясь кантианской эпистемологией, – причем не только в развертывании теоретического аппарата, но и в планировании и проведении опытов, – Герц искусно оставил за скобками вопрос о природе осциллятора электромагнитных волн как некоей "вещи в себе". Он отделил эту "вещь" на своих знаменитых диаграммах кружочком от подробно выписанной картины распространения электромагнитных волн (Buchwald, 1998). Но и этого оказалось недостаточно. Для того, чтобы оставить за скобками гельмгольцевскую интерпретацию полученных результатов (SmirnovRueda, 2001) и сосредоточиться только на максвелловской, Герц вынужден был прибегнуть к весьма амбивалентному критерию "простоты", которому он впоследствии и пытался придать более четкие очертания в своих "Принципах механики".
В общем случае, я полагаю, что основной недостаток работ Д. Сигела, М. Моррисон и О. Дарриголя – недооценка значения собственной методологии Максвелла, разработанной им для своего амбициозного проекта синтеза механики, электродинамики и оптики. Но чем бы Максвелл не занимался – метафизикой, эпистемологией, математикой, физикой, химией – везде он пытался найти свой путь, как правило независимый от подходов других исследователей (как это, впрочем, отмечали многие близко знавшие его люди, такие, например, как профессор Питер Тэт).
Как сам Максвелл неоднократно отмечал, – например, в инаугурационной речи перед вступлением в должность профессора маришальского колледжа, – "хорошо, если каждый человек живет своим умом, и не принуждается к принятию способов мышления других людей под внешне благопристойным предлогом изучения науки" (цит. по: Mahon, 2003, p. 70).
Известно, что в круг особо чтимых Максвеллом мыслителей входили Аристотель, Кант, Дугалд Стюарт, Адам Смит, Уильям Гамильтон, Джон Вильсон и Уильям Уэвелл. Как отмечал в одном из писем и сам автор "Трактата об электричестве и магнетизме", "метафизика постоянно нравится мне больше, чем вычисления, и моя собственная метафизика настолько быстро приобретает черты твердости и высокого стиля, что уже в десять раз превосходит Уэвелла, так же как последний превосходит Милля, и так же как Милль, в свою очередь, превосходит Конта или Маколея" (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 411).
Необходимо принять во внимание то, когда это письмо было написано – в июле 1856 г., – в процессе обдумывания идей основополагающей электродинамической статьи "О фарадеевых силовых линиях". Это отношение к метафизике не было связано только со свойственным юности романтизмом, поскольку Максвелл сохранил его на всю жизнь. Так, уже в конце творческого пути, в рецензии на книгу своего друга он отмечал, что "мы рады обнаружить, тем не менее, что несмотря на презрение, с которым проф. Тэт относится к априорной физике тех философов, которые не имеют никакого отношения к эксперименту, он признает, что существует истинная наука метафизики, которая обсуждает фундаментальные идеи всех наук и познания не за счет того, что она отбрасывает все опытные факты, но за счет привлечения всех научных данных" (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 309).
Как тут не вспомнить ироничный отзыв Кирхгоффа: "Максвелл, конечно гений, но все его вычисления надо перепроверять".
Любопытно сравнить максвелловское отношение к философии с отношением другого, особенно близко подошедшего к созданию новой электродинамики физика – Германа Гельмгольца (мировоззрение которого также было весьма близко к кантианству). Последний писал, например, в 1869 г. одному из своих знакомых: "я нахожу, что слишком обильные занятия философией меня несколько деморализуют, в результате чего мои мысли становятся вялыми и расплывчатыми" (цит. по: Darrigol 2001, p. 220).
Представляется, что все эти аргументы заставляют внимательнее отнестись к замечаниям такого современника Максвелла и знатока его творчества как Людвиг Больцман. И в лекциях по максвелловской теории, и особенно в примечаниях к статьям Максвелла по электродинамике, переведенным Больцманом на немецкий язык, последний справедливо указывал, что многие произведения Максвелла, но особенно его ранние статьи по электродинамике "не были достаточно поняты". Возможно, это объясняется тем, что эти работы, "написанные по хорошо обдуманному заранее плану" показывают, что их автор "был столь же крупным творцом в теории познания, как и в области теоретической физики" (Больцман, 1952, С. 90).
С этой точки зрения, больцмановское замечание справедливо даже по отношению к такому знатоку максвелловского творчества, как Генрих Герц. Для последнего характерно, например, следующее замечание: "Но ни в коем случае непосредственное доказательство этих уравнений [Максвелла] не может быть выведено из опыта. Представляется особенно логичным, поэтому, рассматривать их независимо от способа, которым они сначала были получены, рассматривать их как гипотетические предположения, и сделать их вероятность зависящей от очень большого законов природы, которые они охватывают. Если мы примем эту точку зрения, мы можем расстаться с числом вспомогательных идей, которые делают понимание максвелловской теории более трудным, частично потому, что они бессмысленны" (Hertz [1889], 1893, p. 138).
В своих работах (1891-1893) Больцман соглашался с Герцем в том, что максвелловские понятия заряда и тока "непоправимо туманны". Но по отношению к электродинамике Ампера-Вебера он был более суров: "Несомненно полезно сохранить теорию Вебера как образец предупреждения на все времена о том, что мы всегда должны сохранять определенную интеллектуальную гибкость" (цит. по: Buchwald, 1994, p. 261).
Больцман постоянно подчеркивал необходимость плюрализма подходов, как математических, "феноменологических", так и физических, "картинных". С последовательно проводимой в данной работе точки зрения, гибкая "плюралистическая" методология Максвелла, выросшая из стремления найти разумный баланс, эпистемологический компромисс между крайностями кантианского априоризма и шотландского " реализма здравого смысла" (common sense realism), явилась не только вполне самостоятельной, но и необходимой компонентой его творчества. Без нее максвелловский синтез оптики и теории электромагнетизма никогда бы не состоялся.
С нашей точки зрения, эпистемологическая позиция Максвелла достаточно ясно обозначена не столько в его собственно физико-математических работах, сколько в двух основных работах общего характера – в упоминавшемся выше эссе "Существуют ли реальные аналогии в Природе?" и особенно в очерке "Гельмгольц", в котором он специально рассматривает методологические проблемы синтеза двух различных зрелых (mature) теорий Т1 и Т2. Этот очерк и коммуникации с Гельмгольцем занимали важное место в творчестве Максвелла. Неслучайно сам Гельмгольц сыграл весьма значимую роль в дальнейшей разработке и самой методологии исследования электромагнитных явлений, и в развитии теории Максвелла. Именно его ученик Герц внес решающий вклад и в развитие максвелловской теории, и в ее экспериментальное подтверждение.
Эпистемология Максвелла, контуры которой "просвечивают" через его философские работы, может быть вкратце охарактеризована следующим образом. Научное познание есть совокупность различных теоретических и экспериментальных традиций, разнообразных исследовательских "практик", каждая из которых эволюционирует относительно независимо от других. Несмотря на то, что подобный плюрализм является необходимой (и предварительной!) составляющей процесса познания, подлинный прогресс в его развитии может быть достигнут лишь тогда, когда различным традициям удается прийти во взаимодействие, состоящее прежде всего в том, что эти традиции не только вызывают значительные изменения друг в друге, но иногда даже способны объединиться, породив более общую традицию, содержащую взаимодействовавшие в качестве своих значительно преобразованных компонент.
Именно взаимодействие исследовательских традиций Аристотеля и Птолемея – "физики Земли" и "математики Неба" – привело к генезису классической механики, когда "прогресс науки состоял в освобождении от небесных механизмов, которыми поколения астрономов загромождали небеса, в смывании паутины (sweeping cobwebs off) с неба" (Maxwell, 1890, p. 315; см. также: Нугаев, 2012).
Аналогично, взаимодействие других исследовательских традиций – экспериментальной – Фарадея – и математических – Юнга-Френеля и Ампера-Вебера – привело к созданию максвелловской электродинамики за счет создания целого конгломерата гибридных объектов и прежде всего т.н. "тока смещения", сконструированного из базисных объектов всех трех встретившихся программ.
Далее, взаимодействие теоретической традиции – гибридной программы Гельмгольца – с экспериментальной привело к получению Герцем своих экспериментальных результатов, послуживших убедительным аргументом в пользу существования радиоволн. В процессе этого взаимодействия, продолжавшегося несколько лет, встретившиеся традиции постоянно корректировали друг друга. Влияние эмпирической традиции состояло в последовательном отборе наиболее простых по отношению к "фактам" теоретических объяснений, в то время как влияние теоретической состояло в отборе тех экспериментальных фактов, которые представлялись наиболее существенными, и в обозначении перспективных направлений эмпирических исследований.
Было бы странным, если бы Герц оказался первым, кто наблюдал радиоволны. И действительно, до него стоячие электромагнитные волны обнаружил Хьюз. Радиоволны в 1875-1882 гг. также наблюдались и самим Томасом Альвой Эдисоном. Но никто из них не был настолько осведомлен в теории Максвелла для того, чтобы cвязать наблюдаемые эффекты с электромагнитным излучением.
С другой стороны, роль (электромагнитной) теории в герцевском открытии не следует и преувеличивать. Согласно самому Герцу "Я также не верю в то, что можно было придти к познанию этих явлений только на основе одной только теории. Поскольку их появление на нашей экспериментальной сцене зависит не только от их теоретической возможности, но также и от особых и удивительных свойств электрической искры, которые не могут быть заранее предсказаны ни одной теорией" (Hertz, 1893, p. 17).
И, наконец, в 1905 г. в статье "К электродинамике движущихся тел" Эйнштейн показал, что электрические и магнитные силы составляют части одного и того же физического явления – электромагнитного взаимодействия. Разделение этого взаимодействия на электрическую и магнитную компоненты носит во многом условный характер и в большой степени зависит от системы отсчета, в которой мы описываем взаимодействие. Важно также, что в работах Эйнштейна проблема "дополнительности" электрического и магнитного полей оказалась на самом деле связанной с другой, более глубокой проблемой – "дополнительности" полевого и корпускулярного описания электромагнитных явлений.
В итоге история становления максвелловской электродинамики еще раз свидетельствует о том, что само содержание столь привычных для философа науки понятий как "верификация", "фальсификация", "предсказание" в значительной мере должно рассматриваться в контекстах взаимодействия различных традиций между собой.
Соответственно, первая часть данной работы (гл. I) посвящена наброску философско-методологической позиции Максвелла в ее сравнении с позициями его современников – от М. Фарадея до У. Томсона; вторая часть (гл. II -гл. IV) – рассмотрению того, как он эту позицию в своем творчестве отстаивал и реализовывал. Последняя, V глава, посвящена эмпирическому подтверждению теории Максвелла и той роли, которую сыграла в этом процессе кантианская эпистемология.
Несмотря на то, что переводы всех основных научных и научно-популярных статей Джеймса Максвелла, Уильяма Уэвелла, Германа Гельмгольца и Генриха Герца в отечественной литературе уже имеются, автор данной работы иногда вынужден был, по вполне понятным соображениям, прибегать к самостоятельным переводам, о чем имеются прямые указания в тексте.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
МАКСВЕЛЛОВСКАЯ МЕТОДОЛОГИЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ ГЛОБАЛЬНОЙ ТЕОРИИ
Непосредственными предшественниками Максвелла в деле создания теории электромагнетизма были Ганс Христиан Эрстед (1777-1851), Андре-Мари Ампер (1775-1836), Майкл Фарадей (1791-1867) и Уильям Томсон (1824-1907). Значительное влияние на разработку максвелловской методологии синтеза оказал также и кембриджский естествоиспытатель и философ науки, ректор Тринити Колледжа Уильям Уэвелл (1794-1866). Сравнение их взглядов с максвелловскими позволяет более детально выявить особенности максвелловской методологии создания развитой научной теории.
Как известно, зимой 1819-1820 гг., во время лекционной демонстрации в копенгагенском госуниверситете, Эрстед совершил выдающееся открытие, состоявшее в выявлении влияния электрического тока на направление находившейся рядом магнитной стрелки. Он показал, что повороты магнитной стрелки образуют круг вокруг "замыкающего провода". Из эксперимента следовало, что сила, действующая между магнитным полюсом и током, направлена не по соединяющей их прямой, а по нормали к ней, т.е. перпендикулярно. В конечном счете этот простой факт ставил под сомнение всю ньютонианскую систему мира.
Несмотря на уничижительные отзывы некоторых современников, открытие Эрстеда не было случайным; правда, именно это обстоятельство Эрстед и был вынужден доказывать всю жизнь. Так, в дальнейших своих комментариях он справедливо указывал на то, что еще в изданной им в Париже в 1813 г. книге "Recherches sur l’identite des forces chimique et electrique" утверждалось, что "еще необходимо проверить оказывает ли электричество в его наиболее латентном виде какое-либо действие на магнит как таковой". Даже в самых ранних своих трудах Эрстед предполагал, что магнетизм и электричество производятся одними и теми же силами. И эта точка зрения ни в коей мере не была новой. Она высказывалась и обсуждалась на протяжении более чем двух столетий, просто до Эрстеда никто не сумел ее наглядно продемонстрировать. При этом "всякий, ознакомившийся с работами этого физика как относительно его собственных, так и предшествующих открытий, сразу увидит, что опыты его скорее являлись следствиями его теорий, чем наоборот. В его открытии случай, по-видимому, играл весьма незначительную роль; он скорее затруднял его, ибо все было уже осмыслено и опыты продуманы задолго до их осуществления" (Фарадей, 1939, С. 41).
Поэтому неслучайно, что, несмотря на то, что с начала XVIII в. кафедра физики в копенгагенском университете была ликвидирована " с той целью, чтобы усилить курс богословия", золотую медаль студент этого университета Г.Х. Эрстед получил за эссе "Границы поэзии и прозы", а степени доктора философии будущий классик естествознания все-таки удостоился за опубликованный труд "Метафизические основы естествознания Канта". Судя по всему, отход от ньютонианского механистического мировоззрения начался именно с Канта (подробнее см. Pearce Williams, 1965, 1966).