Еще со времен Возрождения физика пыталась найти общие законы, которые определяют поведение материальных тел во времени и в пространстве. Рассмотрение проблемы существования этих тел предоставлялось философии. Для физика же небесные тела так же, как и тела на Земле и их химические разновидности, просто существовали во времени и в пространстве как реальные объекты; его задача состояла лишь в том, чтобы путем гипотетических обобщений извлекать эти законы из данных опыта. Предполагалось, что законы верны во всех случаях без исключения. Закон считался неверным, если имелся хотя бы один случай, когда выведенные из этого закона следствия опровергались на опыте. Кроме того, законы реального внешнего мира считались полными в следующем смысле: если состояние объектов в некоторый момент времени полностью известно, то их состояние в любой момент времени полностью определяется законами природы. Именно это мы имеем в виду, когда говорим о «причинности». Приблизительно такими были границы физического мышления сто лет назад.
На самом деле эти основы были даже еще более узкими, чем мы указали. Считалось, что объекты внешнего мира состоят из неизменяемых материальных точек, взаимодействующих между собой. Силы, приложенные к этим точкам, известны, и под их действием материальные точки находятся в непрекращающемся движении, к которому в конечном счете можно было бы свести все наблюдаемые явления.
С философской точки зрения такая концепция мира тесно связана с наивным реализмом, поскольку приверженцы последнего считают, что объекты нашего мира даются нам непосредственно чувственным восприятием. Однако введение неизменяемых материальных точек означало шаг к более изощренному реализму, ибо с самого начала было ясно, что введение подобных атомистических элементов не основано на непосредственных наблюдениях.
С возникновением теории электромагнитного поля Фарадея-Максвелла стало неизбежным дальнейшее усовершенствование концепции реализма. Возникла необходимость приписывать электромагнитному полю, непрерывно распределенному в пространстве, ту же роль простейшей реальности, какую раньше приписывали весомой материи. Разумеется, концепция поля не вытекала непосредственно из чувственного восприятия. Появилась даже тенденция представлять физическую реальность исключительно в виде непрерывного поля и не вводить в теорию материальные точки в качестве независимых сущностей.
Резюмируя, можно охарактеризовать границы физического мышления, которых придерживались еще четверть века назад, следующим образом.
Существует физическая реальность, не зависящая от познания и восприятия. Ее можно полностью постичь с помощью теоретического построения, описывающего явления в пространстве и времени; однако обоснованием такого построения является только его эмпирическое подтверждение. Законы природы — это математические законы, выражающие связь между элементами теоретического построения, допускающими математическое описание. Из этих законов следует строгая причинность в упоминавшемся уже смысле.
Под давлением огромного экспериментального материала почти все физики в настоящее время пришли к убеждению, что подобная идейная основа, хотя она и охватывает достаточно обширный круг явлений, нуждается в замене. Современные физики считают неудовлетворительным не только требование строгой причинности, но и постулат о реальности, не зависящей от какого-либо измерения или наблюдения.
Позвольте мне пояснить, что я имею в виду, на примере света. Пусть на отражающую прозрачную пластинку падает монохроматический луч света. Падающий луч распадается на прошедший и отраженный лучи. Ясно, что весь процесс можно точно и полно описать с помощью электромагнитного поля. Эта теоретическая интерпретация позволяет не только найти направление, интенсивность и поляризацию обоих лучей, но и с удивительной точностью описывает интерференционные явления, возникающие при наложении обоих лучей с помощью какого-нибудь устройства. Однако было показано, что свет имеет атомистическую энергетическую структуру, или, как принято говорить, состоит из «фотонов». Если в теле, на которое падает один из наших лучей, происходит элементарный акт поглощения, то количество поглощенной энергии при этом не зависит от интенсивности света. Отсюда мы вынуждены сделать вывод о том, что это явление определяется одним, а не несколькими фотонами: и способность двух пучков интерферировать между собой, и поглощение света определяется одним фотоном.
Ясно, что максвелловская теория поля не может учесть этот комплекс свойств фотона. Не дает она нам никаких средств и для того, чтобы понять атомистический характер поглощения энергии излучения. Но если попытаться представить себе фотон в виде точечной структуры, движущейся в пространстве, то такой фотон должен либо пройти сквозь пластинку, либо отразиться от нее, поскольку энергия его неделима. Эта интерпретация наталкивается на две трудности. Предположим, что фотон, прежде чем достичь пластинки, представляет собой простой физический объект, характеризуемый направлением, цветом и поляризацией. От чего будет зависеть в каждом отдельном случае, пройдет ли фотон через пластинку или же отразится от нее?
Вряд ли можно найти достаточное основание для выбора одной из двух возможностей, и нелегко поверить, что такое основание вообще существует. Кроме того, представление о фотоне как о точечной структуре не позволяет объяснить интерференционные явления, возникающие только при взаимодействии обоих пучков.
Из столь затруднительного положения физики нашли следующий выход. Они сохранили волновое описание света, но волновое поле теперь уже означает не реальное поле, энергия которого распределена в пространстве, а всего лишь математическое построение, имеющее следующий физический смысл: интенсивность волнового поля в некоторой заданной области является мерой вероятности локализации фотона в ней. Только эту вероятность и можно измерить экспериментально, т. е. по поглощению света.
Оказалось, что, заменив поле в смысле первоначальной теории поля на поле распределения вероятности, мы получим метод, который выходит за рамки теории света и, при соответствующем изменении, приводит к наиболее полезной теории весомой материи. За необычайный успех этой теории пришлось платить двойной ценой: отказаться от требования причинности (ее никак нельзя проверить в атомной области) и оставить попытки описания реальных физических объектов в пространстве и времени. Вместо этого используется косвенное описание, с помощью которого можно вычислить вероятность результатов любого доступного нам измерения.
Таковы некоторые фундаментальные физические идеи, развитые в течение последнего столетия. Попытаемся понять, какое воздействие оказало развитие этих идей на биологов или, точнее, на их философскую позицию в отношении цели их исследований. Разумеется, физику здесь следует понимать в самом широком смысле; иначе говоря, она включает в себя все науки, занимающиеся изучением неорганической природы.
Напомним в этой связи плодотворное влияние понятий ньютоновской небесной механики на развитие физики. Ньютон показал, каким образом при надлежащем использовании понятий массы, ускорения и силы (последняя считается зависящей от расположения масс) можно понять движение планет. Эти понятия казались настолько естественными и даже необходимыми, что все с полной уверенностью видели в них ключ к пониманию всех процессов неорганической природы. Затем на основе этих понятий была построена механика сплошных сред, в рамках которой понятие силы было обобщено за счет включения в него напряжений.
Однако для завершения теории необходимо было ввести в нее тепловые понятия — температуры и количества тепла. Хотя вопрос о том, сводятся ли эти понятия к механическим или нет, в течение долгого времени оставался нерешенным, утвердительный ответ на него в конце концов был получен с развитием кинетической теории газов и, в более общем плане, статистической механики.
В то время как физика развивалась как младшая сестра небесной механики, биология развивалась как младшая сестра физики. Сто лет назад в умах естествоиспытателей вряд ли было хоть какое-нибудь сомнение в том, что механическая основа физики установлена навечно. Процессы в неорганической материи представлялись им в виде своеобразного часового механизма, все детали которого полностью известны, хотя сложность их взаимодействия не позволяет проводить детальный анализ. Не было никаких сомнений в том, что неустанные усилия экспериментаторов и теоретиков шаг за шагом приведут ко все возрастающему пониманию всех процессов. Поскольку фундаментальные законы физики казались надежно установленными, вряд ли можно было ожидать, чтобы они оказались неверными в органической области. Мне кажется, что для развития биологии были существенны не только средства и методы, в большинстве своем заимствованные из физических исследований, но и существовавшая в XIX в. твердая уверенность в надежности основ физики. Ибо никто не берется за предприятие подобного масштаба, не будучи уверенным в конечном успехе.
К счастью, в наши дни биологии уже не приходится обращаться к основам физики, чтобы обрести уверенность в возможности решения своих более глубоких проблем. К счастью, ибо в настоящее время мы знаем, что уверенность в механических основах покоилась на иллюзии, и старшая сестра биологии, несмотря на поразительные результаты в деталях, уже не считает себя постигшей сущность явлений природы. Это заметно хотя бы по тому, что она столь мучительно философствует о предмете своих исследований. Сто лет назад всякое философствование было бы с презрением отброшено.
Под впечатлением глубоких перемен в научном мышлении, происшедших со времен Галилея, невольно возникает вопрос: осталось ли вообще что-нибудь неизменным после всех этих перемен? Нетрудно указать некоторые существенные особенности научного мышления, которые сохранились со времен Галилея.
Во-первых, мышление само по себе никогда не приводит ни к каким знаниям о внешних объектах. Исходным пунктом всех исследований служит чувственное восприятие. Истинность теоретического мышления достигается исключительно за счет связи его со всей суммой данных чувственного опыта.
Во-вторых, все элементарные понятия допускают сведение к пространственно-временным понятиям. Только такие понятия фигурируют в «законах природы»; в этом смысле все научное мышление «геометрично». Истинность закона природы, по предположению, неограниченна. Закон природы неверен, коль скоро обнаружено, что одно из следствий из него противоречит хотя бы одному экспериментально установленному факту.
В-третьих, пространственно-временные законы полны. Это означает, что нет ни одного закона природы, который нельзя было бы свести к некоторому закону, сформулированному на языке пространственно-временных понятий. Из этого принципа вытекает, например, убежденность в том, что психические явления и связи между ними в конечном счете можно будет свести к физическим и химическим процессам, протекающим в нервной системе. Согласно этому принципу в каузальной системе явлений природы нет нефизических элементов; в этом смысле в рамках научного мышления нет места ни для «свободы воли», ни для того, что называют «витализмом».
Еще одно замечание в этой связи. Хотя современная квантовая теория содержит несколько ослабленный вариант концепции причинности, все же она не открывает черного хода для приверженцев свободы воли, что видно уже из следующих соображений. Процессы, определяющие явления в неорганической природе, необратимы в смысле термодинамики и таковы, что полностью исключают статистический элемент, приписываемый молекулярным процессам.
Сохраним ли мы это кредо навсегда? Думаю, что на этот вопрос будет лучше всего ответить улыбкой.
Physics, Philosophy and Scientific Progress. Journal of the International College of Surgeons, 1950, XIV, 755–758.
Текст взят из кн.: Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. N. М.: Наука, 1967. — С. 316–321
Письмо Морису Соловину
Дорогой Соловин!
Очень признателен Вам за Ваше подробное письмо от 7 декабря. Отвечаю на Ваш вопрос.
Милитаризация Германии началась уже вскоре после 1848 г., с того времени, как возросло влияние Пруссии. Я полагаю, что милитаризация Германии длится по крайней мере лет сто.
По поводу заключительной части статьи о Кеплере.[7] Следующее замечание должно обратить внимание читателя на одно обстоятельство, представляющее интерес с психологической и исторической точек зрения. Хотя Кеплер и отвергал астрологию в том виде, какой она имела в его время, он тем не менее высказывал мысль о том, что вполне возможна иная, рациональная, астрология. В этом нет ничего необыкновенного, ибо одухотворение причинных связей, в том виде, в каком оно характерно для первобытных людей, не является бессмысленным само по себе, а лишь постепенно, под давлением накопленных фактов, вытесняется наукой. Исследования Кеплера, разумеется, значительно способствовали этому процессу. В душе самого Кеплера этот процесс привел к жестокой внутренней борьбе.
Мне вполне понятно Ваше упорное нежелание пользоваться словом «религия» в тех случаях, когда речь идет о некотором эмоционально- психическом складе, наиболее отчетливо проявившемся у Спинозы. Однако я не могу найти выражения лучше, чем «религия», для обозначения веры в рациональную природу реальности, по крайней мере той ее части, которая доступна человеческому сознанию. Там, где отсутствует это чувство, наука вырождается в бесплодную эмпирию. Какого черта мне беспокоиться, что попы наживают капитал, играя на этом чувстве? Ведь беда от этого не слишком велика.
Не могу согласиться с Вашей критикой науки и морали, т. е. тех целей, которые ставит перед собой наука. То, что мы называем наукой, преследует одну-единственную цель: установление того, что существует на самом деле. Определение того, что должно быть, представляет собой задачу, в известной степени независимую от первой; если действовать последовательно, то вторая цель вообще недостижима. Наука может лишь устанавливать логическую взаимосвязь между моральными сентенциями и давать средства для достижения моральных целей, однако само указание цели находится вне науки. По крайней мере таково мое мнение. Если же Вы со мной не согласны, я со всей почтительностью буду вынужден задать один вопрос: чьи бессмыслицы должны быть в этой книге — мои или Ваши?
С сердечным приветом и наилучшими пожеланиями на 1951 г.
Ваш Эйнштейн
Текст взят из кн.: Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. N. М.: Наука, 1967. — С. 564–565.
Письмо Морису Соловину
Дорогой Соло!
В своем письме Вы обвиняете меня в двух грехах. Во-первых, в некритическом отношении к проекту всемирного правительства. И все же Вы сами рассматриваете этот проект не как нежелательный, а как нереальный, если говорить о ближайшем будущем. Вы приводите веские доводы, свидетельствующие о невыполнимости этого проекта. С равным основанием Вы могли бы высказать опасение и по поводу того, что всемирное правительство было бы столь же невыносимым и столь же несправедливым, как и существующее ныне состояние анархии. Можно было бы напомнить и о тех «благодеяниях», которые ООН оказала корейскому народу. Но, с другой стороны, существует опасность полного самоуничтожения человечества, которую нельзя сбрасывать со счета. Вот почему мы не должны (хотя и с некоторыми колебаниями) считать этот проект «нежелательным».
Что же касается его «неосуществимости», то по этому поводу можно сказать следующее: он станет «реальным», если люди всерьез захотят этого, хотя бы из-за того, что нельзя жить и дальше в обстановке невыносимой неуверенности в завтрашнем дне. Необходимо изо всех сил стремиться к тому, чтобы у людей возникло такое желание. Подобные усилия были бы полезны и в том случае, если бы цель и не была достигнута, ибо они оказали бы благотворное воспитательное воздействие, направленное против тупого и пагубного национализма.
Вы говорите, что воспитание юношества необходимо начинать с объективного изучения исторических событий. Лишь в этом случае можно было бы надеяться на то, что удастся добиться каких-то перемен в области политики. Но вопрос о том, какое из этих мероприятий следует считать первым, — это вопрос о том, что было раньше: яйцо или курица. Иначе говоря, наши рассуждения содержат порочный круг.
Курица — это политический строй, яйцо — это рационально построенное образование. Поскольку мы никак не можем ухватить ту нить, которая позволила бы распутать весь этот клубок, необходимо испробовать все попытки и не терять мужества.
Если же все усилия не приведут ни к чему и люди все же уничтожат друг друга, то Вселенная не прольет над ними ни единой слезы. Было бы хорошо, если бы наша книга по крайней мере появилась в продаже до этого.
Что же касается гносеологических вопросов, то Вы меня совершенно не поняли. По- видимому, я плохо объяснил свою точку зрения. Схематически эти вопросы я представляю себе так.
1. Нам даны Е — непосредственные данные нашего чувственного опыта.
2. А — это аксиомы, из которых мы выводим заключения. Психологически А основаны на Е. Но никакого логического пути, ведущего от Е к А, не существует. Существует лишь интуитивная (психологическая) связь, которая постоянно «возобновляется».
3. Из аксиом А логически выводятся частные утверждения S, которые могут претендовать на строгость.
4. Утверждения S сопоставляются с Е (проверка опытом).
Строго говоря, эта процедура относится к внелогической (интуитивной) сфере, ибо отношение понятий, содержащихся в S, к непосредственным данным чувственного опыта Е по своей природе нелогично. Но это отношение между S и Е (с прагматической точки зрения) гораздо менее неопределенно, чем отношение между А и Е (например, понятие «собака» и соответствующие ему непосредственные данные чувственного опыта). Если бы это отношение нельзя было установить с высокой степенью достоверности (хотя сделать это чисто логическим путем невозможно), то весь аппарат логики не имел бы никакого значения для «познания действительности» (например, теология).