Спрашивается далее: как будет измеряться сила? Какое направление и какую интенсивность припишем мы ей? Основные принципы рациональной механики устанавливают на этот счет следующие правила:
1. Направление силы совпадает с направлением ускорения, т. е. с геометрическим вектором, который можно построить в любой точке траектории движущегося тела, зная кинематический закон движения, и который в известном смысле является отображением изменения скорости.
2. Сила пропорциональна количественному значению ускорения.
Можно математически доказать, что если для некоторого движущегося тела имеет силу (Кеплеров) закон площадей применительно к некоторой центральной точке, ускорение проходит через эту точку, поэтому законы Кеплера позволяют утверждать: «сила, действующая на любую планету, проходит через солнце». Наконец, эллиптической траектории математически соответствует такое ускорение, а стало быть, согласно вышеизложенным принципам, и такая сила, которые обратно пропорциональны квадрату расстояния. Таким образом закон, взятый нами в виде четвертого примера, может быть получен из законов Кеплера посредством, можно сказать, буквального перевода, причем, однако, приходится пользоваться словарем, составленным из основных принципов динамики.
Нужно ли настаивать на том, что, установив понятие силы посредством закона инерции, мы еще ни в какой мере не определили ее направление и интенсивность? Единственное условие, требующее впредь признания, состояло в том, что сила и ускорение должны исчезать вместе, а именно в случае равномерного прямолинейного движения. Но пропорциональность между силой и ускорением, а равно их одинаковая направленность, не навязываются нам ни априорной очевидностью исходных принципов, ни доказательной силой того или иного опыта. Здесь мы в конце концов имеем дело с новым определением.
Ясно, что чем выше мы подымаемся в смысле точности научных теорий, тем больше скопляется определений, понятий, тем ярче, стало быть, сказывается творческое вмешательство разума. Ум приспособляется к данному, но построения его, как бы естественны они ни казались, во всяком случае обладают тою особенностью, что они не насильственно навязаны нам, а напротив, как мы ясно ощущаем, являются до известной степени свободными созданиями нашей творческой деятельности.
Научные гипотезыМожно ли сказать, что научные гипотезы существенно отличаются от законов, рассматривавшихся нами до сих пор? Если мы прямо перейдем к основным гипотезам наиболее совершенной рациональной науки, – например, к эфиру и его колебаниям, – то нужно ли утверждать что мы вступаем в совершенно новую область и выходим за пределы точной науки?
Следует ли думать, что то явное присутствие произвольных построений, та наличность более или менее химерических «лесов», которые особенно ярко бросаются в глаза именно здесь, – должно заставить нас выделить гипотезы из рамок точной науки? Едва ли можно усомниться в характере нашего ответа, вспомнив наш недавний анализ, которому мы подвергли несколько законов, вырванных из самой сердцевины того, что решительно всеми признается за положительную науку. Постулаты, понятия, построения, отмеченные нами в качестве предпосылок, необходимых уже для простого уразумения этих законов, в полной мере заслуживали бы названия химер, если бы этот термин применялся ко всему, что не допускает непосредственной проверки – и при переходе к гипотезам весь вопрос сводится исключительно к разнице в степени: быть может было бы справедливо сказать, что закон сопоставляет изолированные группы явлений, тогда как гипотеза сопоставляет группы законов.
Что же касается исключительной якобы природы гипотез, которая представляется связанной с самим этим термином, то достаточно будет, для устранения этой иллюзии, показать, что о гипотезах можно говорить применительно ко всем понятиям, служащим для образования законов. В самом деле, вернемся к некоторым элементам, обрисованным в нашем предшествующем разборе. – Мы утверждали по поводу фосфора (во втором примере), что химик до известной степени самовольно создает понятие, причем сам определяет точное значение конструируемого им предмета; – разве мы не могли бы с тем же правом сказать, что он строит гипотезу, в том смысле, что делает допущение, будто реально существует тело, отвечающее его определению и являющееся в точности синтезом сопоставленных в понятии признаков? – Термометрические построения физика служат для определения того, что следует понимать под равными изменениями температуры. Но разве нельзя было бы избрать более реалистический способ выражения и сказать: физик допускает, что равным перемещениям ртутного столбика соответствуют равные изменения температуры. Конечно далеко не так просто истолковать эти последние слова в терминах абсолютного реализма; но во всяком случае если даны представления о температуре и об изменениях температуры, то позволительно, пожалуй, a priori подняться до понятия равных изменений – понятия, правда, несколько смутного за отсутствием какого бы то ни было способа опытной его проверки. Гипотеза в этом случае состояла бы в том, что мы приписали бы термометру способность производить эту проверку. Если этот способ выражения несколько труден, то не забудем, что в известные моменты он прямо руководил мыслью физика, как доказывают приведенные нами выше понятия: «коэффициент расширения», «коэффициент теплоемкости» и т. д., которые первоначально были установлены с полной наивностью, словно термометрическим градусам и впрямь соответствовали бы некоторые постоянные количества различных тепловых сущностей. – Равным образом, вместо того, чтобы видеть в прямолинейном направлении некоторого светового луча то направление, которое согласно определению, должно служить меркой для фиксации положения известной звезды (третий пример), разве нельзя просто высказать следующую гипотезу: «свет распространяется в однородной среде прямолинейно». – В том же примере мы говорили о суточном вращении, как мере к одинаковых промежутков времени. Как в вопросе об измерении температур и с теми же оговорками мы могли бы сказать и здесь: «согласно нашей гипотезе, вращение земли равномерно». – Наконец, в вопросе об основных понятиях динамики разве не допустимо (хотя и с некоторым ущербом для ясности) говорить об основных гипотезах этой науки (да так ведь и выражались ученые до самого недавнего времени)? Можно сказать например: «предположим, что если на движущуюся материальную точку не действует никакая сила, то скорость точки остается неизменной и в смысле направления, и в смысле количественного значения» и т. д.
Таким образом, в гипотезах рациональных наук нет ни одного существенного признака, которым они отличались бы от обыкновенных законов этих наук; пограничную черту, которую часто хотят провести между законами и гипотезами, следовало бы настолько отодвинуть, чтобы она отделяла самую область рационального от простой эмпирии.
Теперь перед нами возникает существенный вопрос. Рациональная наука, пользующаяся построениями ума, не перестает двигаться вперед и все лучше и полнее истолковывает явления природы: не следует ли видеть в этом апостериорное подтверждение объективной реальности ее понятий?
А. Прежде всего легко установить, что известные основные понятия – мы указали на некоторые из них в разобранных нами примерах – ускользают по самой своей природе от всякой возможности опытной проверки – ввиду того, что самое понятие проверки в данном случае совершенно лишено смысла. Так, например, в вопросах об измерении температуры, об измерении времени, о динамическом определении силы, чрезвычайно, как мы заметили, затруднительно пользоваться реалистическим способом выражения, говорить например, что выбор вращения земли меркой времени предполагает, что это вращение и в самом деле равномерно. Спрашивается, не превращается ли эта трудность в полнейшую невозможность, как только речь зайдет о действительной проверке? Как представить себе, например, проверку равномерности вращения земли, при отсутствии всякого другого первоначального (принимаемого за равномерное) движения?
Если же такое движение будет установлено, то и его проверка вызвала бы те же самые, столь же непреодолимые затруднения. – Или как мыслить экспериментальную проверку того факта, что градусы термометра соответствуют равным изменениям температуры, если нет никакого иного способа измерения, каковой, будь он принят, вызвал бы те же сомнения? – Наконец, если не пользоваться определением, вытекающим из принципов динамики, т. е. если заранее не признать то, что желаешь проверить, и если при этом не обладать никаким иным определением термина «сила», – то как можно мечтать найти в опыте реальную мерку этой силы? – Чем же однако объяснить странный факт, что законы, основанные на таких произвольных построениях, подтверждаются опытом? Тем, очевидно, что в них собраны факты распространенных индукций, и только способ выражения, служащий для передачи наблюденных явлений, построен при помощи отмеченных нами понятий. Совокупность этих понятий постоянно является как бы удобным посредником между вещами и ученым, и этого посредника не могут затронуть экспериментальные проверки.
Если же такое движение будет установлено, то и его проверка вызвала бы те же самые, столь же непреодолимые затруднения. – Или как мыслить экспериментальную проверку того факта, что градусы термометра соответствуют равным изменениям температуры, если нет никакого иного способа измерения, каковой, будь он принят, вызвал бы те же сомнения? – Наконец, если не пользоваться определением, вытекающим из принципов динамики, т. е. если заранее не признать то, что желаешь проверить, и если при этом не обладать никаким иным определением термина «сила», – то как можно мечтать найти в опыте реальную мерку этой силы? – Чем же однако объяснить странный факт, что законы, основанные на таких произвольных построениях, подтверждаются опытом? Тем, очевидно, что в них собраны факты распространенных индукций, и только способ выражения, служащий для передачи наблюденных явлений, построен при помощи отмеченных нами понятий. Совокупность этих понятий постоянно является как бы удобным посредником между вещами и ученым, и этого посредника не могут затронуть экспериментальные проверки.
Это настолько верно, что изменение в основных наших понятиях не помешало бы нам ни формулировать законы, ни предвидеть явления. Если ртутный термометр заместить водяным, то будет установлен новый закон расширения твердых тел, закон, правда, менее простой, нежели прежний, но позволяющей с тем же успехом обобщать прошлые наблюдения и предвидеть будущие. – От этого, столь наивного примера перейдем к следующему, более научному, но по существу одинаковому. Известно, что годовое движение земли по ее орбите неравномерно: неравные дуги проходятся в одинаковые времена. Пусть нам придет фантазия (несомненно странная, но не в этом дело) изменить основной наш хронометр и называть равными промежутки времени, соответствующие равным по величин дугам, описываемым землей в ее годовом движении; в этом случае суточное вращение перестанет быть равномерным; площади не будут пропорциональны временам и, стало быть, ничего не изменяя в принципах динамики, мы придем к выводу, что сила, действующая на любую планету, не будет проходить через солнце. Закон тяготения будет заменен новым: возможно, что при этой замене возникнут бесчисленные затруднения, но раз будет введен этот новый язык и раз мы ему останемся верны, он, очевидно, настолько же будет оправдываться опытом, как и прежний.
Б. Итак, следует отказаться от мысли, будто существует абсолютно-неразрывная связь между известными основными понятиями науки и теми подтверждениями, которые она находит в наблюдаемых фактах; а если принять во внимание, что эти понятия по мере ее развития и теоретического усовершенствования все глубже пропитывают ее, то этого замечания, пожалуй, будет достаточно для решения вопроса, можно ли установить a posteriori объективную необходимость научных конструкций. – Тем не менее, нет ли в некоторых из этих концепций, первее же всего в тех, которые именуются гипотезами, – «смеси действительности с химерами», как говорил Авг. Конт, т. е. говоря избранным нами языком, смеси понятий, ускользающих по своей природе от всякой проверки, с фактами, если не непосредственно ощутимыми, то хотя бы аналогичными знакомым нам явлениям? И если так, то нельзя ли в таком случае все же говорить об истинности и ложности этих построений и рассчитывать, что опыт либо установит их ложность, противореча им, либо подтвердит их правильность, постоянно согласуясь с ними? Попытаемся ответить на эти два вопроса.
а. Можно ли утверждать, что эксперимент, противоречащий следствию, логически выведенному из некоторой теоретической гипотезы, доказывает ложность этой гипотезы?
Если принять во внимание с одной стороны все материалы, входящие в гипотезу, с другой – все теории, все постулаты, все соглашения, все понятия, входящие в истолкование сколько-нибудь научно-поставленного эксперимента (сравните выше разбор астрономического наблюдения; то же относится и к любому точному наблюдению, произведенному в лаборатории физика), то нетрудно увидеть, что противоречие между экспериментом и гипотезой доказывает просто необходимость изменить по меньшей мере один из элементов этого столь сложного комплекса. Но собственно ни один из этих элементов прямо не указывается: и в частности руководящую идею гипотезы11, ту идею, которая придает ей существенные ее особенности, можно удержать до тех пор, пока не откажешься вносить поправки в различные элементы. Так, например, эмиссионная гипотеза света (в том виде, в каком она изложена хотя бы у Биo со всеми достаточно известными добавочными соглашениями) могла бы, если ее сторонники непременно пожелали бы этого, удержать свои позиции, несмотря на знаменитый эксперимент Фуко над сравнением скоростей света в воздухе и воде. Равным образом, один и тот же эксперимент (Винера) одновременно мог считаться подтверждением и опровержением взгляда Френеля на направление колебаний в поляризованных лучах, в зависимости оттого, каким способом определялась и измерялась в этом опыте «интенсивность света».
b. Можно ли сказать, что длительное согласие фактов опыта с гипотезой рациональной науки служит доказательством ее истинности? Обратим внимание на два существенных пункта: α. – Число новых фактов, подтверждающих гипотезу, значительно меньше, чем могло бы казаться. β. – Каково бы ни было их число, не только одна данная гипотеза способна их объяснить; она – одно из бесчисленных решений неопределенной проблемы.
α. Гипотеза вообще строится для истолкования нескольких общих законов, управляющих известным классом явлений. Так гипотеза колебаний эфира объясняет общие законы оптики: отражение, преломление, интерференцию, поляризацию. Не очевидно ли, что она истолкует, т. е. позволит перевести на свойственный ей язык, и любой факт, который явится только применением этих общих законов к некоторому частному случаю. Другими словами: все, что войдет в сферу этих законов, тем самым войдет и в сферу гипотезы, причем однако нельзя будет говорить о новом подтверждении ее. Если физик привык рассматривать эти законы только с образной точки зрения гипотезы и если это может внушить ему иллюзии такого рода, что следствия законов превратятся в его уме в следствия гипотезы, то это не должно нас обманывать. Всякая наша концепция, которая соответствовала бы обобщенным фактам, таким же образом могла бы быть приведена в прямую связь с вытекающими из них частными фактами. Поэтому нам надо относиться с известной осторожностью к так называемым новым подтверждениям, якобы обнаруживающимся в науке в пользу той или иной гипотезы. Несколько лет тому назад цветная фотография привела в изумление и восторг ученый мир, и открытие это тем более поражало, что к нему пришли методическим путем. Принципы, положенные в его основу, совпадают с общими законами оптики, в частности – с законом интерференции. Но так как это открытие было изложено на язык ондуляционной теории, которая, надо сознаться, изумительно приспособлена к явлениям интерференции, то не могло ли оно показаться многим ученым ценным подтверждением существования эфира и его колебаний?
β. Таким образом, число новых фактов, связываемых гипотезой при помощи обобщающего толкования – вообще говоря, гораздо более ограничено, чем могло бы показаться. Но каково бы ни было это число, – какую массу новых концепций мы могли бы поставить на место старой гипотезы, нисколько при этом не суживая численность объясняемых явлений! Вообразите систему стрелок, число которых может быть сколько угодно большим, и представьте, что все они движутся по некоторому диску самыми фантастическими способами, обнаруживая при этом какие угодно побочные явления, например: одни будут удлиняться во время движения, другие сокращаться и т. д. Затем соберите тысячу механиков и заставьте их рассказать вам устройство механизма, производящего эту совокупность явлений; много шансов за то, что вы получите тысячу разных ответов и что ни один из них не совпадет с ожидаемым.
Существует ли разница между этим примером и примером группы явлений, которым рациональная наука подыскивает объяснение? Да, такая разница существует, но к сожалений, она такова, что не только не сокращает числа приемлемых решений, а, напротив, увеличивает его. Прежде всего мы допустили в нашем примере, что существует определенный механизм, который надлежит обнаружить. Знаем ли мы, однако, что в природе действительно воплощена одна из доступных нашему пониманию объяснительных концепций? Не является ли даже постановка этого вопроса попыткою проникнуть в абсолютное и перешагнуть за черту познаваемого? Во-вторых, чтобы разрешить поставленную в нашем примере проблему, приходилось обращаться только к наглядным элементам, наподобие тех, что постоянно имеются у нас перед глазами, т. е. к пружинам, зубчатым колесам и т. д. В гипотезы же рациональной науки позволительно вводить элементы бесконечно удаляющаяся от всего знакомого нам и реализация этих элементов может не иметь никакого смысла. Так например, часто, не моргнув глазом, говорят о невесомом эфире, об атомах и т. д. Как же не почувствовать при этих условиях, что неопределенность проблемы, заставляющей нас искать объяснительную гипотезу, до невероятности возрастает? – Как например, могли думать, что для объяснения световых явлений выбор возможен только между двумя теориями, эмиссионной и ондуляционной? Максуэлль выдвинул третью, вихревую. А сколько этих новых теорий может представиться воображение ученых!