Такого рода опыт – когда отдельные части вдруг объединяются по-новому – является первой общей чертой революционного изменения, которую я отмечу после дальнейшего рассмотрения примеров. Хотя научные революции не охватывают многих элементов, основное изменение нельзя воспринять постепенно, шаг за шагом. Оно представляет собой относительно неожиданную и цельную трансформацию, в которой некоторая часть приобретенного опыта организуется иначе и обнаруживает факты, которых не замечали раньше.
Чтобы конкретизировать все эти рассуждения, позвольте рассказать о некоторых деталях моего открытия способа чтения «Физики» Аристотеля, чтобы понимать ее смысл.
Первая иллюстрация многим известна. Когда термин «движение» встречается в физике Аристотеля, он говорит об изменении вообще, а не об изменении положения физического тела. Изменение положения, этот единственный предмет механики Галилея и Ньютона, является одним из подвидов движения для Аристотеля. Другие виды включают в себя рост (превращение желудя в дуб), изменение интенсивности (нагревание железной болванки) и многие другие более общие качественные изменения (переход от болезни к выздоровлению). Таким образом, хотя Аристотель осознает, что различные подвиды не похожи во всех отношениях, базисные характеристики, необходимые для выделения и анализа движения, должны быть применимы к изменениям всех видов. Это не просто метафора, ибо все варианты изменения рассматриваются как подобные друг другу, как образующие отдельное естественное семейство.
Вторым, еще более важным, аспектом физики Аристотеля является центральная роль качеств в его концептуальной структуре. Я имею в виду не просто стремление объяснить качества и их изменения, как делают другие физики. Физика Аристотеля переворачивает онтологическую иерархию материи и качества – ту иерархию, которая стала обычной с середины XVII столетия.
В ньютоновской физике тело состоит из частиц материи, и его качества являются следствием их связи, движения и взаимодействия. С другой стороны, в физике Аристотеля материя есть нечто несущественное. Это некий нейтральный субстрат, присутствующий там, где находится тело, то есть в каком-то пространстве или месте. Конкретное тело, субстанция, существующая в каком-то месте нейтрального субстрата, отличается тем, что субстрат, подобно губке, впитывает в себя качества – теплоту, влажность, цвет и т. п. Изменения связаны с изменением качеств, а не материи: одна и та же материя теряет одни качества и приобретает другие. Здесь существуют даже некоторые неявные законы сохранения, которым должны подчиняться качества.
Физике Аристотеля присущи и другие общие особенности, причем имеющие большое значение. Однако я буду говорить только об этих двух, ссылаясь на другие лишь по необходимости. Теперь я хочу начать с того, что по мере осознания тех или иных особенностей позиции Аристотеля они начинают подкреплять друг друга и соединяются в некую целостность, обладающую общим и нераздельным смыслом. В моем опыте проникновения в тексты Аристотеля новые куски сразу укладывались в возникшую целостную картину.
Начнем с понятия качественной физики. Когда конкретный объект анализируют, выявляя качества, налагаемые на вездесущую нейтральную материю, то одним из этих качеств оказывается положение объекта или, в терминологии Аристотеля, его место. Таким образом, положение объекта, подобно влажности или сухости, является его качеством, которое изменяется, когда объект движется или его двигают.
Следовательно, для Аристотеля локальное движение (движение tout court в смысле Ньютона) является изменением качества или изменением состояния, а не состоянием самим по себе, как у Ньютона. Однако именно рассмотрение движения как изменения качества позволяет объединить его с остальными видами изменения – например, с превращением желудя в дуб или болезни в здоровье. Это объединение является той стороной физики Аристотеля, с которой я начал, но я мог бы начать и с чего-то другого. Концепция движения как изменения и концепция качественной физики обнаруживают глубокую взаимную зависимость и кажутся почти эквивалентными. Это первый пример слияния разных частей в некое единство.
Как только это становится ясно, и другие стороны аристотелевской физики, которые сами по себе кажутся нелепыми, начинают приобретать смысл. По большей части качественные изменения, в частности в области органической жизни, являются асимметричными, по крайней мере когда предоставлены самим себе. Желудь естественным образом развивается в дуб, но не наоборот. Больной человек часто выздоравливает сам по себе, однако нужен некий внешний агент, или считается, что нужен, для того чтобы он заболел. Единый массив качеств, конечный пункт изменения, представляет собой естественное состояние тела, и само по себе тело остается в этом состоянии.
Такая же асимметрия должна быть присуща локальному движению, то есть изменению положения, и так оно и есть. Качество, которое стремится реализовать камень или другое тяжелое тело, есть его положение в центре универсума; естественное положение огня находится на периферии. Это объясняет, почему камень, если ему не мешают, падает к центру, а огонь стремится к небесам. Они реализуют свои естественные свойства точно так же, как реализует их желудь в процессе роста. Таким образом, становится понятной другая, ранее казавшаяся странной, часть учения Аристотеля.
Можно продолжать в том же духе, постепенно включая отдельные элементы аристотелевской физики в целостную картину. Однако я завершу рассмотрение примера иллюстрацией, а именно учением Аристотеля о пустоте, или вакууме. Оно с особой ясностью показывает, каким образом утверждения, которые сами по себе кажутся произвольными, взаимно подкрепляют друг друга.
Аристотель утверждает, что пустота невозможна. С его точки зрения, понятие пустоты внутренне противоречиво. Теперь должно быть ясно, почему это так. Если положение есть качество, а качества не могут существовать отдельно от материи, то везде, где есть положение, где может находиться тело, должна существовать и материя. Но это значит, что везде в пространстве должна существовать материя: пустота, пространство без материи, становится чем-то вроде круглого квадрата.
Это хороший аргумент, однако его предпосылка кажется произвольной. Аристотелю не обязательно истолковывать положение как некое качество. Возможно, это так, но мы уже заметили выше, что эта концепция лежит в основе истолкования им движения как изменения состояния, от нее зависят и другие аспекты его физики. Если бы пустота существовала, то универсум, или космос, Аристотеля не мог быть конечным. Поскольку материя и пространство коэкстенсивны, пространство заканчивается там, где заканчивается материя, и за пределами самой далекой сферы вообще ничего нет – ни пространства, ни материи.
Это учение тоже не кажется необходимым. Однако расширение сферы звезд в бесконечность поставило бы проблемы перед астрономией, поскольку эта сфера вместе со звездами вращалась вокруг Земли.
Другое, еще более важное затруднение возникает еще раньше. В бесконечном универсуме нет центра – любая точка может считаться таким центром, поэтому нет естественного положения, в котором камни и другие тяжелые тела могли бы реализовать свое естественное качество. Иначе говоря, в пустоте тело не могло бы знать, где его естественное место. Именно благодаря контакту со всеми положениями в универсуме через посредство всепроникающей материи тело способно найти путь к тому месту, в котором полностью реализуются его естественные качества. Только наличие материи придает пространству определенную структуру.
Таким образом, критика аристотелевского учения о пустоте угрожает и его теории естественного движения, и древней геоцентрической астрономии. Нет способа «исправить» взгляды Аристотеля на пустоту, не перестраивая значительной части всей его физики.
Хотя эти замечания являются упрощенными и неполными, все-таки они в достаточной мере иллюстрируют способ, с помощью которого аристотелева физика структурирует и описывает мир феноменов. Еще важнее, что они указывают, каким образом отдельные части этого описания, соединяясь вместе, образуют интегральную целостность, которая была разрушена и реформирована на пути к построению ньютоновой механики.
Теперь я сразу перейду ко второму примеру и обращусь к началу XIX столетия. 1800 год, помимо прочего, замечателен тем, что в этом году Вольта открыл электрическую батарею. Об этом открытии он сообщил в письме к сэру Джозефу Бэнксу, президенту Королевского общества. Письмо предназначалось для публикации и было снабжено иллюстрацией, воспроизведенной на рис. 1.
Для современного читателя в этом рисунке есть нечто странное, хотя эту странность редко замечают даже историки. Если мы взглянем на так называемые «столбики» (из монет) в нижней части рисунка, то, двигаясь справа и снизу вверх, сначала увидим пластинку из цинка, Z, затем – пластинку из серебра, А, потом – кусочек мокрой промокательной бумаги, затем – вторую пластинку из цинка и так далее. Цикл, состоящий из цинка, серебра и промокательной бумаги, повторяется целое число раз, в оригинале – восемь. Теперь допустим, вам дали взглянуть на эту диаграмму, а затем попросили воспроизвести ее по памяти. Скорее всего тот, кто хотя бы немного знаком с физикой, поместит сначала цинк (или серебро), затем – промокательную бумагу и лишь потом – серебро (или цинк). В электрической батарее, как все мы хорошо знаем, жидкость находится между двумя разными металлами.
Приняв к сведению эту головоломку, начинаешь понимать, что для Вольты и его последователей отдельный элемент состоит из двух металлических пластинок, соединенных вместе. Источником силы является контакт металлов, в котором Вольта обнаружил источник электрического напряжения. Тогда роль жидкости состоит просто в том, чтобы связывать один элемент с другим, не создавая потенциала, способного нейтрализовать первоначальный эффект. Изучая текст Вольты дальше, приходишь к выводу, что свое новое открытие он относил к электростатике. Биметаллическое соединение оказывается конденсатором, или лейденской банкой, которая заряжает саму себя. Тогда столбик из отдельных элементов представляется как ансамбль или «батарея» самозаряжающихся лейденских банок. Вот так термин «батарея» начинает применяться к электричеству. Подтверждением может служить верхняя часть рисунка Вольты, иллюстрирующая структуру, которую он называет «связкой чашек».
Рис. 4
Наконец, электростатическое истолкование электрической батареи ведет к отличному от современного пониманию электрического сопротивления. В тот период существовала электростатическая концепция сопротивления. Для изоляционного материала данного сечения сопротивление измеряли посредством толщины, которая позволяла ему не разрушаться и оставаться изолятором при данном напряжении. Для проводника определенного сечения сопротивление измеряли посредством той его длины, при которой он не расплавлялся, когда через него пропускали ток.
Сопротивление можно измерять таким способом, но результаты измерения несовместимы с законом Ома. Для получения этих результатов нужно представить электрическую батарею в виде гидродинамической модели. Здесь сопротивление становится похоже на трение протекающей воды о стенки трубы. Включение сюда закона Ома потребовало некумулятивного изменения подобного рода, поэтому для многих людей его принятие оказалось очень трудным. Это дает нам стандартный пример важного открытия, которое первоначально отвергалось или игнорировалось.
На этом я заканчиваю рассмотрение второго примера и перехожу к третьему, более современному и несколько более сложному.
До сих пор идут споры об источниках квантовой теории. Главный предмет обсуждения – работа Макса Планка по проблеме черного тела – работа, ход которой можно представить следующим образом. Сначала Планк решил проблему черного тела в 1900 г., используя классический метод, разработанный австрийским физиком Людвигом Больцманом. Через шесть лет в его выводе была обнаружена небольшая, но принципиальная ошибка, затрагивающая один из важнейших элементов этого вывода. Планк исправил решение, но при этом был вынужден радикально отойти от традиции. В конечном счете этот разрыв с традицией привел к перестройке значительной части физики.
Начнем с Больцмана, который представлял себе газ как совокупность множества крохотных молекул, быстро движущихся в замкнутом сосуде и сталкивающихся друг с другом и со стенками сосуда. Из работ других физиков Больцман знал, какова средняя скорость молекул (точнее, каков в среднем квадрат их скорости). Но многие молекулы двигались, конечно, с меньшей, чем средняя, скоростью, а какие-то из них двигались быстрее. Больцман хотел установить, какая часть молекул двигалась с ½ от средней скорости, какая часть – с 4/3 средней скорости и так далее. Ни сам вопрос, ни ответ, который он нашел, не были открытием. Однако Больцман пришел к ответу новым путем, исходя из теории вероятностей, и этот путь имел фундаментальное значение для Планка.