История науки и три подхода к её развитию

Любопытство человечества явилось причиной возникновения науки, а необходимость решения конкретных прикладных задач стала мотивацией для ее развития. История показывает, что можно выделить три направления в развитии физики: философское, математическое и экспериментальное.

Философский подход принял эстафетную палочку от религиозного и  усовершенствовал этот подход за счет успехов философии Аристотеля. В религиозном подходе в науке постулировалось,  что устройство мира сообщено Богом людям через пророков (Даниил, Илья, Исаия, Магомед, Моисей и др.) и описано в библии. Любые сомнения, или даже уточнения, предлагаемые людьми, интересующимися естествознанием, считались ересью и отвергались, а авторы ереси преследовались за инакомыслие. Роль пророков в философском подходе сыграли Архимед, Демокрит, Эпикур, Декарт. В история физики декларации (экспериментально  не подтвержденные утверждения), порой, описываются как гениальные пророчества, заслуженно оставившие след в  науке.   

Согласно Ф. Розенбергеру (Ф. Розенбергер, История физики в древности и в средние века. Ч. 1, ОНТИ Москва, 1934, Ленинград, стр.8 и 10):  "Античная наука была в основном философской наукой.  Наиболее яркой фигурой античной науки является Аристотель... Ограничив круг своей Вселенной, Аристотель двигался в этом кругу совершенно уверенно и категорично. Его система носила явственную печать того убеждения, что все необходимое и достаточное для решения теоретических вопросов в ней уже дано... Категории "материи", "формы" и "движения" аристотелева учения о природе с самого начала исключают какую бы то ни было возможность количественной математической обработки...  Следует подчеркнуть, что единства своего мировоззрения и, в частности, своей физики Аристотель добился, пользуясь средствами самого крайнего антропоморфизма и самой наивной телеологии. Но именно эти явственные проявления нежелания Аристотеля порвать с традицией наивного чувственного миропонимания и должны были обеспечить его умозрениям успех".

"Характерна для аристотелевой физики также тенденция к чисто качественному мышлению. Все многочисленные попытки дать на основе аристотельянства количественное учения о природе, имевшие место в конце средневековья, оказались совершенно бесплодными ".  

Основной идеей следующего направления науки является широко известное высказывание, приписываемое целому ряду авторов:"В науке столько науки, сколько в ней математики". Этот период начался еще 3000 лет назад, во времена Пифагора, который провозгласил, что "математика это врата в науку".  Исаак Ньютон - символ этой эпохи. Четыре закона Ньютона, также как аксиомы Эвклида позволяют вывести огромное количество других  закономерностей.

Согласимся с Розенбергером: "...сильной стороной математической физики является логическая законченность и обязательность выводов. Приняв определенные исходные положения, математизирующий физик оперирует далее при помощи математического аппарата, все его выводы представляют в конце концов развернутое выражение содержания этих положений. Однако математические рассуждения  также не способны создать физику, как это оказывается не под силу и философским спекуляциям. И причины этого кроются  в тех специфических  чертах, которые присущи математическому рассуждению. Также как и философская физика, она должна заимствовать свой материал извне, из тех наблюдений, которые уже имеются налицо. Иными словами, для математической физики характерна та же черта пассивности в отношении материала, которая свойственна и философской физике. И это полагает известные границы для ее развития. Кроме того, ставя один только вопрос "как велико" математическая физика по самому существу ничего не дает  в смысле вскрытия  качественного механизма изучаемых явлений и ограничивается  лишь их количественным описанием ". 

Следующее направление - экспериментальная физика.  По мнению Розенбергера: "Своей сильной стороной [она] должна считать постоянное обогащение науки все новым и новым материалом. Активность вопрошающего природу разума сосредоточена именно в эксперименте. Однако, чтобы правильно ставить вопросы природе, необходимо располагать некоторыми общими исходными предпосылками и критериями, а чтобы правильно судить о степени точности построенных на основе этих критериев гипотез, необходима их постоянная количественная проверка путем математических построений, результаты которых в свою очередь проверяются в эксперименте. Иными словами, без аппарата философской и математической физики экспериментальное искусство является слепым. Оно в значительной степени может быть сведено к технике научной работы, и весь вопрос заключается в том, куда именно следует направлять эту технику. В разрешении же последнего вопроса решающую роль играют именно философская и математическая физика".

Розенбергер обобщает свои взгляды на взаимоотношение трех родов физического познания: "Человеческой природе вообще свойственна наклонность, не довольствуясь методами, которые введут вперед медленными, обдуманными и строго проверенными шагами, постоянно пытаться сразу одним усилием объяснить все загадочное, всю природу. Притом, чем дальше люди от истинной цели, тем естественнее с их стороны признавать опытный путь безнадежным и искать спасения в чистом умозрении. Нужно, однако, остерегаться несправедливого отношения к заслугам философии и математики перед физикой и чрезмерной переоценки экспериментального метода, чему, к сожалению, бывали примеры и в наши дни. Искусство производить опыты само по себе совершенно неспособно действительно двигать науку вперед. Умозрение, проникающее за пределы современного состояния опыта, будет всегда указывать путь, и диктовать план для дальнейшего наблюдения. С другой стороны, наука о явлениях природы всегда будет находиться в зависимости от математики при исследовании явлений с количественной стороны".

По мнению Розенбергера и практически всех известных философов, экспериментаторы - это люди, имеющие хорошие руки, помогающие им ставить тонкие опыты и не умеющие работать головой. Фраза, что «практика без теории слепа» стала избитым лозунгом. Положение, что задачи экспериментаторам дают математики,  в настоящее время вошло в плоть и кровь математиков и философов и даже прижилось у большей части экспериментаторов. Конечно, все три подхода в науке существовали одновременно. Но в основном математики и философы определяли моду в науке. В действительности же простое сопоставление дат известных опытов приводит к выводу, что реальное качественное развитие науки определяется очень небольшим количеством ученых-экспериментаторов.

Например, в физике этапными являются опыты Галилея, Ньютона, Фарадея и открытия новых явлений, закономерностей и правил, поиск ответов на следующие "почему" и, соответственно, выяснение причинно-следственных связей - выяснение физической природы явлений. В отличие от этого подхода математический подход предполагает составление математического уравнения, которое описывает экспериментальные данные. Причем результат, как  правило, достигается  решением обратной задачи. Нам не удалось найти в учебниках по физике и научных изданиях (может, читатель нам подскажет) ни одного случая математического подхода в решении научных вопросов, который бы не являлся  решением обратной задачи, говоря простым языком, подгонкой. Зачастую, при решении обратной задачи нарушаются самые простые и понятные правила: принимаются качественные предположения, не имеющие независимых экспериментальных доказательств. В составленные на этой псевдонаучной основе уравнения вводятся коэффициенты, численные значения которых определяются на основании экспериментальных данных.

В XX веке физика развивалась под лозунгом: «Наилучший способ создания новой теории - угадывать уравнения, не обращая внимания на физические модели или физическое объяснение». (Р. Фейнман, Нобелевская лекция, 1965 г). Многие законы К. Максвелла, Дирака, Шредингера, Борна, Планка, Луи де Бройля, Эйнштейна  и др. ученых описываются как постулаты (без механизмов), т.е. без выяснения причинно-следственных связей. Ярким примером математического подхода является принцип  неопределенности  Гейзенберга, где провозглашается полное отсутствие   причинно-следственных связей (по крайней мере, в микромире). И что самое поразительное, этот принцип был признан научным сообществом на самом представительном и широко известном Копенгагенском конгрессе  голосованием, а не в ходе научной дискуссии. Апофеозом общепринятой концепции являются квантовая механика  и общая и специальная теории относительности (СТО и ОТО). 

Более детально на примере квантовой механики и квантовой химии существующая расстановка акцентов в науке уже рассматривалась нами (см.Ганкин В.Ю., Ганкин Ю.В. "Как образуется химическая связь и протекают химические реакции"). В данной статье мы хотим подчеркнуть, что математический подход в том исполнении, как он применялся в физике и химии до XXI века, не только не способствовал развитию науки, а, порой, эффективно тормозил ее развитие. Этот подход снимал с повестки дня основную движущую силу науки - поиск ответа  на очередное "почему".

Вопросы и даже гипотезы о физическом смысле явлений и приводили к утверждению и развитию тупиковых направлений, в которые вовлекались ученые, интересовавшиеся наукой. Например, в рамках теории относительности причинно-следственные связи и механизм явления перестали быть инвариантом, т.е. независимыми от координат и мерности пространства. Случайность, из неясной (непостижимой) закономерности, превратилась в основу принципа неопределенности квантовой механики. 40 лет продолжался схоластический спор между Аристотелями XX-го века Эйнштейном и Бором: «Играет ли Бог в кости?». «Случайность - это непонятая закономерность»,- считал Эйнштейн. Бор же утверждал, что принцип неопределенности является истиной в последней инстанции. Основанием для этого утверждения были результаты Копенгагенской конференции, первый и пока, слава богу, единственный случай решения научных вопросов голосованием.

Математический и философский подходы были конкурентами в торможении развития науки. 

В конце 80-х годов прошлого столетия - в начале нашей деятельности вышеприведенные высказывания  согласовывались с нашими представлениями. Наше уважение и даже восхищение к каждому из трех подходов в науке и именам ученых, их олицетворяющих, было близко к религиозному фанатизму и пропорционально степени непонимания их работ. В первую очередь, это касалось математической физики и физической химии. В ходе 30-летней работы  мы убедились в том, что все три направления не помогали друг другу, а, как правило, находились в противоречии, как лебедь, рак и щука в известной басне Крылова и, каждое преувеличивало свое значение и некорректно оценивало два других подхода. 

«Древние греки, естественнонаучная мысль которых предвосхитила многие позднейшие научные открытия, обратили свое внимание на природу Вселенной и на структуру составляющих ее веществ. Греческих ученых, или «философов» (любителей мудрости), не интересовали способы получения тех или иных веществ и методы их практического использования, их интересовала главным образом суть веществ и процессов. Они искали ответ на вопрос «почему»? Другими словами, древние греки первыми занялись тем, что сегодня называется химической теорией».                                                      А.Азимов 

Мы шли  к решению своих задач в области химии, задавая вопрос "почему?", выясняя механизмы и причинно-следственные связи между явлениями. Конкретной иллюстрацией этого вывода является созданная модель  молекулы водорода, представленная на сайте Института Теоретической химии. Совпадение расчетных и экспериментально определенных значений энергии и длины связи в молекуле водорода приводит к ряду следствий, имеющих отношение к физике и физической химии. Следствием из нашей теории химической связи и химического строения, является объяснение отсутствия излучения одиночного ускоренно двигающегося электрона и теория электромагнитной природы массы.

Во всех известных нам случаях математического подхода модель, лежащая в основе подхода, отставала от достижения естественных наук. Уравнения Максвелла были основаны на механической модели, которая включала такие понятия, как вращающиеся зубчатые колеса. Все электрические законы (Фарадея, Ома, Ампера, и др.) основывались на предположении, что электроны в металлах являются свободными, не связанными с ядрами. В то же время,  после экспериментов Резерфорда стало известно, что для отрыва электрона от атома нужно потратить энергию более 4 эВ, а электрический ток возникал при напряжениях менее 0,001 эВ. Интересно, что учебники физики стали подвергать сомнению корректность предположения о существовании свободных электронов  в период эйфории от квантовой механики. Однако, до сих пор издания по физике и химии  пишут, что одним из основных достижений квантовой механики является объяснение, почему электроны в металлах являются свободными. В  2000 г. в своей работе «Как  образуется химическая связь и протекают химические реакции» мы показали, что квантово-механическое объяснение оказалось не корректным.

При  математическом подходе значения коэффициентов, согласно И.Мисюченко ("Последняя тайна Бога") определяются на основании эксперимента. При этом количество коэффициентов в уравнениях всегда превышает количество уравнений. Это в априори означает подгонку экспериментальных данных под теоретический расчет.

"Physical laws should have mathematical beauty (Физические законы должны обладать математической красотой)", - надпись на доске Московского университета, оставленная Дираком осенью 1955 года. Такое научное мировоззрение не ново, оно восходит к далёкому прошлому, к Пифагорейской школе. И ценой мучительных поисков отвергается как несостоятельное.

13-11-2009