<<
>>

3.1. Мысленный эксперимент Галилея

Традиционно создание новой научной парадигмы, в которой единство физических законов устанавливается для всего мироздания — будь то Земля, Луна или «надлунные сферы», приписывается Галилею. Повсеместная известность приходит к итальянскому учёному в начале XVII века вместе с его выдающимися астрономическими открытиями — сверхновой Кепплера в 1604, спутниками Юпитера в 1610, землеподобностью луны, звездным составом Млечного пути, и так далее.
Научность этих открытий сегодня не подвергается сомнению, однако современники Галилея высказывали серьезные претензии к тому, насколько достоверным являются полученные астрономом знания. Поднимая тот же вопрос, что отмеченные во введении Б. ван Фраассен и Я. Хакинг, критики Галилея высказывали сомнения насчет возможности точного знания, полученного с применением линз. Как отмечает Ахутин, линзы и вообще оптические приборы того времени считались отнюдь не инструментами, позволяющими улучшить несовершенное человеческое зрение, а, напротив, инструментом искажения, иллюзии98. Ситуация осложнялась тем, что Галилей использовал телескопы собственной разработки, превышавшие по своим качествам подзорные трубы того времени. Другие учёные, даже если напрямую не отрицали возможность открытия Галилеем новых небесных тел, пытались наблюдать то же, что и он с помощью своих инструментов, и терпели поражение. Таким образом, уже в ранних наблюдениях Галилея намечается инструментальная проблематика, которая актуальна для науки и по сей день: наблюдение за объектом требует применения приборов, благодаря которым объект становится «очевиден». Повторяемость эксперимента также находится в непосредственной связи с доступностью инструментов. Г алилей приглашает всех желающих «воочию» убедиться в достоверности своих утверждений, однако инструментарием для этого кроме него никто не обладает, что вызывает естественное недоверие к результатам эксперимента. Впоследствии, как будет рассмотрено в этой главе, к подобному аргументу очевидности будет прибегать Бойль, но его воздушный насос окажется еще более сложным инструментом. Не менее примечателен и тот факт, что Галилей, так же, как и его противники, прибегает к интерпретации их экспериментальных данных в контексте собственной теории. Ученый иезуит патер Шайнер, как и Галилей, проводит тщательные наблюдения движений пятен на Солнце, и делает из них вывод о том, что они не могут принадлежать «атмосфере» солнца. Галилей же строит такую математическую модель, которая бы включала в себя наблюдения Шайнера, но при этом поддерживала его собственную теорию99. Другая проблема, которую приходится преодолевать Галилею — это соотношение эксперимента и теории. Экспериментальные (или, в данном случае, наблюдаемые) данные ученого, будь то рельеф поверхности Луны или «пятна» на Солнце, могли быть рассмотрены в своем полном значении только в условии принятия его расширенной картины мира. Если, как большинство современников Галилея, подразумевать, что существует мир подлунный, в котором есть движение, и сфера «неподвижных звёзд», то любые сделанные Галилеем наблюдения всегда будут не более чем аберрациями, так как не вписываются в господствующую теорию (например, Луна «должна» представлять собой отполированную сферу, следовательно, то, что Галилей принимает за горы и кратеры — на самом деле эффект преломления внутри прозрачного тела, подобный тому, который можно наблюдать в отполированном янтарном шарике).
Определенную историческую иронию можно найти и в том, что Галилей, считающийся основоположником современной науки и экспериментальной доказательной парадигмы, одинаково активно боролся как со схоластической ученостью, опирающейся на умозрительные и рационалистические теоретические предпосылки, так и с догматическим эмпиризмом. Применяя теоретическую «оптику», Галилей предлагает «исправить ошибки»100 в наблюдениях, если они незначительны и позволяют более точно «подогнать» наблюдения к теории. Таким образом, программой Галилея — а затем и фундаментом современной науки — становится «критика непосредственного чувственного опыта и перестройка всей чувственности с тем, чтобы она могла послушно следовать за разумом»101. Наравне с «коперниканским переворотом», как его видел Кант, можно обозначить и «галилеевский переворот». Как для червяка «невообразим мир человеческого опыта», такого же масштаба усилие потребовалось от человека, чтобы признать безграничность вселенной и отказаться от антропоцентрической идеализации «сферы неподвижных звезд». Такой парадигмальный сдвиг позволил не только по-другому посмотреть на место человека в мире, но и, более конкретно, найти объяснение определенным нестыковкам в наблюдении и теории. Отсутствие параллакса неподвижных звёзд, являвшееся главным эмпирическим аргументом против коперниканской системы, становится объяснимым, если мы принимаем фундаментально новые теоретические предпосылки, признаем, что наши ограничения — произвольны и сугубо рациональны. В такой ситуации, когда и чистая эмпирия, и чистая рациональность оказываются под сомнением, становится действительно необходимым эксперимент — как механизм отстаивания одной теории и связанных с ней эмпирических данных перед другой. Непосредственно с усилением статуса эксперимента по отношению к теории связана математизация естествознания. Онтологический статус числу приписывалось еще со времен пифагорейцев, однако, как было показано в предыдущих главах, числа принимали собственное значение, не связанное с реальными физическими явлениями, за ними стоящими. Коперник стал первым, кто создал космологию, основанную на непосредственной связи между физической реальностью и её математической моделью. Как пишет А. Койре, «Коперник полностью воспринял математический аппарат, созданный Птолемеем, — одно из величайших достижений человеческого разума. Однако вдохновение его питается не Птолемеем, не Аристотелем — он ищет его до них, в золотом веке Пифагора и Платона. [.. ] Согласно Ретику — его прямому ученику и пропагандисту его учения: “следуя Платону и пифагорейцам, великим математикам того божественного времени, (он) помыслил, что для того, чтобы определить причину явлений, шаровидной земле должно приписать круговое движение”»102. Отдельного упоминания заслуживает знаменитый «эксперимент» Галилея со свободным падением тел. Впервые факт того, что учёный, поднявшись на Пизанскую башню, сбрасывал с нее тела различного веса, благодаря чему пришел к выводу о том, что они падают с одинаковой скоростью, упоминается в написанной учеником Галилея Винченцо Вивиани биографии: «Это свойство было подтверждено Галилеем в опытах на Пизанской башне, проведенных им, согласно Вивиани, с большой торжественностью в присутствии его коллег — последователей Аристотеля — и учеников»103. Однако описания непосредственного бросания предметов с башни Галилей в собственных текстах не приводит. Закон о равной скорости падения тел различной массы учёный формулирует, прибегая к мыслительному эксперименту: «Если мы имеем два падающих тела, естественные скорости которых различны, и соединим движущееся быстрее с движущимся медленнее, то ясно, что движение тела, падающего быстрее, несколько задержится, а движение другого несколько ускорится. [...] Но если это так и если вместе с тем верно, что большой камень движется, скажем, со скоростью в восемь градусов, тогда как другой, меньший, — со скоростью в четыре градуса, то соединяя их вместе, мы должны получить скорость, меньшую восьми градусов; однако два камня, соединенные вместе, составляют тело большее первоначального, которое имело скорость в восемь градусов, следовательно, выходит, что более тяжелое тело движется с меньшей скоростью, чем более легкое, а это противно вашему предположению. Вы видите теперь, как из положения, что более тяжелые тела движутся с большей скоростью, чем легкие, я мог вывести заключение, что более тяжелые тела движутся менее быстро»104. В своих рассуждениях о свободном падении тел Г алилей нередко прибегает к экспериментальным примерам, однако, не приводит никаких подтверждений того, что они проводились на самом деле. Галилей обращается к повседневному опыту который, тем не менее, имеет ярко выраженное экспериментальное начало: «Теперь скажите мне, синьоры, если груз, падающий на сваю с высоты четырех локтей, вгоняет последнюю в землю приблизительно на четыре дюйма, — при падении с высоты двух локтей он вгоняет ее в землю меньше и, конечно, еще меньше при падении с высоты одного локтя или одной пяди, и когда, наконец, груз падает с высоты не более толщины пальца, то производит ли он на сваю больше действия, чем если бы он был положен без всякого удара? Еще меньшим и совершенно незаметным будет действие груза, поднятого на толщину листка. Так как действие удара находится в зависимости от скорости ударяющего тела, то кто может сомневаться в том, что движение чрезвычайно медленно и скорость минимальна, если действие удара совершенно незаметно? Вы видите теперь, какова сила истины; тот самый опыт, который с первого взгляда порождает одно мнение, при лучшем рассмотрении учит нас противному»105. Является ли этот пример экспериментом? В какой-то степени, определенно, да: в нем присутствуют константы (свая, вкопанная в землю; вес груза, на неё падающего) и переменная (высота, с которой падает на сваю груз), а также сравнение измерений, которое и является результатом эксперимента, а именно, что чем выше высота, с которой падает груз, тем глубже уходит в землю свая. Этот и остальные подобные «эксперименты» очень сильно напоминают приписываемые Пифагору опыты с молоточками и наковальнями, дающими звуки разной высоты, и, не исключено, что, как и в случае с греческим мыслителем, был исключительно мысленным. Исследователь научного наследия Г алилея П. Пальмиери предполагает, что такие мысленные эксперименты, как и «реальные» физические, на самом деле далеко не однозначны. Мысленный эксперимент также требует «настройки аппаратуры» и интерпретации полученных результатов, и может проходить реальную эволюцию на протяжении периода исследования: «То, что сегодня может показаться примером очень особого вида познания, выходящего за пределы эмпиризма и дающего нам мимолётный взгляд на платоновское царство законов, — замечает Пальмиери, — рождалось в мутных водах аналогического мышления, когнитивной автобиографии ex post facto, и, вполне вероятно, реального экспериментирования»106. Пальмиери предполагает, что уже упомянутый знаменитый мысленный эксперимент с падающими телами получил свою финальную форму далеко не сразу — на его совершенствование Галилею потребовались десятки лет. Прежде чем быть сухо изложенным в «Беседах и математических доказательствах, касающихся двух новых отраслей науки», он прошёл цепочку примечательных изменений. Пальмиери прослеживает первое упоминание эксперимента к трактату Галилея 1590 года «О движении». В нём, отталкиваясь как от начальной точки от Аристотелевской концепции, что тело падает тем быстрее, чем больше его вес, Галилей приводит свою, отличающуюся идею — что тела разного веса падают с одинаковой скоростью при условии одинаковой плотности (условие, в конечной версии закона отсутствующее). Основанием для этого утверждения Галилей сначала приводит аналогию — со щепкой и брусом, в одинаковой мере держащимися на плаву, переводя мысленный эксперимент из одной среды в другую. Однако эту иллюстрацию учёный «доказывает» с помощью аргумента reductio ad absurdum: если представить два тела, a и b, первое из которых больше второго, и движется быстрее, то, соединив эти два тела, полученное новое тело будет двигаться быстрее чем b, но медленнее чем a, то есть большее тело будет двигаться медленнее, чем меньшее, что, как считает Галилей, «нескладно». Затем, с помощью похожей аналогии Галилей делает вывод, что тела в вакууме будут падать со скоростями, пропорциональными их тяжести: так как, если согласно его теории, предметы в любой среде (будь то вода или воздух) погружаются соответственно разнице между их плотностью и плотностью среды, а плотность вакуума — нулевая, то предметы будут падать соответственно своей плотности, то есть с разной скоростью при разной плотности. Таким образом, ранняя версия Галилеевского мысленного эксперимента противоречит более поздней. Ответ на вопрос о том, как Г алилей всё-таки пришёл к его финальной версии Пальмиери видит в поздней — 1634-35 годов — работе ученого, названной «Примечания к Рокко» (Postils to Rocco)107, которая представляет собой ответ на критическую книгу Антонио Рокко, одного из противников Галилея. В этом автобиографическом анализе самого учёного мы узнаем, что на мысль о том, что тела одинаковой плотности падают с одинаковой скоростью, навели все-таки не экспериментальные, а рациональные основания. Более того, Г алилею приходится приводить сложное умозрительное доказательство, опирающееся одновременно на опыт очевидности и на логические умозаключения, прежде чем он приходит к краткой формуле, выраженной в «Двух науках». Итак, мы видим, что даже за строгой и лапидарной формулой мысленного эксперимента может крыться исторически обусловленная череда умозаключений, домысливаний постфактум, «подстройки» экспериментальных данных под теорию и, возможно, «реального» экспериментирования. То, что кажется естественным и априорным, на самом деле нередко является результатом проб и ошибок — Пальмиери считает, что даже теорема Пифагора, которую сейчас принято считать аксиоматической, так как мы можем доказать её без отсылки к реальному опыту, скорее всего, потребовала от своего изобретателя долгого и тщательного экспериментирования. В научной деятельности Галилея мы наблюдаем два контрастных направления. С одной стороны, это многократно увеличивающееся значение научного инструмента. Изобретение зрительной трубы позволило не просто обнаружить неизвестные ранее звёзды и планеты; оно полностью изменило представление современников о их свойствах. Теоретическому сдвигу в естествознании, расширившему мир до неведомых ранее пределов, и позволившему взглянуть на наше собственное место во вселенной извне, мы обязаны в том числе именно телескопу. С другой стороны, Галилей выступает в роли связующего звена между интроспективно-ориентированной моделью схоластических учёных и экспериментализмом нового времени. Поэтому, для Г алилея значение мысленного эксперимента и эксперимента «реального» приобретает равновеликое значение, не в последнюю очередь благодаря тому, что провести границу между мысленным и физическим экспериментом Галилея не всегда возможно. Самые знаменитые эксперименты Галилея вполне могли проводиться реально (хотя и потребовали бы значительных усилий, и, вполне возможно, принесли бы не те плоды, на которые рассчитывал исследователь), но форма мысленного эксперимента всё ещё выигрывала своей универсальностью и отсутствием необходимости «подстраиваться» под сложные условия проведения реального эксперимента, особенно когда речь идёт о множестве сложно выполнимых условий (см. эксперимент с плывущим кораблём и ядром). Тем не менее, мысленный эксперимент Галилея радикально отличается от мысленных экспериментов схоластов как минимум по двум важным моментам: во-первых, несмотря на свою умозрительность, мысленный эксперимент Галилея апеллирует к физической реальности, он укоренен в ней, мысль становится просто лабораторией, в которой условия проведения наиболее удачны; во-вторых, он «переворачивает» отношение «теория — эксперимент», и эксперимент впервые в истории науки становится инструментом выбора научной теории.
<< | >>
Источник: БИРГЕР ПАВЕЛ АРКАДЬЕВИЧ. ПРОБЛЕМА НАУЧНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В ИСТОРИЧЕСКОМ КОНТЕКСТЕ. 2015

Еще по теме 3.1. Мысленный эксперимент Галилея:

  1. § 2. Модель как мысленный образ
  2. СУАДНОСІНЬ МІФАЛАГІЧНАГА І МАСТАЦКАГА МЫСЛЕННЯ (НА ПРЫКЛАДЗЕ КАЗАК ГЕОРГІЯ МАРЧУКА) Л.Ул. Іконнікава
  3. Эксперимент
  4. Эксперимент
  5. Эксперимент
  6. 3.2.3. Проведение эксперимента.
  7. Подготовка к эксперименту.
  8. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
  9. 5.2. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
  10. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ЛАТЕНТНОЕ НАУЧЕНИЕ
  11. Обучающий эксперимент
  12. ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
  13. «Гайденс»-эксперимент
  14. ПОЛЕВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ И НЕЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОГРАММЫ
  15. Занятие 7.15 НАПРАВЛЕННЫЙ АССОЦИАТИВНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
  16. Модуль 10.5. ЭТИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ТЕМУ СЕКСУАЛЬНОГО НАСИЛИЯ
  17. § 3. Способы обработки результатов социометрических экспериментов
  18. 360 7.4. Исследования, численные эксперименты и внедрение системыОКП PolyPlan