Формирование развитой теории в современной науке

Рассматривая генезис теории в современной физике, важно не упускать из виду различия в уровнях теоретической организации знания. Простая экстраполяция методов построения частной теоретической схемы на все случаи теоретического поиска может привести к неверным представлениям о путях современного теоретического исследования. При такой экстраполяции возникает убеждение, что математический аппарат развитой фундаментальной теории можно получить за счет непрерывной серии математических гипотез, аналогично тому, как, например, Дирак получил уравнение для релятивистского электрона.

Однако даже если принять тезис об универсальности приемов построения математического аппарата по отношению ко всем первичным теоретическим схемам современной физики (таких, как схема Дирака), то отсюда вовсе не вытекает, что математический аппарат развитой теории должен создаваться тем же способом.

Этот аппарат представляет собой более сложную систему математических средств хотя бы потому, что позволяет с помощью определенных методов получать из основных соотношений те зависимости, которые характеризует частные теоретические законы. Нет никаких оснований полагать, что такого рода аппарат может быть выработан только за счет непрерывной серии математических гипотез. Скорее наоборот. Если каждый из этапов создания аппарата развитой теории заканчивается выдвижением гипотетического уравнения, то исследователю необходимо обосновать правомерность данного уравнения, прежде чем принять его за исходную базу для выдвижения очередной математической гипотезы. Это обстоятельство так или иначе всегда учитывалось в философской литературе при обсуждении проблемы математической экстраполяции. И в общем-то очевидно, что лишь эмпирически проверенная гипотеза, получившая “право на жизнь благодаря велению опыта”, приобретает значение “исходного пункта для новой гипотезы, неизбежно сменяющей ее”[37]. Однако, как мы убедились, сама процедура сопоставления математической гипотезы с опытом выливается в сложную систему операций, направленную на построение теоретической схемы, обеспечивающей интерпретацию уравнений.

Если учесть данное обстоятельство, то напрашивается в общем-то нетривиальный вывод, что формирование математического аппарата развитой теории должно прерываться промежуточными интерпретациями, целенаправляющими каждую новую серию математических гипотез. Этот вывод, конечно, нуждается в особой проверке. Но если принять его как предварительное предположение, то возникает аналогия между уже рассмотренным процессом теоретического синтеза в классической физике и ситуациями построения развитой теории в современной физике. Такого рода сходство не должно вызывать удивления, так как процесс эволюции предполагает преемственность между высшими и низшими фазами развития.

Сама идея эволюции научного мышления требует поиска не только специфического, но и повторяющегося, инвариантного содержания в исторически меняющихся способах построения теории. Как бы ни трансформировалось прошлое в настоящем, их генетическая связь всегда приводит к воспроизведению в сжатом виде на современных стадиях развития основных черт и особенностей их предшествующей истории. Поэтому анализ истории научного познания должен быть проведен в двух планах: выявления специфических особенностей исследования, характеризующих современный этап эволюции физики, и нахождения инвариантного содержания, присущего как классическим, так и современным формам.

Обратимся с этих позиций к современной ситуации построения развитой теории. Для этой цели произведем логическую реконструкцию процесса становления квантовой электродинамики. Даже беглое сравнение современной и классической ситуаций теоретического поиска обнаруживает ряд характерных особенностей теоретической деятельности на современном этапе.

Одной из этих особенностей является то, что развитые теории большой степени общности в современных условиях создаются коллективом исследователей с достаточно отчетливо выраженным разделением труда между ними. Правомерно рассматривать, например, создателей квантовой электродинамики В. Гейзенберга, В. Паули, П. Дирака, П. Иордана, Н. Бора, Л. Розенфельда, Л. Ландау, Р. Пайерлса, В. Фока, С. Томанага, Е. Швингера, Р. Фейнмана, Ф. Дайсона и других как “коллективный субъект творчества”, проделавший все логически необходимые операции, которые привели к построению новой теории. Для сравнения напомним, что при создании классической теории электромагнитного поля аналогичные операции осуществил один исследователь — Д. К. Максвелл. Для классической физики это было скорее правилом, чем исключением, поскольку из трех важнейших ее теорий — механики, электродинамики, термодинамики — лишь последнюю можно в полной мере расценить как продукт деятельности “коллективного субъекта творчества”[38].

В квантово-релятивистской физике после создания общей теории относительности уже не встречается ситуаций, когда развитая теория была бы построена творческими усилиями одного исследователя. Резкое усложнение изучаемых объектов и увеличение объема информации, необходимой для создания теории, приводит к тому, что каждый из исследователей осуществляет лишь некоторые из логически необходимых процедур, обеспечивающих построение новой теоретической системы.

В этом отношении характерен следующий пример. Н. Бор, проделавший совместно с Л. Розенфельдом основную работу по интерпретации математического аппарата квантовой электродинамики, включился в творческий коллектив, создающий новую теорию, тогда, когда в основных чертах ее математический формализм был уже построен. По свидетельству Розенфельда, Бор не только не участвовал в создании этого формализма, но даже вначале не знал его основных принципов. Розенфельд по этому поводу писал: “Состояние, в котором находился Н. Бор, когда он приступил к этой задаче (интерпретации математического аппарата квантовой электродинамики — В.С.), напоминает мне анекдот о Пастере. Когда последний занялся исследованием одного заболевания шелковичных червей, он приехал в Авиньон для консультации с Фабром. “Я хотел бы посмотреть на коконы, — сказал Пастер, — я никогда их не видел раньше, они мне известны только по названию”. Фабр дал ему пригоршню — Пастер взял один из них, повертел в пальцах, с любопытством осмотрел его, как мы делаем с редкой вещью, привезенной с другого конца света. Затем он стал трясти кокон около уха”. “Он шумит, — произнес Пастер, крайне удивленный, — там что-то есть”[39].

“Моей первой задачей, — писал далее Л. Розенфельд, — было рассказать Бору об основах квантовой теории поля; математическую структуру перестановочных соотношений и основные физические предпосылки теории мы подвергли безжалостному критическому разбору. Нет нужды говорить, что спустя очень короткое время роли переменились, и он уже указывал мне на существенные черты теории, на которые еще никто не обращал достаточного внимания”[40].

Второй важной особенностью современной теоретико-познавательной ситуации является то, что фундаментальные теории все чаще создаются без достаточно развитого слоя первичных теоретических схем и законов, характеризующих отдельные аспекты новой области явления. В этом отношении показательно, что, например, квантовая электродинамика имела в качестве предварительного знания о микроструктуре электромагнитных взаимодействий только фрагментарные теоретические законы и модели, характеризующие квантовые свойства излучения и поглощения света веществом. Остальные промежуточные звенья, необходимые для построения теории, создавались по ходу теоретического синтеза.

Наконец, в качестве третьей особенности построения современных физических теорий выступает упомянутое выше применение метода математической гипотезы. Именно этот метод позволяет как бы в сжатом виде пройти стадию формирования первичных теоретических схем и законов, сразу отыскивая уравнения некоторой обширной предметной области и затем получая на этой основе в качестве следствий такие теоретические законы, которые характеризуют отдельные аспекты этой области.

Чтобы наглядно представить особенности отмеченного пути теоретического исследования, рассмотрим следующую воображаемую ситуацию. Предположим, что Максвелл, создавая теорию электромагнитного поля, не имел бы в своем распоряжении законов электромагнитной и электростатической индукции или кулоновского взаимодействия зарядов. Представим далее, что теория Максвелла создавалась бы путем введения методом математической экстраполяции обобщающих уравнений для блоков электромагнитной индукции, электростатики и других, из которых, в свою очередь, выводились бы законы Кулона, Фарадея и т. д., проверяемые в опыте. Тогда синтез, приводящий к максвелловским уравнениям электромагнитного поля, осуществлялся бы на основе указанных обобщающих законов.

Нечто подобное происходит при построении современных физических теорий, и квантовая электродинамика служит характерным примером в этом отношении. Она формировалась в полном согласии с требованиями математической гипотезы, и “промежуточные” теоретические знания, необходимые для построения новой теории, создавались как бы по ходу теоретического синтеза, приводящего к системе ее фундаментальных уравнений.