1. Физический эксперимент и естественная наука как специфическое сочетание математизированной натурфилософии и техники
Поскольку вопрос о сущности какого-либо явления тесно связан с вопросом о его происхождении, рассмотрим процесс становления естественной науки чуть подробнее2.
Возникшую в XVII в. физику часто характеризуют как математизированную и экспериментальную науку. Это действительно две важнейшие характеристики физики. Но что они означают? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к галилеевской теории падения тела, где эти черты проявляются уже в полной мере. Именно здесь сливаются в новое целое – физику Нового времени – три компоненты, идущие еще из Древней Греции: натурфилософия (философия природы), математика и искусство инженера-механика.
Натурфилософия начинается в Древней Греции с Фалеса, утверждавшего, что «все есть вода». Образцом развитой натурфилософии можно считать атомизм Левкиппа-Демокрита. Натурфилософия умозрительна и онтологична по своей сути (т. е. описывает бытие, природу). Образец математики в виде геометрии Евклида вырастает в древнегреческой философии в рамках натурфилософской по своей сути платонопифагорейской линии. Эти две линии сливаются у Галилея и Ньютона в образе «Книги Природы, написанной на языке математики» (естественно, Богом) в математизированную натурфилософию. Физический эксперимент и физика как естественная наука рождаются на пересечении натурфилософского умозрения и механического искусства, представлявших собой две разные линии.
В Древней Греции науке о природе соответствовала натурфилософия и сливавшаяся с ней физика, определенная Аристотелем как наука о движении. При этом философия, натурфилософия и физика Аристотеля не имели ничего общего с техникой – механикой машин, с помощью которых мастеру удавалось перехитрить природу. Техника – это «вторая природа». Она предполагает существование «первой природы», являющейся предметом натурфилософии, строящей онтологические модели «первой природы». Со времен Древней Греции до Нового времени господствовали представления, что «область механики – область технической деятельности, тех процессов, которые не протекают в природе как таковой без участия и вмешательства человека. Предмет механики – явления, происходящие «вопреки природе», т. е. вопреки течению физических процессов, на основе «искусства» (τεχνη) или «ухищрения» (µηχανη)… «Механические» проблемы… представляют самостоятельную область, а именно – область операций с инструментами и машинами, область «искусства»… Под механикой понимается некое «искусство», искусство делать орудия и приспособления, помогающие одолеть природу… Во второй половине XVII в. продолжало держаться старое представление о механике как теории машин, основанной на началах статики» [Григорьян, с. 9–11].
В XVII в. две рассматриваемые линии двигались раздельно. Математизированная натурфилософия Галилея и Ньютона искала законы естественного движения – «законы природы», не зависящие от деятельности человека. Знаменитый труд Ньютона называется «Математические начала натуральной философии», а не физической механикой, как мы его назвали бы сегодня. Машины же создавались искусством инженеров-механиков, их суть определялась людьми и сводилась к заданным функциям. Действия людей противопоставлялись природным явлениям. Это были две разные области – области «второй» и «первой» природы. К XVII в. сосуществовало три натурфилософские линии рассмотрения «первой» природы: магическая, органическая и механическая. Физика Нового времени растет из последней, в которой природа рассматривается как очень сложная машина (механизм, подобный сложным часам), созданная мастером-Богом (позже – существующая сама по себе)3. При познании этого механизма применяется «физическая интуиция, определенная механическими искусствами… Идея физики как всеобщей механики зарождалась в умах ученых с конца XVII в. и впервые была обоснована Декартом» [Григорьян, с. 216]. Этому пониманию природы («первой» природы) отвечает сложившаяся к концу XVII в. механика как раздел физики. Наряду с этим сохраняется прежнее понимание механики как человеческого искусства.
В анализируемой ниже теории падения тела Галилея эти две линии пересекаются и порождают физический эксперимент и новую естественную науку – физику. Это происходит благодаря тому, что Галилей к теоретической модели падения тела подошел как инженер к проекту: он ввел технические элементы инженерной конструкции типа наклонной плоскости, шарика и т. п. Назовем эти действия мастера-механика «операциями приготовления» (<П|). Другой разновидностью действий мастера-механика являются «операции измерения» (|И>), включающие в себя операции сравнения с эталоном (и наличие эталона). В результате возникает характерная структура физического (и естественно-научного) эксперимента:
(Схема 1.1)
До включения операций приготовления и измерения галилеевская «пустота» и основанная на ней теория падения тела принадлежат еще натурфилософскому умозрению, т. е. математизированной натурфилософии, а не естественной науке, включающей эксперимент.
В структуре (1.1) средний член – предмет исследования с помощью физических (естественно-научных) понятийных средств, а крайние члены – технические средства, связанные с этими понятиями. Важнейшим моментом структуры (1.1) является то, что эти крайние члены – не явления, а операции, действия человека, которые могли быть переданы машине (автомату). Операциональная часть состоит из операций и процедур, относимых к продуктам деятельности человека, а не к явлениям природы. Включение технических средств в структуру физического (естественно-научного) эксперимента отличает родившуюся в XVII в. естественную науку (физику) от натурфилософии.
Осознание принципиальной границы, проходящей между исследуемым объектом и процедурами (операциями) приготовления и измерения, является очень важным моментом для понимания естественной науки. Этот момент оказался смазанным в рефлексии квантовой механики, что привело к мнимым «парадоксам» и «проблемам» измерения (см. гл. 7).