Переход к новому методу в науке

На примере Галилея мы видим, что революция, произведенная Коперником в астрономии, оказалась теснейшим образом связанной с переворотом в области механики и оптики, обусловленным в свою очередь переходом к новым методам исследования. Передовые люди эпохи отчетливо ощущали разрыв между практическими успехами, достигнутыми людьми практики,- мореплавателями и техниками - и официальной схоластической наукой. Стало ясно, что наука, если она хочет добиться успеха, должна порвать со средневековой традицией, осовободиться от ига религии и перейти к новым методам исследования. Особенно ярко и выпукло необходимость перехода к новому методу была выражена в сочинении английского философа Френсиса Бэкона (1561-1626) "Новый Органон", т. е. "Новое орудие", вышедшем в 1620 г. В этом сочинении Бэкон критикует старую науку, которая занимается только общими положениями, порождающими "препирательства - лай споров", заменяюших "порождение плодов", т. е. конкретные результаты. Этой печальной картине состояния официальной науки Бэкон противопоставляет картину внушительного прогресса "в механических искусствах", т. е. технике,- прогресса, которому не видно предела: "Скорее прекратятся и изменятся желания людей, чем эти искусства дойдут до предела совершенствования",- указывает Бэкон. Чтобы идти в ногу с этим прогрессом, недостаточна не только схоластическая наука, но и возрожденная античная. "...Было бы постыдным для людей,- заявляет Бэкон,- если бы границы умственного мира оставались в тесных пределах того, что было открыто древними, тогда как в наши времена неизмеримо расширились и приведены в известность пределы материального мира, т. е. земель, морей, звезд". Бэкон призывает покончить с недостатками средневековой науки: пренебрежением к естествознанию (естественной или натуральной философии, как тогда выражались), пренебрежением к практическим целям науки, пренебрежением к опыту, преклонением перед авторитетами, зависимостью от религии, догматизмом, тормозящими научный прогресс. "В науках же и искусствах, как в рудниках, все должно шуметь новыми работами и дальнейшим продвижением вперед",- указывает Бэкон. Для того чтобы обеспечить такое продвижение, надо опираться на "союз опыта и рассудка".

"Те, кто занимались науками, были или эмпириками, или догматиками,- говорит Бэкон.- Эмпирики, подобно муравью, только собирают и пользуются собранным. Рационалисты, подобно пауку, из самих себя создают ткань. Пчела же избирает средний способ, она извлекает материал из цветов сада и поля, но располагает его собственным умением. Не отличается от этого и подлинное дело философии. Ибо она не основывается только и преимущественно на силах умов и не откладывает в сознание нетронутым материал, извлекаемый из естественной истории и механических опытов, но изменяет его и перерабатывает в разуме. Итак,- замечает Бэкон,- следует возложить добрую надежду на более тесный и нерушимый (чего до сих пор не было) союз этих способностей (т. е. опыта и рассудка)". Этот союз осуществляется, по мнению Бэкона, в индуктивном методе, в переходе от частных фактов к частным законам ("к меньшим аксиомам" - по терминологии Бэкона), от этих последних к более общим принципам ("средним аксиомам") и, наконец, "к самым общим". Выведенные законы и следствия из них должны вновь проверяться опытом, практикой. "Наш путь и наш метод... состоит в следующем: мы извлекаем не практику из практики и опыт из опытов (как эмпирики), а причины и аксиомы из практики и опытов и из причин и аксиом - снова практику и опыты, как верные истолкователи природы". Этот метод оказался необычайно плодотворным и был хорошо усвоен основателями опытного естествознания. Однако он нуждался в дополнении. Необходимо было научиться обобщать законы, выводимые из фактов, и выводить из них путем правильного размышления частные следствия, могущие быть проверенными на опыте. Здесь неоценимую услугу оказывала математика, а сам метод выведения частных следствий из общих принципов получил название дедуктивного. Основания этого метода, дополняющего метод Бэкона, были изложены французским философом и математиком Рэне Декартом (1596-1650) в сочинении "Рассуждения о методе", вышедшем в 1637 г., через 17 лет после "Нового Органона". Метод Декарта - рационалистический, его назначение - оказать помощь разуму, предохранить его от ложных выводов, сделать работу разума действенной. Изучая древнюю логику, геометрию и средневековую алгебру, Декарт увидел их возможности, осложненные, однако, отсутствием единого простого метода.

"По этой причине я и решил,- пишет Декарт,- что следует искать другой метод, который совмещал бы достоинства этих трех и был бы свободен от их недостатков". Этот метод Декарт сформулировал в следующих четырех правилах:

"Первое: не принимать за истинное что бы то ни было, прежде чем не признал это несомненно истинным, т. е. старательно избегать поспешности и предубеждения и включать в свои суждения только то, что представляется моему уму так ясно и отчетливо, что никоим образом не сможет дать повод к сомнению.

Второе: делить каждую из рассматриваемых мною трудностей на столько частей, на сколько потребуется, чтобы лучше их разрешить.

Третье: руководить ходом своих мыслей, начиная с предметов простейших и легко познаваемых, и восходить мало-помалу, как по ступеням, до познания наиболее сложных, допуская существование порядка даже среди тех, которые в естественном порядке вещей не предшествуют друг другу.

И последнее: делать всюду настолько полные перечни и также общие обзоры, чтобы быть уверенным, что ничего не пропущено"^*.

^* (Р. Декарт, Рассуждение о методе, Изд. АН СССР, 1953, стр. 22-23.)

В этих правилах ясно отражается математическая направленность метода Декарта, который требует всестороннего логического анализа основных предпосылок, анализа изучаемой проблемы, логической последовательности рассуждений, идеализации изучаемой проблемы, начиная ее решение с наиболее простых связей и отношений. Эта идеализация совершенно необходима, и она дает возможность открыть реальные взаимосвязи. Конечно, в природе не существует математических точек, линий, поверхностей, но эти абстракции помогают познать действительность, отражают действительность. О том, что математические связи отражают реальные взаимосвязи явлений природы, Декарт говорит совершенно определенно сразу же после формулировки своих правил:

"Те длинные цепи выводов, сплошь простых и легких, которыми обычно пользуются геометры, чтобы дойти до своих наиболее трудных доказательств, дали мне повод представить себе, что и все вещи, которые могут стать предметом знания людей, находятся между собой в такой же последовательности. Таким образом, если остерегаться принимать за истинное что-либо, что таковым не является, и всегда соблюдать порядок, в каком следует выводить одно из другого, то не может существовать истин ни столь отдаленных, чтобы они были недостижимы, ни столь сокровенных, чтобы нельзя было их раскрыть"^*. Развитие науки подтвердило правоту Декарта: математический анализ оказался могучим орудием познания природы, позволившим проникнуть в глубины самых отдаленных и самых сокровенных вещей. Декарт и начал применение своего метода с математики.

^* (Р. Декарт, Рассуждение о методе, Изд. АН СССР, 1953, стр. 22-23.)

"Приняв во внимание, что среди всех, искавших истину в науках, только математикам удалось найти некоторые доказательства, т. е. некоторые точные и очевидные соображения, я не сомневался, что и мне следовало начать с того, что было ими обследовано..."^* На этом пути Декарту удалось сделать решающее для развития математического естествознания открытие, а именно найти способ введения в математику переменных величин, представляя их линиями, и установить соответствие между линиями и алгебраическими уравнениями, т. е. открыть аналитическую геометрию. "Таким путем,- пишет Декарт,- я заимствовал бы все лучшее из геометрического анализа и из алгебры и исправлял бы недостатки одного с помощью другой"^**.

^* (Р. Декарт, Рассуждение о методе, Изд. АН СССР, 1953, стр. 23.)

^** (Р. Декарт, Рассуждение о методе, Изд. АН СССР, 1953, стр. 24.)

В связи с этим открытием Декарта Энгельс писал:

"Поворотным пунктом в математике была декартова переменная величина. Благодаря этому в математику вошли движение и диалектика и благодаря этому же стало немедленно необходимым дифференциальное и интегральное исчисление, которое тотчас и возникает и которое было в общем и целом завершено, а не изобретено Ньютоном и Лейбницем"^*.

^* (Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат, 1955, стр. 206.)

Изобретение аналитической геометрии и дифференциального и интегрального исчисления было делом науки XVII в., вызванной потребностями развивающегося естествознания, точнее механики, оптики и астрономии, и сыграло огромную роль в развитии физики, которая становится теперь точной наукой.

В заключение отметим одну важную черту метода Декарта: критический анализ всех укоренившихся в мышлении положений и утверждений. Для Декарта не существует никаких авторитетов: мышление вправе сомневаться во всех, кажущихся очевидными, истинах. Декарт утверждал даже, что нет ничего, в чем нельзя было бы не сомневаться. Единственно несомненным по его мнению, было существование самого мышления, без которого нельзя было бы и сомневаться. Знаменитое изречение Декарта "мыслю - следовательно, существую" породило много споров в философской литературе. Как бы ни оценивать эту сторону философии Декарта, несомненно одно, что в эпоху борьбы против старой догматики она имела огромное прогрессивное значение. Это очень хорошо выразил Ломоносов, писавший в своем предисловии к переводу экспериментальной физики Вольфа:

"Славный и первый из новых философов Картезий осмелился Аристотелеву философию опровергнуть и учить по своему мнению и вымыслу. Мы, кроме других его заслуг, особливо за то благодарны, что тем ученых людей ободрил, против Аристотеля, против себя самого и против прочих философов в правде спорить, и тем самым открыл дорогу и вольному философствованию и к вящему наук приращению. На сие взирая, нам много новых изобретений искусные мужи в Европе показали и полезных книг сочинили". Дух критики рождал научные дискуссии - "вольное философствование", по выражению Ломоносова, и тем самым способствовал научному прогрессу - "вящему наук приращению".

Итак, одновременно в науку вошли методы индукции и эксперимента, дедукции и математического анализа, дополняющие друг друга. Не следует думать, однако, что физики XVII в. дожидались Бэкона или Декарта, чтобы воспользоваться их методологическими установками для своей научной работы. Бэкон и Декарт только выразили наиболее ясно и с наибольшей полнотой дух современной им науки. Наука уже пошла по новому пути, вступив в непримиримую борьбу со средневековой схоластикой. Так поступал современник обоих философов Галилей, который опровергал опытом заблуждения Аристотеля, отвлекался по методу Декарта от несущественных факторов: сопротивления воздуха, формы тел - при поисках точных математических законов падения тел,- и добился успеха там, где Леонардо да Винчи остановился на полдороге. Декарт высоко ценил этот метод Галилея. "Галилей рассуждает много лучше, чем это обычно делают,- он именно, насколько может расстается с ошибками школы и старается изучать вопросы с помощью математических рассуждений"^*. Декарт, хотя и признавал опыт важным средством познания, все же его недооценивал, отдавая предпочтение математике, логической картине. Между тем успех науки XVII в. определился прежде всего широким развитием эксперимента. Эксперимент породил и новые формы организации научных исследований: научные общества, академии. В Италии такое научно-исследовательское общество сформировалось из учеников и последователей Галилея в 1657 г. под названием "Флорентийская академия опыта". Это общество просуществовало 10 лет и в 1667 г. выпустило сборник своих трудов.

^* (Р. Декарт, Рассуждения о методе, Изд. АН СССР, 1953, стр. 539.)

В Англии приверженцы "новой философии", основанной на опыте, стали собираться еще в годы гражданской войны. "Мы,- рассказывал член кружка математик Валлис,- оставили в стороне вопросы богословские и политические и занимались рассмотрением и обсуждением исследований по естествознанию и смежным с ним наукам, как то: физике, анатомии, геометрии, астрономии, мореплаванию, статике, магнетике, химии, механике и естественно-историческим опытам, знакомясь с состоянием этих наук дома и за границей". В 1662 г. общество было организационно оформлено как Лондонское королевское общество, ставшее высшим научным учреждением страны. Общество избрало своим девизом "ничего на словах", все должно доказываться опытом. Успешная деятельность общества способствовала развитию экспериментальной науки. "В несколько месяцев экспериментальная наука стала всеобщей модой",- писал о первых годах деятельности Лондонского королевского общества английский историк Маколей.

Феодальная Франция последовала примеру буржуазной Англии. В Париже была учреждена Королевская Академия наук (1666 г.), бывшая королевской на деле, а не по названию, как Лондонское общество. Академии стали издавать свои труды. С 1665 г. начали выходить "Философские труды" (Philosophical Transaction) Лондонского королевского общества, положившие начало изданию научных журналов. Позже научные журналы стали выходить во Франции и Германии, а затем и в других странах. Издание журналов способствовало распространению научной информации во всех странах, развитию международных научных связей и в конечном счете прогрессу науки.

Постановка опытов привела к созданию научных приборов. Начало этому было положено голландскими оптическими мастерами, которые изобрели зрительную трубу (1609 г.). Галилей, услышав об этом, самостоятельно построил свою зрительную трубу и произвел первый эксперимент, использовав трубу для небесных наблюдений.

По проекту Кеплера (1611 г.) был построен затем первый телескоп. Изобретение труб поставило на очередь вопрос об их усовершенствовании и изучении способа их действия, т. е. стимулировало развитие оптики. Микроскоп в виде простой лупы был построен еще в 1590 г. и усовершенствован голландским оптиком Левенгуком (1632-1723).

Галилею принадлежит почин и в других важных изобретениях. Открытый им закон изохронности колебаний маятника навел его на мысль приспособить маятник для регулировки часов. В его бумагах после смерти был найден проект маятниковых часов. Первые часы с маятником были изготовлены и запатентованы голландским ученым Христианом Гюйгенсом 16 июня 1657 г. Описание этих часов, в которых впервые использовался принцип обратной связи для регулировки хода часов, было дано Гюйгенсом в сочинении "Часы", вышедшем в 1658 г.

В 1674 г. Гюйгенс предложил проект пружинных часов. Показательно, как свидетельство актуальности проблемы часов, что вокруг изобретений Гюйгенса разгорелся спор о приоритете. После публикации Гюйгенса ученик Галилея Вивиани опубликовал проект часов Галилея. Называли автором маятниковых часов и часовщика Иоста Бюрги, умершего в 1632 г. На приоритет в изобретении пружинных часов претендовал член Лондонского королевского общества Р. Гук. Практика остро нуждалась в точных часах для определения долготы места, и изобретение часов было выполнением "социального заказа". В свою очередь проблема часов поставила на очередь ряд важных механических и математических вопросов.

Галилеем был изобретен также термометр, в котором впервые расширение тел было использовано для характеристики теплового состояния. Термометр Галилея был усовершенствован флорентийскими академиками, известным немецким ученым магдебургским бургомистром Герике и, наконец, Ньютоном. Окончательное завершение термометра путем создания термометрической шкалы с постоянными точками последовало в XVIII в.

Эванджелиста Торричелли

Особенно большой интерес вызвало открытие атмосферного давления учеником Галилея Эванджелиста Торричелли (1608-1647). Галилей еще не мог отрешиться от аристотелевской концепции боязни пустоты и наблюдения флорентийских колодезных мастеров, что вода не может быть вытянута насосом на высоту более 10 м, истолковал как наличие определенной измеримой силы "боязни пустоты". Торричелли же правильно объяснил наблюдение: вода в насосе колодца поднимается давлением воздушного океана, имеющим определенную величину, равную весу десятиметрового столба воды. Если заменить воду ртутью, то высота столба будет примерно в 13,5 раза меньше, а над этим столбом образуется вакуум - "торричеллиева пустота". Опыт с образованием "торричеллиевой пустоты" в трубке со ртутью проделал по указанию Торричелли в 1643 г. Вивиани. Торричелли, повторяя этот опыт, заметил колебание высоты ртутного столба, указывающее на колебания атмосферного давления. Так был изобретен первый барометр. Опыт Торричелли повторил французский ученый Блэз Паскаль, известный своими исследованиями по гидростатике. В 1647г. он произвел знаменитый опыт с восхождением на гору Пью де Дом с барометром. По мере поднятия на вершину горы высота ртути в барометре падала.

Флорентийские академики усовершенствовали конструкцию ртутного барометра. Одновременно барометры появились в Германии, Англии, Франции. Обсуждение способов получения вакуума стало волнующей проблемой. Ее решение привело к созданию воздушных насосов. Отто Герике в Магдебурге, Роберт Бойль в Англии были изобретателями насоса. Христиан Гюйгенс изобрел тарелку для колокола насоса и манометр, Дени Папен заменил кран насоса клапаном. Знаменитые опыты магдебургского бургомистра Герике, описанные им в книге "Новые Магдебургские опыты в пустом пространстве" (1674 г.), в которых демонстрировалась сила атмосферного давления ("Магдебургские полушария"), получили широкую популярность у современников и последующих авторов учебников физики. Бойль в сочинении "Новые физико-механические эксперименты, касающиеся упругости воздуха" описал конструкцию своего насоса, понижение ртутного столба в разреженном пространстве, понижение точки кипения воды в разреженном пространстве, прекращение действия сифона в вакууме и др.

Эти опыты имели не только огромное научное значение, значение их вышло за пределы теоретического естествознания. Продемонстрировав огромную силу воздушного давления, авторы опытов с насосом натолкнули мысль изобретателей на изучение способов использования этой силы в технике. Отсюда берет начало паровая машина, бывшая в первой стадии развития не чем иным, как пароатмосферным насосом.