Ринат Нугаев - Максвелловская научная революция

Правда, как отмечает цитировавшийся выше современный исследователь творчества Г. Гельмгольца и Г. Герца Роман Смирнов-Руэда, некоторые герцевские измерения, судя по всему, свидетельствовали о мгновенном характере электростатической компоненты, но до конца он не был в этом убежден. Поэтому Герц предпочитал осторожные выражения: «В силу того, что интерференции вне всякого сомнения изменяют знак после 2,8 метров в окрестности первого осциллятора, мы можем заключить, что электростатическая сила, которая в данном случае превалирует, распространяется с бесконечной скоростью» (Hertz [1888], 1983, p. 110).

По сути дела последняя часть приведенной цитаты предвещает последующий переход Герца в «максвелловскую веру». С точки зрения Герца, существование двух различных скоростей, приписываемых двум различным частям электромагнитного действия, делает задачу анализа слишком сложной. То есть из двух различных объяснений полученных данных Герц выбрал такое, которое в большей степени соответствует критерию «простоты», который им и до этого применялся постоянно к уравнениям Максвелла.

«Гельмгольц различает между двумя видами электрической силы – электромагнитным и электростатическим, – которым, до тех пор пока экспериментом не будет доказано противоположное, – приписывается две различные скорости. Интерпретация этих экспериментов с этой точки зрения ни в коей мере не является ошибочной, но она, возможно, излишне усложнена. В особом предельном случае теория Гельмгольца становится значительно проще, и ее уравнения в этом случае сводятся к уравнениям максвелловской теории; остается только одна сила, которая и распространяется со скоростью света» (Hertz [1889], 1893, p. 123).

С нашей точки зрения, именно попытка обосновать рациональность принятия более простого объяснения опытов с радиоволнами вынудила Герца «забросить» сулящие колоссальные эвристические (не говоря уже о технологических) перспективы опыты и посвятить последние три года своей и без того короткой жизни своему утопическому проекту преобразования классической механики. Об этом предельно ясно говорит в предисловии к своей книге «Принципы механики» сам Герц: «было бы чересчур поспешным попытаться основать уравнения движения эфира на законах механики до тех пор, пока мы не решим для себя окончательно, что же под этим понимать» (Hertz, 1893,p. XXI).

Герцевская «сверхзадача» состояла, в первом приближении, в элиминации понятия «силы». Но – лишь в первом приближении. На самом деле Герц ставил перед собой более амбициозную задачу – приведение опоры всей классической физики – ньютоновской механики – в большее соответствие с прагматическим «духом времени», состоящим в конструктивистском выборе самых простых, удобных, менее «вычурных» вариантов, в оперировании только с теми величинами, которые можно измерить: «мы можем ожидать найти в этих уравнениях [ электромагнитного поля] отношения между физическими величинами, которые наблюдаются на самом деле, а не между теми величинами, которые служат только для вычислений» (Hertz [1890a], 1893, p. 196).

Каковы же были критерии, при помощи которых Генрих Герц намеревался подвергнуть классическую механику критическому анализу? – Они, вне всякого сомнения, отыскивались Герцем в сфере кантовской эпистемологии, изложению основных идей которой и посвящено знаменитое введение к его работе. Неслучайно еще до знакомства с Гельмгольцем Герц посещал в Дрездене лекции по кантовской эпистемологии. В своей «Механике» Герц отмечал, что в процессе познания внешнего мира мы формируем для себя образы или символы внешних объектов. Та форма, которую мы им придаем, такова, что необходимые следствия образов в мыслях всегда являются образами необходимых следствий в природе тех вещей, которые нами изображаются. Для того, чтобы это требование могло быть удовлетворено, должно существовать определенное «конформное сходство» между природой и нашей мыслью. Опыт учит нас, что это требование может быть удовлетворено, и что поэтому подобное сходство существует на самом деле. Когда из нашего аккумулированного предыдущего опыта нам удалось вывести образы рассматриваемой природы, мы можем тогда в течение короткого времени развить с их помощью, как посредством моделей, те следствия, которые во внешнем мире возникают или только в течение сравнительно долгого времени, или в результате нашего собственного вмешательств.

«Те образы, о которых мы только что говорили, – это наши концепции вещей. С вещами самими по себе они находятся в состоянии сходства только в одном важном аспекте, а именно в удовлетворении того требования, о котором говорилось выше. Для наших целей не является необходимым, чтобы они находились в состоянии сходства с вещами в любом другом отношении. Как правило, мы и не знаем, и у нас нет других средств для того, чтобы узнать, находятся ли наши концепции вещей в конформном сходстве с ними в любом другом аспекте, который отличается от данного фундаментального аспекта.

Те образы, которые мы можем сформировать о вещах, не детерминируются однозначным образом тем требованием, согласно которому следствия образов должны быть образами следствий. Возможны разные образы одних и тех же объектов, и эти образы могут отличаться друг от друга в самых разных отношениях. Мы должны обозначить как недопустимые все образы, которые неявно противоречат законам нашей мысли» (Hertz, 1899,p. 1).

С нашей точки зрения, конец этой по необходимости пространной цитаты имеет непосредственное отношение к рассмотренной выше ситуации выбора между теориями Гельмгольца и Максвелла. Герц уже сделал к этому времени свой выбор – в пользу теории Максвелла, и теперь он должен его эпистемологически обосновать.

«Но два [логически] допустимых и [эмпирически] корректных образа одних и тех же внешних объектов могут тем не менее отличаться в отношении соответствия [appropriateness]. Из двух образов одного и того же объекта тот является наиболее соответствующим, который изображает большее число существенных отношений объекта, – тот, который мы можем называть более отчетливым [distinct]. Из двух одинаково отчетливых образов наиболее соответствующим является тот, который содержит, вдобавок с существенных характеристикам, меньшее число излишних, или пустых, отношений – тот, который из двух является самым простым. Без пустых отношений полностью обойтись нельзя: они входят в образы потому, что это просто образы, – образы, созданные нашим сознанием и с необходимостью вызванными характеристиками его способа изображения» (Hertz 1899,p. 2).

Яркими примерами излишних образов являются «сила» и «электричество», вокруг которых нагромождено гораздо больше всевозможных связей и отношений, чем это необходимо. В частности, в механике сила вводится как причина движения до самого движения и независимо от него. Поэтому, по Герцу, надо создать такой вариант механики, который оперировал бы вместо понятия силы понятием энергии. Что касается электричества, то работа критерия простоты в этой области рассмотрена Герцем в докладе на заседании германской ассоциации содействия развитию естественных наук и медицины, сделанном в 1889 г., в которой он рассмотрел тот тупик, к которому пришла история теорий действия на расстоянии: «Стало необходимым увеличить число действий-на-расстоянии, и улучшить их форму. В результате эта концепция постепенно утратила свою простоту и физическую вероятность» (Hertz [1889], 1896,p. 315).

В итоге, в работе Герца обсуждение работы в науке «метафизического» критерия простоты завершается следующим заключением: «Сомнение, которое оказывает влияние на наше сознание, не может быть устранено за счет называния его метафизическим; каждый мыслящий разум как таковой обладает потребностями, которые ученые люди обычно называют метафизическими… Действительно, мы не можем a priori ни требовать от природы простоты, ни судить о том, что с ее точки зрения является простым. Но по отношению к созданным нами самими образам мы можем выдвигать требования. Наши решения оправдываются тем, что если наши образы хорошо адаптируются к вещам, то действительные отношения вещей должны репрезентироваться простыми отношениями между образами» (Hertz 1899,p. 23).

Кантианская компонента мировоззрения Герца и его эпистемологии проявляется не только в описанной выше познавательной схеме, придающей особое значение ясности, отчетливости и простоте теоретических построений. Как отмечает американский историк и методолог науки Джед Бухдал (Jed Z. Buchdahl), неслучайно уже в 1884 г. Герц разработал такую версию уравнений Максвелла, которая вообще не использовала понятие эфира.

«Герц, можно сказать, хотел в 1884 г. отбросить эфир, даже если при этом уравнения Максвелла были бы оставлены, для того, чтобы избежать работы с вещью, которая, с одной стороны, вела себя как лабораторный объект, а с другой – ей нельзя было манипулировать» (Buchdahl, 1998, p. 272).