Научные революции как перестройка оснований науки

Изобретение новых средств наблюдения и эксперимента, открытие новых методов познания, усовершенствование методики обработки результатов исследования и другие новации означают значительный прогресс в науке. Однако рассматриваемые в отдельности и в изоляции от новых понятий, идей и принципов науки, они не означают еще появления революции, хотя во многом способствуют ее возникновению. Все подлинные научные революции, как правило, многоаспектны, включают множество сторон и факторов, и по­этому при анализе любой конкретной научной революции необходимо тщательно исследовать различные их аспекты, выявить и оценить роль и влияние каждого из них. Нередко, например, именно открытие новых средств наблюдения и измерения инициирует революцию в соответствующей отрасли науки: изобретение телескопа способствовало революции в астрономии, а микроскопа — в микробиологии. Но все подобные открытия и изобретения в конечном итоге привели к обнаружению новых, неизвестных раньше объектов для исследования науки. Эти новые объекты необходимо было осмыслить, выявить их свойства и закономерности, чтобы они вошли в содержание и структуру науки.

Поэтому важнейшей характеристикой подавляющего большинства научных революций является не просто переход к исследованию новых объектов, применение средств и методов исследования, а создание новых теоретических структур для понимания и объяснения новых фактов. Именно благодаря этому было достигнуто не только расширение горизонта научного познания, но и раскрытие более глубоких и существенных свойств и закономерностей исследуемых явлений и процессов.

Обычно началом революции в науке служит фундаментальная проблемная ситуация, которая выражается в несоответствии прежних теорий и методов вновь открытым существенным фактам, их неспособности объяснить эти факты. Прежние понятия, теории и методы оказываются в противоречии с новыми результатами теоретических или эмпирических исследований.

В абстрактных науках,

как, например, в математике новые результаты начинают противоречить исходным понятиям старой теории или даже математической дисциплины. Такое противоречие было обнаружено, в частности, в математическом анализе, которое прежде называлось анализом бесконечно малых. Парадоксы и противоречивые результаты, которые в ней возникли, были связаны в первую очередь с неясным, точно неопределенным и противоречивым употреблением исходного понятия прежнего анализа — понятия «бесконечно малой». Часто бесконечно малая величина рассматривалась в ней либо как весьма малая, но конечная величина, либо просто отождествлялась с нулем. Такая неопределенность в дальнейшем привела к появлению множества противоречивых результатов, парадоксов и ошибок, которые в дальнейшем вылилась даже в кризис оснований математики.

Возникшую проблему удалось решить и найти выход из кризиса с помощью создания теории пределов, в которой бесконечно малая величина была определена как переменная величина, имеющая своим пределом нуль. Все это привело к радикальной перестройке прежнего учения о бесконечно малых величинах, которое превратилось в математический анализ, ставящий своей целью изучение количественных отношений между переменными величинами. Переход от математики постоянных величин, содержание которой охватывается курсом элементарной математики, к математике переменных величин, составляющей основную часть высшей математики, вполне обоснованно рассматривают как революцию в математике. В результате этого математика смогла перейти к количественному ис­следованию движения и процессов, которые были основным объектом изучения лидирующих наук XVII—XVIII вв. — механики и астрономии. Но этому революционному переходу предшествовали парадоксы и противоречия, которые удалось преодолеть путем перестройки концептуальных оснований математики и, прежде всего, исходного понятия математического анализа — понятия бесконечно малой величины, которая стала рассматриваться как подлинно переменная величина.

В опытных науках

парадоксы и противоречия возникают прежде всего между прежними теоретическими методами объяснения и обоснования и новыми эмпирическими фактами. Иногда парадоксы удается устранить путем частичной модификации существующей теории, но когда они появляются снова и снова, то это уже свидетельствует о существенных недостатках теории и требует глубокого анализа ее оснований. В особенности это относится к фундаментальным теориям и парадигмам науки. Именно парадоксы и противоречия, которые появляются в них, не удается разрешить существующими теоретическими методами, и приводят к радикальному пересмотру фундаментальных теорий, концепций и парадигм, а в конечном итоге к научной революции. Не существует четкой структуры, в рамках которой можно было бы рассматривать эволюционные и революционные стадии в развитии науки.

Несмотря на отмеченные выше недостатки концепции Т. Куна о научных революциях, введенное им понятие парадигмы дает возможность лучше понять, как происходит процесс накопления аномалий, т.е. результатов, не согласующихся с парадигмой, которые, в конце концов, приводят к отказу от нее и возникновению кризиса в науке. С этой точки зрения революция представляет собой разрешение кризиса путем отказа от старой парадигмы и принятия новой парадигмы, но такой отказ происходит не с помощью нахождения согласия между участниками научного сообщества, как считал Кун, а посредством тщательного поиска и надежного обоснования новых принципов, методов и норм исследования. Эта задача составляет главную задачу научного сообщества после принятия новой парадигмы и завершения научной революции.

Попытки распространения парадигмы механики и механистической картины мира на новые объекты исследования, а именно явления электричества и магнетизма, оказались, как известно, совершенно несостоятельными. Рассматривая эти явления в виде механического движения электрических и магнитных жидкостей, нельзя было разумно объяснить, почему, например, вес тела, заряженного электрической жидкостью, не отличается от веса незаряженного тела. Число подобного рода парадоксальных результатов со временем все больше увеличивалось и это, в конце концов, заставило ученых признать, что в этих явлениях наука встречается с объектами принципиально новой природы. Поэтому переход от изучения движения и свойств вещества к исследованию свойств поля представляет собой революцию в физике, связанную с возникновением электро­магнитной теории и связанной с ней новой картины мира.

Введение понятия электромагнитного поля расширило научное представление о формах материи, изучаемых в физике. Ньютоновская физика имела дело только с одной-единственной формой физической материи — веществом, которое было построено из материальных частиц и представляло собой систему таких частиц, в качестве которых рассматривались либо материальные точки (механика), либо атомы (учение о теплоте).

В процессе анализа и перестройки оснований электромагнитной концепции ученые убедились в том, что если при изучении движения в механике исследуют перемещение тел, обладающих массой, то в электродинамике — распространение электромагнитных волн в пространстве. Другое важное отличие касается характера передачи воздействий. Если в механике такое воздействие передается с помощью силы, причем на какое угодно расстояние и с любой скоростью, то в электродинамике воздействие поля передается от одной точки к другой с конечной скоростью. Наконец, нельзя не отметить и такой немаловажный факт, что после того, когда источник электромагнитных волн прекращает свое действие, возникшие электромагнитные волны продолжают распространяться в пространстве. Выходит, что электромагнитные волны могут существовать автономно, без непосредственной связи с источником энергии.

Все эти представления и принципы противоречили прежним принципам механистической картины мира. Поэтому они должны были найти свое обоснование в новой электромагнитной теории и картине мира. Соответственно этому подверглись пересмотру и перестройке также другие компоненты оснований науки, начиная от норм исследования и кончая идеалами и философскими основаниями.

Переход от электромагнитной теории сначала к специальной, а затем к общей теории относительности представляет собой научную революцию значительно большей глубины и общности. Формирование теории относительности началось также с обнаружения парадоксов и противоречий в электромагнитной теории Максвелла. Как известно, переход от одной инерциальной, т.е. движущейся прямолинейно и равномерно, механической системы к другой с помощью преобразований Галилея, оставляет законы механики инвариантными, или неизменными. На этом основывается классический принцип относительности, согласно которому при преобразовании Галилея все законы механики оказываются инвариантными. Однако при применении этих преобразований к уравнениям Максвелла, выражающим законы электромагнитного поля, они оказываются неинвариантными. Чтобы применить к ним классический принцип относительности, необходимо было заменить преобразования Галилея преобразованиями Лоренца. Тогда все законы электромагнитного поля станут также инвариантными. Но при этом пришлось бы отказаться от прежнего представления механики об абсолютности пространства и времени, так как при преобразовании Лоренца сохраняются отдельно не интервалы пространства и времени, а только единый пространственно-временной континуум. Но такое заключение резко противоречит широко распространенному взгляду классической механики об абсолютности пространства и времени. Поэтому при построении специальной теории относительности А. Эйнштейну необходимо было заняться тщательным анализом, как физических принципов, так и научно-мировоззренческих и фило­софских оснований электромагнитной теории.

Революционные изменения, связанные с перестройкой оснований науки, заставили Эйнштейна, во-первых, критически пересмотреть прежнее представление об абсолютности пространства и времени и заменить его принципом относительности; во-вторых, отказаться от существования мирового эфира, как особой среды для электромагнитного поля; в-третьих, признать, что постоянство скорости света несовместимо с преобразованием Галилея; в-четвертых, прийти к выводу, что в разных инерциальных системах интервалы пространства и времени не являются одинаковыми. С увеличением скорости движения одной инерциальной системы относительно другой происходит сокращение длин масштабных линеек и увеличение ритма часов в направлении движения системы. Именно это положение вызывает наибольшие возражения с точки зрения механической картины мира и обыденного сознания. Не избежал такой ошибки и автор нового варианта электромагнитной теории и негалилеевских преобразований А. Лоренц, который рассматривал сокращение линеек и из­менение ритма часов как фиктивное. В философском отношении наиболее революционным открытием было признание относительности пространства и времени и отказ от ньютоновского представления их абсолютности. Этот новый взгляд на пространство и время нашел четкое выражение в основных постулатах специальной теории относительности, согласно которым скорость распространения света считается постоянной во всех направлениях и не зависит от того, движется ли источник света или нет. Все законы природы являются инвариантными во всех инерциальных системах отсчета.

Дальнейшее обобщение и развитие новые идеи о пространстве и времени получили в общей теории относительности, в которой рассматриваются любые системы отсчета. В ней все законы природы считаются инвариантными не только в инерциальных системах, но и системах отсчета, движущихся неравномерно и по разным траекториям. Гравитационное уравнение, описывающее свойства поля тяготения, устанавливает взаимосвязь между полями тяготения и их пространственными свойствами и структурами. Поэтому при разработке общей теории относительности пришлось отказаться от евклидовой геометрии, которая лежит в основе специальной теории относительности, и обратиться к четырехмерной неевклидовой геометрии переменной отрицательной кривизны Б. Римана. В связи с этим произошла перестройка прежних оснований науки, прежде всего научной картины мира и мировоззренческих и философских принципов науки. Прежние механистические взгляды и картина мира оказались не в состоянии обосновать новые фундаментальные открытия специальной и общей теории относительности.

Таким образом, с мировоззренческой и философской точки зрения научные революции представляют собой коренное, качественное изменение в развитии научного знания, перерыв постепенности в этом развитии, сопровождающийся не только возникновением принципиально нового знания, но и перестройкой оснований прежнего знания.