Роль эксперимента у Ньютона. Эксперимент мысленный и реальный

Как мы видели, Ньютон называет математическую физику "экспериментальной философией", подчеркивая решающее значение эксперимента в изучении природы. И хотя все математическое естествознание нового времени, начиная с Галилея, опирается на эксперимент и последовательно стремится изгнать из науки отвлеченную спекуляцию, тем не менее именно в ньютоновской программе эксперимент, опыт действительно играют решающую роль. В этом отношении с Ньютоном можно сравнить, пожалуй, только его соотечественника Р. Бойля, - Бойль тоже был великим экспериментатором, доказывавшим свои утверждения с помощью эксперимента. Для того, чтобы понять, что значил эксперимент для Ньютона, интересно было бы сравнить "Оптику" с работами Галилея. Галилей тоже, как известно, всегда апеллировал к эксперименту, но частенько его эксперименты были в сущности мысленными, на что мы специально обращали внимание в разделе о Галилее. К мысленным же экспериментам нередко прибегал и Декарт, которого не только Ньютон, но и Гюйгенс, и Лейбниц упрекали в априорных построениях: Декарт настолько доверял умозрению, что формулировал законы движения, исходя из "самоочевидных истин разума".

Совсем не то у Ньютона. Когда Ньютон говорит об эксперименте и ссылается на него, то можно не сомневаться, что речь идет о действительном эксперименте, выполненном с большой тщательностью и остроумием. Опыты Ньютона отличались поразительной точностью и стремлением количественно фиксировать характер наблюдаемых процессов. В этом отношении классическим произведением является "Оптика", и особенно ее вторая книга, где Ньютон излагает результаты своих экспериментов с тонкими прозрачными пластинками. Ньютон показывает здесь, как происходят отражения и преломления света в прозрачных пластинках и каким образом явления, наблюдаемые в пластинках, связаны с цветностью природных тел вообще. "Чтение второй книги "Оптики" поэтому до сих пор - лучшее введение в искусство эксперимента", - замечает С. И. Вавилов.

В своем стремлении доверять эксперименту, вообще опыту больше, чем умозрению, Ньютон - истинный наследник традиции английского эмпиризма. Именно на родине Ньютона был впервые в новое время досконально разработан метод индукции, и великий физик настоятельно рекомендует естествоиспытателям опираться на этот метод, требующий исходить не из общих положений разума, но из опытов и наблюдений. "Как в математике, так и в натуральной философии, - пишет Ньютон, - исследование трудных предметов методом анализа всегда должно предшествовать методу соединения. Такой анализ состоит в производстве опытов и наблюдений, извлечении общих заключений из них посредством индукции и недопущении иных возражений против заключений, кроме полученных из опыта или других достоверных истин. Ибо гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии. И хотя аргументация на основании опытов и наблюдений посредством индукции не является доказательством общих заключений, однако это - лучший путь аргументации, допускаемой природой вещей, и может считаться тем более сильным, чем общé е индукция. Если нет исключения в явлениях, заключение может объявляться общим. Но если когда-нибудь после будет найдено исключение из опытов, то заключение должно высказываться с указанием найденных исключений. Путем такого анализа мы можем переходить от соединений к ингредиентам, от движений к силам, их производящим, и вообще от действий к их причинам, от частных причин к более общим, пока аргумент не закончится наиболее общей причиной".

Даже математика, по Ньютону, должна пользоваться методом анализа, основанным на индукции, а тем более - физика. Только те заключения, которые получены на базе экспериментов, имеют право претендовать на научность и достоверность, - и это несмотря на то, что, как признает Ньютон, к общим положениям можно прийти только путем полной индукции, что, строго говоря, бывает очень редко. Гипотезам, т.е. утверждениям, полученным рациональным, а не эмпирическим путем, не должно быть места в науке. И не случайно первую книгу "Оптики" Ньютон начинает словами: "Мое намерение в этой книге - не объяснять свойства света гипотезами, но изложить и доказать их рассуждением и опытами". Именно путем метода анализа, как его описал выше Ньютон, следует получить те основоположения, или начала, с помощью которых можно затем объяснить природные явления и процессы. "...Вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, - было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих начал и не были еще открыты".

В какой-то мере Ньютон и в самом деле действовал подобным образом. В своей "Оптике", анализируя целый ряд проведенных им экспериментов, он показывает, почему необходимо допустить такие "начала, как силы притяжения и отталкивания частей тел" и др., т.е. некоторые изначальные свойства световых лучей. Что же касается "Математических начал натуральной философии", то здесь Ньютон принимает найденные начала за отправной пункт и с их помощью объясняет "свойства и действия всех телесных вещей". В первом случае он применяет анализ, а во втором - синтез.

Однако, как уже отмечалось выше, Ньютон лишь в некоторой мере следовал предлагаемому им самим методу в своей исследовательской работе. И понятно, почему: невозможно производить эксперимент, полностью отрешившись от каких бы то ни было теоретических допущений относительно возможных причин наблюдаемых явлений, т.е. относительно "гипотез". Можно не высказывать этих гипотез, воздерживаться от суждений о них и от споров относительно них, которых так не любил Ньютон, - но вряд ли такой выдающийся экспериментатор, каким был Ньютон, способен превратить себя только в регистрирующий прибор и при этом как бы отсечь полностью свой мыслящий ум в процессе своей неутомимой многолетней работы. Требование "воздержания от гипотез" представляет собой скорее идеал, к которому стремится Ньютон в своей "Оптике", чем реальность, и это можно видеть как в тексте всех трех книг, так и в особенности в тех "Вопросах", которые приложены автором в конце третьей книги и которые важны для понимания методологических принципов ньютоновской научной программы.

Поставив целый ряд вопросов, ответы на которые содействовали бы, по убеждению Ньютона, дальнейшему развитию науки о природе, Ньютон, на наш взгляд, раскрывает один из важнейших аспектов своего экспериментально-индуктивного метода а именно: отсутствие окончательного выбора одной из рассматриваемых им гипотез. Это можно рассматривать как слабость ньютоновской программы: она не дает окончательного решения обсуждаемых вопросов о началах и причинах природных явлений. Но правильнее было бы видеть здесь скорее силу ньютоновского метода, поскольку, оставляя открытыми целый ряд принципиальных вопросов, он стимулирует дальнейшее развитие естествознания.

Особенно показательно в этом отношении колебание Ньютона в главном вопросе - о природе света. Ньютон не принимает до конца ни волновую, ни эмиссионную теорию света, хотя в большинстве случаев склоняется к последней. Так, размышляя о природе телесных вещей вообще и света в частности, Ньютон пишет: "...мне кажется вероятным, что Бог вначале дал материи форму твердых, массивных, непроницаемых, подвижных частиц таких размеров и фигур и с такими свойствами и пропорциями в отношении к пространству, которые более всего подходили бы к той цели, для которой он создал их. Эти первоначальные частицы, являясь твердыми, несравнимо тверже, чем всякое пористое тело, составленное из них, настолько тверже, что они никогда не изнашиваются и не разбиваются в куски. Никакая обычная сила не способна разделить то, что создал Бог при первом творении. Если бы они изнашивались или разбивались на куски, то природа вещей, зависящая от них, изменялась бы. ...Поэтому природа их должна быть постоянной, изменения телесных вещей должны проявляться только в различных разделениях и новых сочетаниях и движениях таких постоянных частиц..."

Это - атомистическая гипотеза примерно в том же виде, как ее формулировал Гюйгенс. Однако атомисты не приписывали своим атомам никаких активных сил, они ограничивались только указанием на неизменность и абсолютную твердость атомов. Ньютон же допускает, что "эти частицы имеют не только vis inertiae... но также, что они движутся некоторыми активными началами, каково начало тяготения и начало, вызывающее брожение и сцепление тел". Таким образом, атомы выступают у Ньютона как центры сил, что существенно отличает программу Ньютона от атомистической. Атомы, как допускает Ньютон, могут быть "различных размеров и фигур... различных плотностей и сил...".

Однако Ньютон не везде последовательно проводит эмиссионную теорию света; в некоторых случаях он неявно допускает объяснение явлений с помощью волновой теории. Да и само тяготение Ньютон понимает то как свойство частиц, то как свойство эфира и, наконец, склоняется к мысли, что наибольшее тяготение может быть в пустоте, которая мыслится им как "чувствилище Бога".

Таким образом, действительно гипотезы играют свою роль в ньютоновской программе, но он нередко оставляет их как бы во взвешенном состоянии, прибегая то к одной, то к другой в зависимости от необходимости объяснения того или иного эксперимента. Здесь в подходе Ньютона мы видим некоторое сходство с методами работы Гука и Р. Бойля. Как показал Т. Кун в своем исследовании двух традиций в науке нового времени, эмпирико-экспериментальная линия в эпоху научной революции, представленная в трудах Бойля, Гильберта и Гука, существенно отличалась от рационалистически-математической, нашедшей свое выражение у Галилея, Декарта, Торричелли и других. Первую традицию Кун называет бэконианской, а вторую - классической, указывая при этом на различное понимание и использование эксперимента в рамках каждой из этих традиций. Если в классической традиции эксперимент играл роль своего рода проверочной инстанции - он должен был или подтвердить, или отвергнуть предположение ученого, построенное им исходя из некоторых теоретических предпосылок, то в бэконианской традиции эксперимент ставился без предварительной теоретической разработки; естествоиспытатель пытается поставить природу в такие условия, в каких она еще никогда не была, и посмотреть, как она будет вести себя в этих новых условиях. Кун справедливо указывает на то, что при этом эксперименты должны быть не просто мысленно осуществлены, как это действительно нередко было у Галилея и Декарта, но реально выполнены, ибо человеческое сознание в известной мере предстает здесь как tabula rasa, каким его мыслили Бэкон, Локк и Юм: исследователь не может заранее предвидеть возможный исход своего эксперимента.

Ньютона, однако, Кун причисляет к классической традиции, что отчасти можно признать, если принять во внимание "Математические начала натуральной философии". Что же касается "Оптики", работа над которой предшествовала созданию "Начал", то здесь Ньютон в своем подходе к эксперименту, по-видимому, ближе к Бойлю, чем к Декарту и Галилею. И хотя, как замечает Кун, опыты Ньютона с тонкими призмами и были в известной мере продолжением средневековых экспериментов со светом, тем не менее способ осуществления этих опытов, а также подчеркнутое нежелание Ньютона "строить гипотезы" относительно света сближают его с Бойлем.

Справедливо указывая на две тенденции в развитии науки XVII-XVIII вв. (на них задолго до Куна указал П. Дюгем), не следует, видимо, слишком резко противопоставлять их: у некоторых ученых можно заметить соединение той и другой.